隨著天然氣工業(yè)的發(fā)展, 天然氣貿(mào)易量與日俱增, 經(jīng)濟(jì)全球化的推進(jìn), 我國(guó)天然氣貿(mào)易交接計(jì)量越來(lái)越多, 天然氣計(jì)量的準(zhǔn)確可靠性愈來(lái)愈受到關(guān)注, 已關(guān)系到國(guó)計(jì)民生。天然氣易燃、易爆、可壓縮、組分復(fù)雜等特性, 導(dǎo)致天然氣計(jì)量成為全球計(jì)量學(xué)領(lǐng)域中的難點(diǎn), 為了提高天然氣計(jì)量準(zhǔn)確性, 確保計(jì)量準(zhǔn)確可靠, 按照《計(jì)量法》要求需定期對(duì)天然氣流量計(jì)進(jìn)行檢定和校準(zhǔn)[1-2], 確保流量計(jì)的準(zhǔn)確可靠。

按照流量計(jì)檢定規(guī)程[3-4]的要求, 現(xiàn)場(chǎng)在用的流量計(jì)檢定周期一般為2年, 由于流量計(jì)使用條件較為復(fù)雜, 影響流量計(jì)的因素多, 在檢定周期內(nèi)流量計(jì)的性能可能會(huì)發(fā)生變化, 影響買賣雙方貿(mào)易計(jì)量的公平, 所以需要定期對(duì)檢定周期內(nèi)的流量計(jì)進(jìn)行在線核查, 確認(rèn)流量計(jì)工作性能及準(zhǔn)確度, 目前主要核查方式有超聲流量計(jì)的使用中檢驗(yàn)和流量計(jì)比對(duì)。

隨著超聲流量計(jì)計(jì)量技術(shù)的不斷發(fā)展, 目前在用超聲流量計(jì)的廠家均配備使用中檢驗(yàn)的配套軟件, 按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 30500—2014《氣體超聲流量計(jì)使用中檢驗(yàn)聲速檢驗(yàn)法》[5]對(duì)超聲流量計(jì)的聲速、信號(hào)質(zhì)量、增益、信噪比、流速系數(shù)5個(gè)參數(shù)進(jìn)行診斷, 通過這些參數(shù)的監(jiān)測(cè), 可分析流量計(jì)的性能, 確認(rèn)流量計(jì)的工作狀態(tài)。這些參數(shù)的組合可作為形成專用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。有關(guān)自診斷信息分析方法的示例如表1所示。

流量計(jì)的使用中檢驗(yàn)可分析流量計(jì)的工作狀態(tài), 確保在用流量計(jì)的性能正常, 但是, 流量計(jì)的各項(xiàng)分析參數(shù)正常并不能確認(rèn)計(jì)量的準(zhǔn)確度一定好, 僅能作為一種輔助手段進(jìn)行參考, 同時(shí)由于渦輪流量計(jì)是機(jī)械原件, 無(wú)法對(duì)渦輪流量計(jì)進(jìn)行診斷, 進(jìn)而判斷渦輪流量計(jì)的性能。

流量計(jì)比對(duì)是選用2臺(tái)流量計(jì)串聯(lián)安裝或者通過流程切換使2臺(tái)流量計(jì)串聯(lián)的方式進(jìn)行測(cè)試, 比較2臺(tái)流量計(jì)相同時(shí)間段內(nèi)的累計(jì)流量值, 進(jìn)而分析流量計(jì)的計(jì)量性能, 如圖1所示。

通過定期比較2臺(tái)流量計(jì)流量偏差, 確保在檢定周期內(nèi)流量計(jì)的偏差在檢定規(guī)程允許的范圍內(nèi), 該種方法可使用所有類型流量計(jì), 較使用中檢驗(yàn)可更直接反映流量計(jì)計(jì)量的準(zhǔn)確性。

流量計(jì)在線比對(duì)較使用中檢驗(yàn)有較大的優(yōu)勢(shì), 但是受現(xiàn)場(chǎng)流程條件限制, 實(shí)施起來(lái)難度較大。流量計(jì)對(duì)上下游直管段要求較為嚴(yán)格, 由于大多數(shù)場(chǎng)站的設(shè)計(jì)局限, 現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法再串聯(lián)安裝1臺(tái)流量計(jì), 同時(shí)反復(fù)的拆裝也會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)供氣, 需要投入大量的人力物力, 為了解決這一技術(shù)難題, 可通過以下技術(shù)路線進(jìn)行流量計(jì)比對(duì)。

通過不同類型流量計(jì)的性能分析, 可選用一臺(tái)便于安裝, 不需要拆裝直管段的外夾式超聲流量計(jì)作為比對(duì)參考流量計(jì), 如圖2所示。

外夾式超聲流量計(jì)是一種將換能器固定在流體管道外, 聲波傳播的路徑透過流體管道壁的流量計(jì), 具有以下技術(shù)特點(diǎn): (1) 安裝便捷且成本低; (2) 獨(dú)立測(cè)量, 不依賴流體的傳導(dǎo)性和壓力; (3) 無(wú)壓損, 無(wú)泄漏; (4) 可對(duì)現(xiàn)有設(shè)備回顧安裝; (5) 無(wú)需切斷管道, 不用中斷生產(chǎn), 不用停止設(shè)備; (6) 不與介質(zhì)接觸; (7) 準(zhǔn)確度較低, 長(zhǎng)期穩(wěn)定性較差, 受安裝條件影響大。

外夾式超聲流量計(jì)較適合現(xiàn)場(chǎng)工藝條件, 但是準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性較差, 外夾式流量計(jì)的測(cè)量值無(wú)法作為參考值, 但可利用外夾式流量計(jì)短期穩(wěn)定性較好進(jìn)行流量計(jì)之間比對(duì)。現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量工藝流程如圖3所示, 由多條計(jì)量支路并聯(lián)組成計(jì)量橇, 但各計(jì)量支路無(wú)法通過流程切換實(shí)現(xiàn)串聯(lián)安裝, 可通過在計(jì)量橇上游選一直管段安裝外夾式流量計(jì), 通過每條支路與外夾式流量計(jì)的偏差, 計(jì)算各計(jì)量支路之間的偏差。

式中:E1為計(jì)量支路1與外夾式流量計(jì)的偏差;Q1為計(jì)量支路1的流量值;Qwai為外夾式流量計(jì)的流量值。

式中:E2為計(jì)量支路2與外夾式流量計(jì)的偏差;Q2為計(jì)量支路2的流量值。

式中:E3為計(jì)量支路2與計(jì)量支路1的偏差。

同理可得出其他支路之間的偏差值。

(1) 流量計(jì)檢定完成現(xiàn)場(chǎng)安裝后錄取第1次數(shù)據(jù), 次數(shù)據(jù)作為參考值, 每隔一段時(shí)間做一下測(cè)試, 測(cè)試結(jié)果與第1次測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比對(duì), 分析流量計(jì)計(jì)量的穩(wěn)定性的變化, 確認(rèn)流量計(jì)的計(jì)量性能, 確保貿(mào)易計(jì)量交接的準(zhǔn)確可靠。

(2) 第1次的測(cè)試結(jié)果, 需要對(duì)2臺(tái)流量計(jì)測(cè)試結(jié)果的偏差與合成不確定度進(jìn)行比較, 分析流量計(jì)的準(zhǔn)確度。

可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集2臺(tái)流量計(jì)及配套溫度、壓力儀表信號(hào), 并進(jìn)行流量、溫度和壓力補(bǔ)償計(jì)算, 存儲(chǔ)數(shù)據(jù), 生成報(bào)告等功能。

主要設(shè)備應(yīng)包括:數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)、MPU、輸入模塊、脈沖/頻率信號(hào)采集卡、計(jì)時(shí)模塊、通信模塊、脈沖信號(hào)隔離放大器、浪涌保護(hù)器等組成。

天然氣工作條件下的壓縮因子使用AGA Report No.8[6]規(guī)定的方法計(jì)算, 數(shù)據(jù)采集軟件內(nèi)自帶壓縮因子計(jì)算模塊, 可手動(dòng)輸入溫度、壓力和組分獲取壓縮因子計(jì)算結(jié)果用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)采集模塊計(jì)算結(jié)果的可靠性。

渦輪流量計(jì)瞬時(shí)流量計(jì)算使用GB/T 21391[7]或ISO 9951[8]規(guī)定的方法計(jì)算, 修正因子 (誤差) 和流量關(guān)系式使用多點(diǎn)插值修正方法。

超聲流量計(jì)瞬時(shí)流量計(jì)算使用GB/T 18604[9]或AGA No.9[10]或ISO 17089[11]規(guī)定的方法計(jì)算, 修正因子 (誤差) 和流量關(guān)系式使用多點(diǎn)插值修正方法。

脈沖/頻率、溫度、壓力信號(hào)的采集均采用累積量, 采取相同時(shí)間段內(nèi)的累計(jì)流量值, 避免由于瞬時(shí)值波動(dòng)引入較大的誤差。

以某管道公司貿(mào)易計(jì)量交接站為例進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用分析, 該站計(jì)量橇選用3條DN200的計(jì)量支路, 流量計(jì)信息如表2所示, 比對(duì)流量計(jì)選用外夾式超聲流量計(jì), 安裝于DN200的直管段。

按照上文所說方法進(jìn)行測(cè)試, 測(cè)試流量點(diǎn)為1 500m3/h, 按照式 (1) ~式 (3) 進(jìn)行計(jì)算, 測(cè)試結(jié)果如表3所示。

通過測(cè)試結(jié)果可分析:

(1) 3臺(tái)流量計(jì)檢定完成后首次比對(duì)結(jié)果符合規(guī)范要求, 流量計(jì)安裝完成后性能良好。

(2) 3臺(tái)流量計(jì)在檢定周期內(nèi)相互之間偏差的變化值均小于0.7%, 符合標(biāo)準(zhǔn)要求, 證明3臺(tái)流量計(jì)的穩(wěn)定性能較好。

(1) 在對(duì)貿(mào)易計(jì)量交接站設(shè)計(jì)時(shí), 可增加計(jì)量橇的對(duì)比流程, 實(shí)現(xiàn)定期對(duì)在用貿(mào)易計(jì)量流量計(jì)進(jìn)行實(shí)流在線比對(duì), 確保流量計(jì)計(jì)量性能良好[12-13]。

(2) 在不具備在線實(shí)流比對(duì)工藝流程的場(chǎng)站可選用外夾式超聲流量計(jì)作為傳遞值對(duì)計(jì)量橇各支路進(jìn)行比對(duì), 確認(rèn)流量計(jì)的計(jì)量性能。

(3) 對(duì)于超聲流量計(jì)需要定期進(jìn)行使用中檢驗(yàn), 對(duì)于性能參數(shù)異常的流量計(jì)需要及時(shí)處理, 必要時(shí)重新送檢, 確保現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

(4) 利用外夾式超聲流量計(jì)進(jìn)行比對(duì)的方法可用于各管道公司計(jì)量輸差的查找及控制, 提高計(jì)量管理水平, 維護(hù)公司利益。