国家石油天然气大流量计量站武汉分站标准涡轮流量计防护措施

王吉开(中国石化天然气分公司计量研究中心，湖北 武汉 430000)

国家石油天然气大流量计量站武汉分站标准涡轮流量计防护措施

王吉开(中国石化天然气分公司计量研究中心，湖北 武汉 430000)

本文介绍了国家石油天然气大流量计量站武汉分站新建立的高压天然气大流量工作级标准级标准装置的组成和技术指标，针对涡轮流量计的特殊性，本文提出了日常的维护保养措施，以及涡轮流量计在超出流量计上限时的自动处理措施，提高了计量检定站的管理水平和自动化水平，确保系统运行的安全性和可靠性，满足现场检定的需要。

高压天然气；标准装置；涡轮流量计；超速保护

近年来，我国天然气工业快速发展，为了解决高压天然气流量计量检定的需求，经国家质检总局批准，中国石化决定依托川气东送管道在武汉建立国家石油天然气大流量计量站武汉分站（以下简称“武汉分站”）。

武汉分站建立了HPPP（High Pressure Piston Prover）法原级标准装置、标准表法工作标准装置和移动式标准装置，三套流量标准装置的设计压力均为10MPa，直接以高压天然气为介质对口径为DN500及以下的气体流量计进行检定或校准。

1 工作级标准装置组成及设备结构特点

1.1 装置组成

工作标准装置采用标准表法原理，主要由标准涡轮流量计、核查超声流量计、温度变送器、压力变送器、在线气相色谱仪和数据采集处理系统等组成[1-2]。

为了减小管容对检定结果的影响，工作标准装置分区域设计：由1路DN80、4路DN100标准表管路和1路DN80、1路DN100的检定台位组成小流量检定系统；由6路DN200标准表管路和1路DN150、1路DN200、1路DN300、2路DN400检定台位以及1路DN300口径移动标准装置检定接口组成大流量检定系统。通过组合测量的流量范围达到（20～9600）m3/h，每路标准表管路由1台标准涡轮流量计和1台核查超声流量计串联安装构成。

主要技术指标

1）工作压力：（2.5～10）MPa；2）流量范围：（20～9600）m3/h；3）扩展不确定度：U≤0.29%（k=2）；4）被检流量计口径：DN50～DN500。

1.2 操作方法

1）涡轮流量计启用前，前后直管段必须经吹扫干净后方可投入使用。2）启用涡轮流量计前，应设定涡轮流量计的仪表系数，此系数记载于涡轮流量计的检定证书上。3）涡轮流量计投运时应缓慢地先手动开启入口阀门，待管线完全充满气且压力平衡后手动开启出口阀门，防止瞬间气流冲击而损坏涡轮。严禁快速开启或关闭阀门，压力剧烈震荡或过快的高速加压会损坏流量计。为了保护气体涡轮流量计，加到涡轮流量计上的压力升高不能超过35kPa/s。如现场不能测量压力变化，则监视流量计流量不能超限[3-4]。4）涡轮流量计投运时，要求同一管线下游处调压撬已完全调压完毕，不会出现冰堵现象，涡轮流量计前后压差不能过大，常用流量范围为最大流量的70～80%，最大流量为允许最大流量的120%，最小流量不能低于流量计的工作下限，防止流量计在低限工作时计量失准。

1.3 安全操作注意事项

1）在启用流量计前，应对前后管段进行吹扫干净后，方可使用流量计。2）在启用流量计前，应按照检定证书上的值设备流量计的仪表系数。3）为提过流量计计量的准确性，安装流量计时，应保证流量计上游有不小于10倍D的直管段，下游不小于5倍D的直管段。4）启用流量计时，应缓慢开启流量计上下游阀门，气体缓慢充入直到涡轮流量计下游电动强制密封球阀。压力剧烈震荡或过快的高速加压会损坏涡轮流量计。为了保护气体涡轮流量计，加到涡轮流量计上的压力升高不能超过35kPa/s。如现场不能测量压力变化，则监视涡轮流量计流量不能超限。5）流量计使用时，应保证在计量范围内工作，不要超量程范围工作。6）在日常使用过程中，严禁更改流量计的设定值。7）用于贸易交接的流量计应每两年对仪表检定一次，检定合格后，方可投入使用。

2 涡轮超速保护系统

2.1 工作原理

超速状态在涡轮机上轴的速度超过规定范围后出现。在超速状态期间，涡轮机通常经历可能导致突变故障的强大机械应力和热应力。通常，涡轮机配备有保护系统，其试图使超速状态的影响最小化。涡轮机的调节器系统通常作为第一级的保护系统。当检测到超速状态时，调节器试图降低涡轮机的速度[5]。通常还可具有两个独立的第二级保护：a）超速保护系统跳闸，通常设置为运转轴速度的大约110%；b）紧急保护系统跳闸，通常设置为运转轴速度的大约113%。

2.2 操作流程

三取二电子超速保护系统由转速测量部分、三取二电子超速保护器、跳车电磁阀3个部分组成。其工作原理：3个磁阻式探头与专门的测速盘配合安装，可以检测到汽轮机的转速；3个独立的汽轮机转速信号分别送入电子超速保护器，电子超速保护器实时监测3个通道的转速信号，当监测到2个通道的转速值，同时超过内部设定值后，其内部的继电器动作，触发停车电磁阀动作，电磁阀快速泄放掉速关油，引风机的速关阀在弹簧力的作用下快速关闭，切断引风机的进汽，引风机快速停机，从而起到防止引风机超速的目的。

图1 电子式超速保护系统原理框图

上图中各环节的作用如表所示：

表1 系统中各设备作用

为了避免在管路切换时出现流量超限损坏标准涡轮流量计，特设置了涡轮超速保护功能，系统实时监视每条管路的瞬时流量，当其中某一个标准涡轮管路的流量超出一定限值时，系统会报警并做出相应的措施。

2.3 涡轮超速保护连锁逻辑

MTL5532可以同时将工作级标准涡轮流量计的信号转换成电压脉冲和4-20mA电流型号，我们将电压脉冲信号接入检定系统供计量检定使用，4-20mA信号接入控制系统供涡轮的超速保护使用。

为了避免在管路切换时出现流量超限，系统会实时监视每条管路的瞬时流量，当其中某一个标准涡轮管路的流量超出设定的上限值的80%（可设定）时，系统会产生高报警，并且在上位机显示；当其中某一个标准涡轮管路的流量超出设定的上限值的100%（可设定）时，系统会产生高高报警，自动关闭检定回路流量调节阀FV-602A、FV-602B、FV-602C（流量调节阀设定为手动，同时给定0%阀位），打开流量旁通阀FV-601A、FV-601B（流量旁通阀设定为手动，同时给定100%阀位），同时周期性检测流量值，如果在80%（可设定）报警点以内，检定回路调节阀停止关阀，旁通回路停止开阀，保持当前状态，等待继续检定。

当其中某一个标准涡轮管路的流量超出设定的上限值的120%时，则控制系统立即切断自驱式安全切断阀PSDV-203A、PSDV-203B，打开球阀ROV103，以保护标准涡轮流量计。

图2 涡轮超速保护联锁示意图

3 结语

通过加强对标准涡轮流量计的日常维护和系统保护逻辑，加强对标准表的监控，保证标准涡轮流量计的良好性能，同时避免了因为人为失误出现流量超出流量计范围，打坏涡轮流量计的叶轮，保护了标准设备。

[1]丁建林,国明昌,邱惠,等.高压天然气流量标准装置[J].计量学报，2008,29(5):479-483.

[2]李绍谷．天然气实流标准装置[J]．计量与测试技术，1994，4:35-36.

[3]赵璟,濮新宏.原油流量计在检定中存在的问题及对策[J].中国计量,2010(4):112-113.

[4]赵璟,濮新宏,陈祥斌.原油流量计检定中的问题与对策[J].油气储运,2010,29(3):236-237.

[5]何哲峰,高世飞,杨焕诚.天然气流量计检测自动控制系统设计[J].内蒙古科技与经济,2015(21):103,107.