影響天然氣渦輪計量系統(tǒng)準確性的因素與對策

聶文，孟祥華

(中石化天然氣榆濟管道分公司，山東 濟南 250000)

天然氣作為一種清潔能源在一次能源消費中占據(jù)著重要的地位。隨著中國西氣東輸、川氣東送等國家重要長輸管道的建成，以及城市燃氣管網(wǎng)的不斷完善，天然氣貿(mào)易交接的科學(xué)、公正、可靠變得愈發(fā)重要。渦輪計量系統(tǒng)具有靈敏度高、重復(fù)性好、量程比寬等優(yōu)點，在長輸管道以及城市燃氣管網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用，但在實際應(yīng)用過程中會受到各種因素的干擾，進而影響了其計量的準確性。

1 渦輪流量計的工作原理

渦輪流量計屬于速度式流量計，在管道中安裝一臺自由轉(zhuǎn)動、軸與管道同心的葉輪，當被測氣體流過傳感器時，在氣流作用下，葉輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，葉輪轉(zhuǎn)動會周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值，使檢測線圈中磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電勢，即電脈沖信號。該信號經(jīng)放大器放大后，送至顯示儀表顯示，渦輪流量計工作原理如圖1所示。

管道中流體的流速大小與葉輪轉(zhuǎn)速成正比，流量計算如式(1)所示：

(1)

式中：qVf——工況體積流量，m3/s；N——渦輪流量計的脈沖數(shù)；K——渦輪流量計儀表系數(shù)，1/m3。

圖1 渦輪流量計工作原理示意

2 天然氣渦輪計量系統(tǒng)的組成

天然氣渦輪計量系統(tǒng)如圖2所示，一般由渦輪流量計、壓力變送器、溫度變送器、色譜分析儀、流量計算機5部分組成。渦輪流量計是該計量系統(tǒng)的核心，壓力變送器、溫度變送器采集輸氣工況條件下的壓力、溫度信號。色譜實時在線分析管道中的天然氣組分，以確定天然氣的壓縮因子。流量計算機則將采集到的壓力、溫度、工況體積流量、氣體組分進行運算分析，得到標準狀況下的氣體體積流量，并用于計量交接，同時保存相應(yīng)的流量歷史數(shù)據(jù)。

圖2 天然氣渦輪計量系統(tǒng)示意

3 影響天然氣渦輪計量系統(tǒng)準確性的主要因素

中國天然氣貿(mào)易交接中一般采用標準狀況下的體積流量進行結(jié)算，標況下的體積流量計算如式(2)所示：

(2)

式中：qVn——標況下的體積流量，m3/s；pabs——工況下測得的氣體的絕對壓力，kPa；pn——標況下的參比壓力，101.325 kPa；Tn——標況下的參比熱力學(xué)溫度，293.15 K；T——工況下測得的氣體熱力學(xué)溫度，K；Zn——標況下的氣體壓縮因子；Z——工況下的氣體的壓縮因子。

由式(2)可知，影響天然氣渦輪計量系統(tǒng)準確性的主要因素有： 工況體積流量是否準確；壓力、溫度在工況條件下的測量是否準確；氣體的組分分析是否準確以及流量計算機的設(shè)置是否正確等。

4 解決措施

4.1 保證渦輪流量計的正常運行

渦輪流量計安裝時應(yīng)確保流量計的上游前、下游后具有一定長度的直管段，一般要求上游直管段長度不低于20D，D為管道公稱直徑，下游直管段不低于5D，以消除旋渦流等流體流速分布不均產(chǎn)生的測量誤差。流量計應(yīng)工作在儀表系數(shù)曲線線性區(qū)域內(nèi)，瞬時流量應(yīng)在分界流量以上，以保證其測量的準確性。要特別注意脈沖放大器的選型和配置，其選用和正常運行直接關(guān)系著工況流量數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。

4.2 確保壓力和溫度的測量準確

壓力變送器、溫度變送器應(yīng)具備限值報警、修改保護等功能。現(xiàn)場人員應(yīng)定時核查計量系統(tǒng)中壓力值、溫度值與現(xiàn)場變送器就地顯示值是否一致，定期利用校準儀器檢查儀表的零位，防止零位漂移，對于超過儀表允許誤差的應(yīng)及時更換或者送專業(yè)授權(quán)機構(gòu)檢定、校準。

4.3 加強對天然氣組分的分析

對于多氣源的計量系統(tǒng)，建議設(shè)置在線氣體色譜分析儀，在線分析天然氣的組分并將數(shù)據(jù)傳入流量計算機以實現(xiàn)天然氣組分的實時更新。色譜分析儀應(yīng)定期利用標準氣體標定，確保正常工作。對于未設(shè)置色譜分析儀的計量系統(tǒng)應(yīng)定期采集天然氣送專業(yè)機構(gòu)化驗，同時要加強與鄰近配置有色譜分析儀的計量系統(tǒng)的組分數(shù)據(jù)比對，防止氣體組分發(fā)生較大變化時，預(yù)設(shè)在流量計算機中的氣體組分數(shù)據(jù)未及時更新而造成計量誤差。

4.4 流量計算機的設(shè)置要合理

對于控制室設(shè)置有流量計算機的計量系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)渦輪流量計的檢定結(jié)果，及時修改計算機中設(shè)置的儀表系數(shù)，確保工況流量傳輸?shù)臏蚀_。要根據(jù)現(xiàn)場工藝情況以及儀表性能，正確選擇小流量切除的工況點，對于具有壓力、溫度傳輸故障自動補償功能的流量計算機要根據(jù)工況設(shè)置壓力、溫度的預(yù)設(shè)值，同時要合理選取壓力、溫度、流量的上下限報警點，以確保流量計算機的正常運行。

5 結(jié)束語

天然氣計量的準確性直接關(guān)系著行業(yè)的發(fā)展和經(jīng)濟效益。渦輪計量系統(tǒng)作為天然氣行業(yè)的常用流量計量設(shè)備，其計量的準確性顯得尤為重要，影響因素也會在不同工況下有所差異，需要現(xiàn)場人員加強維護，合理分析，科學(xué)制訂對策，才能進一步提高渦輪計量系統(tǒng)的準確性。