高压天然气流量标准装置的运行建议

晁宏洲，黄明基

中国石油塔里木油田分公司油气运销部 （新疆 库尔勒 841000）

0 引言

国家石油天然气大流量计量站塔里木检定点是经原国家质检总局批复， 在中国石油塔里木油田建设的高压天然气流量检定点， 旨在完善和优化国内天然气实流检定站点布局， 推进中国石油天然气计量检定体系的建设， 满足新疆南疆地区天然气贸易交接流量计的检定需求。 塔里木检定点工程毗邻中国石油塔里木油田分公司轮南集气总站，设计建立1 套天然气工作流量标准装置，其工艺流程如图1。设计参数如下：工艺系统设计压力10.0 MPa；天然气压力3.5～7.0 MPa；天然气温度-5～30 ℃；工况检定流量25～8 000 m3/h；系统流量测量扩展不确定度优于0.33%，k=2； 被检流量计准确度不高于1.0 级； 被检流量计口径50～400 mm； 年检定能力200 台。

图1 塔里木检定点工艺流程示意图

在工程设计和建设阶段， 建设项目组对每个细节进行了深入研讨，核心工作围绕“确保装置计量性能”展开，优化了多项性能保障措施和检定参数稳定措施， 通过反复试验对装置性能进行初步评估和验证。 在试运行的过程中，提出了一些增建、改进和升级的建议。

1 配套专用PID 控制器

检定点的压力、 流量参数需要控制在相对稳定的范围，为保证及时完成生产任务，提高检定效率，压力、温度的控制还需要快速地稳定。

JJG 1030—2007 《超声流量计计量检定规程》[1]和JJG 1037—2008《涡轮流量计计量检定规程》[2]均规定：“在检定过程中， 每个流量点的每次实际检定流量与设定流量的偏差应不超过±5%”。目前塔里木检定点的流量控制偏差见表1。

表1 检定点流量控制偏差表

从表1 中数据可以看出， 塔里木检定点的检定流量控制达到了检定规程的要求。 但从开始调节流量到流量稳定的统计时间发现， 检定过程中耗费的时间过长，造成工作效率低。目前塔里木检定点的流量控制稳定时间见表2。

从表2 中数据可以看出， 无论流量调节采用自动方式或是手工方式，稳定时间都较长，而且手工调节反而优越于自动调节。分析原因，可能由于自动控制逻辑不够优化。 参数调节精确和快速需要3 个条件来保证：优异的阀门调节性能；在阀门开度与实际流量之间建立准确的关联关系；控制逻辑合理，控制参数在设定值上下波动小且少。

表2 检定点流量控制稳定时间表

根据工程建设项目组对国内几个天然气实流检定站点考察总结， 目前控制流量稳定时间较长的现象普遍存在， 流量控制最精确和稳定时间最短的是北京采育检定点。 采育检定点使用了流量调节阀厂家配套提供的专用PID 控制器，在检定过程中可以自动、快速、准确地实现流量调节。 调节阀厂家在对阀门多次测试的基础上，较好地掌握了阀门的性能，将调节阀性能与阀门开度进行了很好地关联， 通过工程师编程将控制思路和逻辑在专用PID 控制器里得到了实现。 北京采育检定点检定流量控制方式见图2。

专用PID 控制器是针对天然气工业中复杂控制而设计的， 相比通用的控制系统具有更高级的PID 运算，因而具有更高的控制精度和实时性。在国内西气东输等大型管道工程上经过了多场合、 长时间的应用验证，自动、方便地实现输气站场的压力、流量选择性控制和供气流量的准确调节。

图2 北京采育检定点检定流量控制方式

检定站点运行的终极目标是实现“一键式”的全自动过程， 生产现场只需要做好站场运行工作和流量计拆装工作，其他诸如检定前管路自动平压、检定流程自动切换、 压力流量自动调节、 出具证书等过程，均可在智能化检定系统中实现。建议塔里木检定点进一步调研、分析和借鉴相对成熟的专用PID 控制器使用情况，利用项目结余资金，为检定点控制阀门配套采用，优化阀门控制，提高检定效率。

2 增建次级流量标准装置

塔里木检定点的最初设计和建设原则是： 只建工作流量标准装置， 依托国家站南京分站或乌鲁木齐分站的次级流量标准装置进行量值溯源， 量值传递框图见图3。

塔里木检定点的6 台标准涡轮流量计和6 台核查超声流量计需要每年1 次送往南京或乌鲁木齐分站进行检定，路途遥远、工作量大且需要站点停产，而且长途颠簸易损失准确度。工程设计和建设时，已预留了次级标准装置接口， 检定点具有低压回气管网，工艺流程具备建设次级标准装置的条件，建议利用项目结余资金，加快申报建设次级标准装置，减少对其他检定站点的依托，提高独立运行的能力。次级标准装置的建立， 不但能够解决工作标准涡轮流量计和核查标准超声流量计的周期溯源问题， 还能为工作流量标准装置的稳定性考核提供更好的技术手段，进一步保证量值的准确和可靠。

图3 塔里木检定点量值传递框图

3 增加强制密封阀的检漏流程

为保证塔里木检定点量传数据准确， 在关键的系统上采用了密封性能好、零泄漏、并且在阀体上有检漏口，便于经常现场检漏的提升杆式、全通径强制密封球阀。建议增加泄漏监测流程，根据流程中压力的微小变化敏锐地察觉阀门泄漏情况， 确保完全密封。 泄漏监测流程如图4 所示。

图4 强制密封阀泄漏监测流程

4 坚持开展能力验证

塔里木检定点已全面完成工程建设， 通过了各方面的达标验收。 目前，依据JJF 1033—2016《计量标准考核规范》[3]准备建标考核，并依据JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》[4]进行不确定度的评定，需要尽快完成建标考核和机构考核，取得相关资质，开展检定、校准工作。 从前期工作标准装置的稳定性测试数据来看， 装置的各方面性能均将优于设计指标，不但可满足量值传递等业务需求，而且具备开展天然气计量技术科学研究的能力。 塔里木盆地是我国主要产气区， 具有国内最大的天然气计量交接站场，各种压力等级、各种型式规格的计量器具均有广泛应用，而且具备油田伴生气、凝析气、气藏气等不同物性特点的气源，对开展湿天然气测试、多相流流量测量研究具有得天独厚的试验条件。 塔里木油田还建设了一套1～4 500 m3/h、U=0.33%、k=2 的空气负压文丘里喷嘴气体流量标准装置。 两套标准装置可用于不同检定流体、 不同检定压力的流量测量技术研究。正式投产后的塔里木检定点，按照GB/T 27025—2008 《检测和校准实验室能力的通用要求》[5]等标准要求，专业规范运行，积极参与和主动开展国内天然气实流检定站点间的计量比对，坚持能力验证，提升业务开展和科学研究的能力水平。

5 结束语

1）塔里木检定点高压天然气流量标准装置现有的压力调节、 流量调节工艺配套专用的PID 控制器，是提高检定效率的直接有效的措施。如果配套专用的PID 控制器，检定效率约可以提高一倍。

2）为塔里木检定点高压天然气流量标准装置增加泄漏监测流程，可以杜绝非计量漏失，提高检定准确性，确保装置计量性能。

3）塔里木检定点在现有工作级流量标准装置的基础上，增建次级标准，更符合地处边疆、不方便对外送检的实际情况。 减小了对其他检定站点的依存度，借助于塔里木多气源、高压力、大气量的优势，为行业、国内开展天然气计量技术研究创造了条件。适应大口径（≥400 mm）湿天然气计量测试的应用，建议再对塔里木检定点工作级标准装置的能力适当扩大。塔里木检定点在现有条件下，不做任何工艺上的改造，可以保证检定气量达到15 000 m3/h，满足标准装置检定DN500 mm 流量计的需要。 必要时再申请增建原级标准装置，促使检定点换挡升级，在油气田上游领域，与国家站成都分站互相开展计量比对，进行能力验证，统一天然气量值，提高天然气贸易计量准确度。