天然氣計量輸差診斷方法應用研究

呂素芳，李曉明，李效彪，郭陽，李杰，王小英

(中國石化股份有限公司 中原油田分公司 天然氣產銷廠，河南 濮陽 457162)

1 天然氣計量及輸差現狀

流量計量是天然氣工業發展中尤其重要的問題，不僅是生產部門用來判斷氣井生產能力的技術指標，更是天然氣供需雙方貿易結算的依據。為了準確計算流量，需要提高流量計量的準確度。

天然氣計量的準確度受多種因素的影響，在井口氣量與外輸氣量、供給氣量與接收氣量、總計量與分表計量之間總存在一定的差值，即常說的“計量輸差”。對輸差的合理控制是保證計量準確性的一項重要工作。

目前中國石化股份有限公司中原油田分公司天然氣產銷廠在天然氣計量中的管理機構、制度以及量值傳遞系統已很健全，計量裝置與儀表齊全，但仍存在一些不足[1]。

1.1 計量器具的現狀

目前集氣站的計量方式主要采用標準孔板節流裝置差壓式流量計，占該廠總流量計的70%以上，孔板雖是目前國內外標準化程度較高的計量器具，但受干擾因素較多，維護相對復雜。其二次儀表主要配置雙波紋管壓差計和壓力溫度變送器。除孔板差壓式流量計外，還有少數旋進漩渦流量計，該流量計無可動部件，儀表準確度不高，且極易受氣流脈動和壓力變化的影響而產生計量誤差[2]。

1.2 工藝流程對天然氣采輸的影響

隨著氣田的逐步開發，天然氣中水分等雜質的增多，集氣站設備的逐漸老化，現有生產工藝無法達到理想的分離效果，氣體輸送中易形成兩相流甚至是多相流，導致氣況偏離計量標準要求，影響天然氣計量準確性，不僅增大計量誤差，還減少儀表的使用壽命。由此造成的計量誤差隨著氣田開發的年限而愈顯，該問題也是限制氣田計量水平提高的重要因素。

2 輸差的基本概念與分類

2.1 概 念

輸差是指天然氣在輸送過程中的量值減量，其計算公式如下：

(1)

式中：Δ——天然氣輸差，m3；qj——流入氣量，m3；qc——流出氣量，m3；t——時間，s；T——周期。

2.2 分 類

輸差根據實際情況可分為站輸差、線輸差、綜合輸差等。

站輸差：

Δ站=∑q出站-∑q進站

(2)

線輸差：

Δ線=q出氣-q進氣+q管存變化

(3)

綜合輸差：

Δ綜合=∑q銷氣-∑q接氣+∑q管存變化

(4)

其中，綜合輸差要達到三點要求： 等于總出、總進之差；等于所有站輸差和線輸差之和；等于所有基層單位輸差之和。

3 集氣站輸差診斷方法及應用

對采輸氣管網進行合理的輸差分析，及時查找輸差問題，盡快將問題交給計量和巡線人員。可促使計量人員首先對計量儀表是否存在產生輸差的可能性進行確認；同時讓巡線人員對管線竊氣、漏氣等現象進行確認。

3.1 定位輸差問題

3.1.1計量數據分析

一般天然氣管網的計量數據都具有傳遞性質，通過對某條管線或某個站場上下游計量點的計量數據進行對比分析，可以判斷某段位置計量儀表的準確性，找到存在計量輸差的問題部位。

3.1.2輸差走勢對比

將整個管網或全線的輸差和區域的輸差曲線進行對比。如果發現某段或某個區域的輸差曲線和整個管網或全線的輸差曲線走勢相似，該線存在輸差問題的可能性就比較大，重點對該段或該區域進行查找，縮小工作范圍，提高解決輸差問題的效率。

3.1.3集氣站日常巡檢工作

在集氣站的日常工作中，對計量數據進行及時錄取并上傳是一項非常重要的工作，基層工作人員作為站場計量系統故障的第一發現人，可以及時對可能產生的輸差問題進行現場解決處理。

3.2 檢 查

解決輸差問題應遵循計量優先的原則，即首先從計量儀表上尋找輸差產生的原因。與竊氣、漏氣相比，計量儀表發生故障造成計量輸差的可能性更大且不易被發覺。同時，計量儀表的處理與巡線相比較為容易和及時。針對集氣站日常工作而言，從計量優先的角度考慮則主要包括如下幾個方面：

1) 檢查計量儀表數據顯示或遠傳是否正常。計量儀表接線處接觸不良、位置松動等造成儀表數據間斷顯示或無法正常遠傳；計量監控系統卡死、計量暫停等原因均會對計量產生影響。值班人員應密切關注監控數據，及時對接線穩固性進行檢查，系統遇卡時一般采取系統重啟的措施，即可恢復正常計量狀態。

2) 檢查儀表參數設置。參數包括節流裝置參數和天然氣的相對密度參數。軟件輸入的孔板直徑、管徑等數據一定要與現場節流裝置相符合，否則對計量精確度的影響較為嚴重。天然氣的相對密度在測量中也是較重要的物性參數，目前采取的是每月15日更換一次密度值的方式，將某點的分析數據代表該月份的組分情況，該組分是流量計量的重要參數。

3) 檢查計量裝置管路及閥門。平衡閥、高低壓閥以及計量儀表取壓閥開關未到位，儀表閥門內漏或堵塞等均會對計量產生一定的影響。表1為各儀表裝置閥門開關情況對天然氣正常計量的影響。

表1 計量裝置閥門狀態對正常流量計量的影響

4) 檢查鉑熱電阻。鉑熱電阻的安裝應符合標準，并要定期進行檢查。當熱電阻出現接線脫落、接觸不良以及安裝不當等現象時均會導致溫度的測量失準，進而影響計量的準確性。

5) 裝置排液。氣田水分較多，集氣站一級分離效果并不理想，油水及砂粒等極易被帶入計量管段，隨著氣流的高速流過，必會嚴重損壞孔板，因而需要及時對節流裝置進行排液操作，防止油水砂粒等聚集而影響計量準確性。尤其是在寒冷冬季，氣溫過低，排液不及時，節流裝置油水聚集、凝結，嚴重影響正常計量。故在集氣站執行冬季安全生產措施時，加密裝置排液是一項不容忽視的重點。

6) 輸差及工藝流程檢查。一旦發現輸差問題即對流程進行檢查，從站場流程上排查可能的原因，及早定位問題部位，從而采取合理的解決措施。

a) 正輸差。總計量遠大于單井計量之和，可能存在旁通漏氣、閥門內漏等現象。

b) 負輸差。總計量遠小于單井計量之和，可能由于站內用氣過大或用氣量估計值偏差大、總計量旁通閥門內漏等原因。

7) 檢查孔板。孔板作為節流裝置，是天然氣計量的核心部件，孔板的安裝方向、磨損程度、尖銳度、表面粗糙度、是否彎曲變形、是否有缺口、是否有臟物堆積、密封膠圈是否匹配、損壞等均會給計量數據的準確性帶來很大的影響。

3.3 分 析

在優先檢查儀表后，若仍無法排除輸差存在的問題，則需做進一步的現場問題分析。

1) 流程切換。若無法完全確定某計量點是否存在故障問題，可采取切換至其他流程重新進行計量信息的分析比對，找準問題。若多口井同時開井，則可以通過逐一關井，分別與總計量進行氣量對比的方式判斷輸差問題存在的具體部位。

2) 現場安裝對比表。即在計量點再次安裝計量儀表，與原先儀表計量數據進行直觀對比，確定原先的儀表是否存在故障問題。

3) 專業人員維修。以上檢查分析工作之后，若仍無法排除輸差過大問題，則需考慮自動計量系統是否有故障，可交由專業計量人員進行維護排查，分別針對自動計量儀表或雙波紋管壓差計等給予流量軟件維護、儀表故障排查、校表等針對性的整改措施。

3.4 集氣站常見計量輸差問題舉例

1) 文2號集氣站的文108-1井于2013年5月17日連續開井生產。全站開井一口，單井計量與低壓計量導致日累計流量輸差過大，通過對比計量數據，發現文108-1井計量儀表數據出現“時走時停”的故障，故障時各項數據均顯示為恒定值。隨即按照輸差問題解決程序，對計量儀表進行相應的檢查，均未發現故障問題，進一步分析，進行流程切換，計量數據比對等也未發現問題，于是歸結為自動計量系統的故障問題，專業計量人員解釋： 因文2號集氣站自動計量系統為Floboss103和ABB共用，組態軟件存在不兼容的現象，導致計量系統故障。

2) 文2號集氣站文108-5井于2013年7月2日開井生產。開井計量后發現單井計量與低壓外輸瞬時流量計量偏差過大，首先分別對108-5井和低壓外輸計量裝置按照輸差問題解決程序進行檢查，均未發現故障問題，在對孔板進行檢查時，發現文108-5井節流裝置處的密封膠圈偏大，更換為匹配的密封膠圈后，數據計量恢復正常，后續工作得以準確進行。

4 天然氣輸差產生原因及建議對策

4.1 安裝工藝問題

天然氣流經彎頭或閥門等設備時會發生擾動，多數流量計對前后直管段有要求。以最常用的孔板流量計安裝為例，要求上游側的直管段長度至少為10D，下游側的直管段長度至少為5D，若直管段達不到要求，氣流的擾動會對計量產生影響。

4.2 測量直管段附著物對單井計量的影響

當氣體經過標準孔板時，氣流從開孔流通，但孔板的周邊對氣流有阻擋作用，使雜質在孔板上、下游兩側沉淀堆積，影響流體通過孔板時的流速分布，降低計量精度。由于磨損、沖刷導致測量管內壁表面粗糙度增加，長期使用給整個計量裝置帶來的測量不確定度難以評定。測量管內壁附著雜質，導致孔板上、下游的直管段內徑改變[2]。

可在流量計前加裝過濾器，尤其對于集氣站開井時間較長的氣井流程，可有效減少雜質對計量的影響，提高準確度。過濾器需要定時檢查和清理，過濾器前后段裝壓力表，通過監測兩端的壓力差確定過濾器的堵塞情況，便于及時更換或清洗濾芯。根據年度計量檢修工作，應對其內腔及測量管內壁的粗糙度進行檢查，清洗內壁附著的污垢，當發現內表面有明顯沖刷或腐蝕，應更換內表面符合標準要求的測量管，如暫時無符合標準的測量管，應及時對原測量管按表面沖刷腐蝕情況做相應修正。

4.3 人為因素的影響

上游測量管及端面的沉積物、倒流程不徹底造成旁通走氣、閥門故障漏氣、分離器壓油后忘記關閉壓油閥等，使計量的氣量偏差過大；節流裝置不

能按期檢查、孔板選型不當等，造成差壓變送器運行在超量程或超低限，未在其理想范圍內運行，從而帶來計量誤差；啟動計量裝置時，未關差壓變送器的平衡閥或未開啟取壓閥等，這些人為因素均可對計量輸差帶來影響[3]。

為確保有效避免人為因素，需重點加強集氣站人員計量知識的培訓，強化人員計量意識，開展多形式的計量技術崗位練兵，提高現場技術操作水平。建立完善的計量操作規程，加強集氣站儀表、自控系統的巡檢工作，使其保持良好的運行狀態[4]。

5 結束語

輸差控制是提高計量準確性的有效保證，筆者通過對集氣站所遇到的計量輸差問題進行學習總結，提出一套合理的計量輸差解決流程，為基層站場及時解決計量存在的現場問題提供借鑒。

參考文獻：

[1] 廖德云，張智，王存偉.影響天然氣自動計量系統穩定性因素的探討[J].石油化工自動化，2013，49(02)： 62-64.

[2] 韓瑤，馬倬，韓冬.提高單井濕氣計量精度的建議[J].科技風，2012(02)： 22.

[3] 邱正陽，梁平，徐春碧.天然氣輸差問題及其解決方法[J].油氣儲運，2006(07)： 60-62.

[4] 吳斌，劉明亮.天然氣計量與輸差控制[J].儀器儀表標準化與計量，2006(04)： 32-34.

[5] 蔣大旭，鄭開銀．天然氣自動計量教程[M].北京： 中國計量出版社，2004 .

[6] 陸德民，張振基，黃步余.石油化工自動控制設計手冊[M].3版.北京： 化學工業出版社，2005.