黄昀1 刘禧1 刘洪2

1.中国石油天然气股份有限公司天然气销售贵州分公司； 2.西南管道分公司

 

摘  要：输差控制是提高长输天然气管道运营效益的重要环节。分析了天然气管道计量仪表误差产生的原因，提出了减少输差的控制措施，通过在流量计前增加一个调压阀调整了流量计的工作点，从而提高了流量计的计量精度，有效地控制了输差。

关键词：天然气管道；输差；计量管理；控制措施；在线检定

 

 

计量是天然气管道输送中不可缺少的环节，而输差控制是计量的关键指标。从分析长输天然气管道计量仪表误差产生的原因入手，以提出减少输差的控制措施。

1 概述

1.1 输差的定义

输差指在一定统计期内管道天然气注入总量与分输总量的差值，分为绝对输差和相对输差，包括计量仪表系统误差、管道系统工艺损耗及天然气放空等，其中计量仪表误差是输差控制的关键和难点。

1.2 控制输差的意义

长输天然气管道的输差管理，直接影响管道企业的利润和运行成本，是衡量企业管理水平的重要指标，与安全管理、质量管理同等重要。随着管道工艺管理水平、计量仪表制造和校准技术的提高，对天然气输差的控制要求也更加严格，中石油集团已将管道企业天然气输差率由0.25%减低到0.18% 。

1.3 计量仪表类型

长输天然气管道可选用的流量计有气体超声流量计、气体涡轮流量计、旋进旋涡流量计、涡街流量计、气体罗茨流量计等。大口径、大量程的管道注入点多选用超声流量计，中小口径、量程小的分输点以涡轮流量计为主，故这两种流量计最常用。

2 常用计量仪表

2.1 超声流量计

（1）结构及工作原理。超声流量计由超声换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。其电子线路包括发射、接收、信号处理（流量计算机）和显示电路。在测量管段上装有一对或多对超声换能器，交替发射和接收超声波，通过测量超声波沿气流顺向和逆向传播的声速差、管段的流体压力和温度、气体摩尔组分，通过流量计算机计算出气体流速及标准状态下气体的流量，完成天然气的计量工作。

（2）特点。气体超声流量计准确度高、重复性好、抗干扰能力较强，可精确测量脉动流；不受介质流动方向限制，可双向流量计量，量程比宽；无可转动部件，压力损失小，维护量少。

2.2 涡轮流量计

（1）结构及工作原理。涡轮流量计主要由壳体、前后导向架组件、叶轮和信号检测放大器四部分 组成。壳体是传感器的主体部件，导流器、叶轮、轴和轴承装在壳体内，信号检测放大器安装于壳体外。 气体经过流量计入口的导流器，推动涡轮叶片旋转，在当前压力和温度下，叶轮的转数与通过涡轮流量计的气体体积成正比。叶轮是传感器的一次检测部件，信号检测放大器将涡轮机械转动信号转换成电脉冲信号输出，通过压力和温度补偿后，完成天然气的计量。

（2）特点。 涡轮流量计具有精度高、压力损失小、始动流量低、无零点漂移、量程比高、重复性好等优点，对温度、压力进行自动跟踪补偿；采用了高质量轴承和独特的导流片，明显增强了其抗磨损性能，且在恶劣环境下工作时测量数据不失真；采用脉冲输出信号，容易进行数字化传输且不易丢失；采用先进的超低功耗单片微机技术，不需要外电供电；通过涡轮流量计本身的微处理器运算检测到的气体温度、压力和涡轮产生的脉冲信号，直接输出工况流量和标况流量，无需增加流量计算机等外处理设备，整体功能更加强大。

3 输差成因

造成输差的原因很多，可划分为核心因素和非核心因素。前者为计量设备及其辅助设备；后者为管存计算误差、天然气排污、管件连接处的渗漏及不定时放空等。以下重点分析输差产生的原因。

3.1 超声流量计误差原因

（1）管道本体。如流量计前后的直管段长度不足和管道内壁的光滑度差，会造成气体流态不稳定而产生不稳定声脉冲，影响计量准确性。

（2）流量计。流量计壳体几何尺寸精度、超声换能器位置安装精度都会造成其本质计量误差。电子时钟和积分运算的稳定性直接影响流量计运行的稳定性。

（3）管输介质。管输气体中的颗粒物或液滴附着在换能器辐射面上，会影响声脉冲的传播，严重时流量计不能正常工作。

（4）分输流量。分输流量不稳定、未在分界流量以上或超出计量范围，影响计量准确性。

（5）噪声。下游调压阀的噪声超高会淹没流量计的超声信号，造成信号丢失或失准。

（6）其他因素。管道漏气或人为关闭，管输气体组分非实时数据或未及时更新等。

3.2 涡轮流量计误差原因

影响气体涡轮流量计计量误差的因素主要有涡轮流道导流器损坏或变形、涡轮损坏，涡轮轴承润滑不良、轴承内进入杂质或损坏而降低其转速；管输天然气的温度、压力等发生较大变化导致流量计几何尺寸发生变化而改变涡轮转速；分输流量不稳定、流量计未在分界流量以上或超出计量范围；压力传感器、温度传感器漂移；流量计多次启停输造成短时间内不在其标定的工作点工作；管输气体组分非实时数据或未及时更新等。

4 减少输差的措施

4.1 保证计量设备本体完好

（1）超声流量计。一是定期清洗附着在换能器辐射面上的颗粒物和液滴，保证声脉冲信号通道传播正常。实时存储流量计的脉冲信号和流量的输出信号，便于后期追溯。二是定期开展声速核查，当每组声速偏差超过0.2%时，站控上位机或流量计算机发出报警信号，应及时切换到备用计量系统。三是定期清洗超声流量计内部通道，防止通道内沉积物积累，造成负误差；例如DN300流量计以积垢0.5 mm计，内径减小了3‰，计算流量将偏高6‰。

（2）涡轮流量计。一是定期更换或维护轴承。二是定期清洗流量计的传动部分和前置过滤器，及时加注或更换润滑油。三是定期检查流量计的涡轮和前后导流器是否变形或损耗，并及时更换。四是检查并及时更换流量计电池。

4.2 按需调节计量工况

长输天然气管道首站、口径大于100 mm的各分输点管道多采用超声流量计，其余分输点采用涡轮流量计。

为了解决工况流量小无法满足流量计分界流量的问题，在流量计前选择合适位置增加非接触式调压 器，降低分输运行压力，提高工况流量。特别是投产初期的管道，可根据分输流量设定流量计前压力，确保流量计在相对稳定的工况流量下运行。通过调节流量计前压力，可以减少分输次数甚至达到连续分输，减轻了劳动强度，降低了小流量下计量仪表产生的误差，在实际应用中取得很好的效果。

4.3 实时更新气质组分

天然气中二氧化碳含量过高会衰减超声信号，造成计量负误差。建议在管输气体源头、分输量大的分输口、注入气体的管道口等，安装在线色谱分析仪，将气体组分实时数据纳入流量计算机参与计量。同时将上游采集到的组分数据通过SCADA系统按时输入到下游分输超声流量计算机中，参与贸易交接计量。

4.4 在线管理计量设备

建议增加远程诊断系统，对参与计量的设备、压力、温度、气质组分、工艺条件等数据进行全面分析，发现数据突变，立即报警提示，并提出计量设备维修、维护建议。

4.5 在线检定计量设备

当前，计量仪表检定有政府授权的地方计量检测机构的空气检定和国家石油天然气大流量计量站的天然气实流检定两种方法。气体超声流量计检定多采用后者，目前无法实现在线压变、温变、流量计算机、气体色谱分析仪等一体化计量系统的检定，往往出现单个仪表检定合格、计量系统误差超差的问题。涡轮流量计则两种检定方法都能满足要求。对于小口径分输管道计量，可以使用移动标定车实施在线实流检定，减少流量计停用天数、送检拆卸工作量等，降低标定成本，提高计量系统精度。

4.6 合理设置流量计工作范围

用气量少时可能导致流量计在分界流量下运行，用气高峰时可能超出流量计计量范围。通过分输系统的压力调节阀，编制控制程序，设置流量计工作范围。当分输流量小时，截断流量调节阀，停止分输；当分输流量超过设定范围时，关小流量调节阀，使流量计在设定的工作范围内运行，确保计量系统的稳定性。

 

    作者简介：黄昀， 1986年生，工学学士，工程师，中国石油天然气销售贵州分公司市场开发部主任/高级经理，主要从事天然气利用及营销、天然气输销环节自动化及通信相关工作。联系方式： 18628191941，lcyhuangyun@ptrchina.com.cn