計(jì)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介
計(jì)量系統(tǒng)即通常說(shuō)的計(jì)量撬裝系統(tǒng) (見(jiàn)圖 1)，是把用于計(jì)量的各種設(shè)備、儀表、管線在工廠里預(yù)先安裝在一個(gè)基座上，出廠前對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行單項(xiàng)性能測(cè)試(如壓力、電氣連接測(cè)試等)和整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)合測(cè)試，形成一套撬裝設(shè)備，運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后只需進(jìn)行基座安裝、上下游管道連接并把信號(hào)連接到控制室和儀表柜后，接通電源就可投入使用。 計(jì)量系統(tǒng)是一個(gè)集成的“工程”，以其高精度、高穩(wěn)定性廣泛應(yīng)用于石油天然氣工業(yè)，目前近 80%的貿(mào)易交接均采用的是計(jì)量撬裝系統(tǒng)的形式。 我國(guó)近幾年來(lái)在石油天然氣的許多大型工業(yè)項(xiàng)目上也都采用計(jì)量撬裝系統(tǒng)，如蘭成渝成品油管道、西氣東輸、廣東 LNG 等。
1 用于貿(mào)易交接的天然氣計(jì)量系統(tǒng)組成
貿(mào)易計(jì)量是為了交接買(mǎi)賣雙方之間貿(mào)易結(jié)算來(lái)做依據(jù)的，所有買(mǎi)賣雙方都需要將工況流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的流量，然后再進(jìn)行體積交接或者能量交接。 我國(guó)天然氣的貿(mào)易交接一直以體積流量為結(jié)算依據(jù)， 國(guó)家石油行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定以溫度 20℃，壓力 101 325Pa 時(shí)狀態(tài)為天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)[1]。 目前上天然氣貿(mào)易采用的是熱值交易的方式，隨著中國(guó)天然氣需求的增大， 對(duì)國(guó)外天然氣進(jìn)口的增長(zhǎng)，天然氣的交接方式有可能與接軌，實(shí)現(xiàn)從體積計(jì)量轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰坑?jì)量。
用于貿(mào)易交接系統(tǒng)的天然氣計(jì)量系統(tǒng)主要組成包括：
(1)計(jì)量?jī)x表: 質(zhì)量流量計(jì) 、超聲波流量計(jì) 、渦輪、標(biāo)準(zhǔn)孔板表等;
(2)變送器: 溫度 、壓力變送器及溫度表 、壓力表;
(3) 分析儀表 : 自動(dòng)取樣器 、 氣相色譜分析儀等;
(4)帶有加熱裝置/防爆空調(diào)及可燃?xì)怏w報(bào)警器的分析小屋;
(5)在線比對(duì)回路和在線標(biāo)定接口;
(6)管路和閥門(mén): 包括下游關(guān)斷閥 、比對(duì)閥門(mén) 、排污閥、泄放閥;
(7)儀表和電路系統(tǒng),比如: 電源分配箱、信號(hào)接線箱、撓性連接管、防爆穿線管、穿線盒等;
(8)控制機(jī)柜,流量計(jì)算機(jī)，PLC(控制閥門(mén)和回路切換);
(9)各種鋼架支撐結(jié)構(gòu)、扶梯、過(guò)道、底座等。
2 天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)
天然氣計(jì)量實(shí)際上是對(duì)天然氣流量的測(cè)量,是在天然氣流動(dòng)過(guò)程中間接測(cè)量的, 測(cè)量的準(zhǔn)確度取決于整套測(cè)量系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)、建設(shè)、操作和維護(hù)等全過(guò)程的質(zhì)量[2]。 在天然氣計(jì)量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中,流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是主要的,另外包括天然氣密度、組成、發(fā)熱量、壓縮因子等相關(guān)參數(shù)的測(cè)量和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn),還有儀器儀表、設(shè)計(jì)及安全等標(biāo)準(zhǔn)。
目前，北美及歐共體均制定了天然氣計(jì)量的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，化標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)也有一套天然氣計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)體系，我國(guó)天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)國(guó)內(nèi)天然氣計(jì)量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和上述國(guó)外的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)資料進(jìn)行編制的，流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)已基本構(gòu)成完整的體系，正逐步由單一標(biāo)準(zhǔn)向多重標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展。
對(duì)于一個(gè)用于貿(mào)易交接的天然氣計(jì)量場(chǎng)站，*核心的部分就是流量計(jì)的選擇。 計(jì)量的**與否涉及到貿(mào)易的公平公正和貿(mào)易雙方的利益，而流量計(jì)的精度往往是影響整個(gè)計(jì)量系統(tǒng)的關(guān)鍵。
流量計(jì)的使用中首先遇到的是儀表的選型問(wèn)題。 在進(jìn)行具體選型時(shí),一般需要綜合考慮以下幾方面的因素[3]:
(1)儀表性能:**度、重復(fù)性、線性度、測(cè)量范圍、壓力損失、上下限流量等;
(2)流體特性:流體壓力、溫度、密度、粘度潤(rùn)滑性、化學(xué)性質(zhì)、腐蝕、臟污、氣體壓縮系數(shù)、等熵指數(shù)、比熱容、混相流、脈動(dòng)流等;
(3)安裝要求:管道布置方向、流動(dòng)方向、上下游直管段長(zhǎng)度、管徑、維護(hù)空間、管道振動(dòng)、過(guò)濾、排污輔助設(shè)備等;
(4)環(huán)境條件:環(huán)境溫度、濕度、安全性、電磁干擾、防爆等;
(5)經(jīng)濟(jì)條件:價(jià)格、維修費(fèi)、校驗(yàn)費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)、使用期限等。
目前， 在天然氣流量計(jì)量交接計(jì)量的實(shí)際應(yīng)用中，主要有孔板差壓式流量計(jì)、氣體腰輪流量計(jì)、渦輪流量計(jì)和超聲波流量計(jì)等。 其主要流量計(jì)的性能對(duì)比見(jiàn)表 2[4]。
由表 2 可得出，氣體超聲波流量總體性能優(yōu)于其它類型的流量計(jì)，具有如下特點(diǎn)：
(1)適用于 DN150 以上大口徑、高流量的計(jì)量;
(2)測(cè)量范圍寬,量程比大,測(cè)量精度優(yōu)于±0.5%,重復(fù)性優(yōu)于±0.2%，符合貿(mào)易交接計(jì)量要求;
(3)無(wú)可動(dòng)部件，可直接進(jìn)行清管作業(yè);
(4)安裝使用方便和維修費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),能實(shí)現(xiàn)雙向測(cè)量;
(5)各種不同聲道的流量計(jì)適合多種流態(tài)計(jì)量。
1 浙江 LNG 項(xiàng)目簡(jiǎn)介
浙江 LNG(液化天然氣)接收站項(xiàng)目一期工程設(shè)計(jì)規(guī)模為 300×104t/a， 二期工程設(shè)計(jì)規(guī)模將達(dá)600×104t/a。 接收站的功能是接卸由 LNG 遠(yuǎn)洋輸送船運(yùn)來(lái)的 LNG，在 LNG 儲(chǔ)罐內(nèi)儲(chǔ)存并進(jìn)**化，氣化后的天然氣通過(guò)輸氣干線分別送到沿線地區(qū)城市和工業(yè)用戶。
2 計(jì)量撬裝系統(tǒng)選擇及組成
(1)計(jì)量撬裝系統(tǒng)選擇
浙江 LNG 接收站項(xiàng)目不同于廣東和福建 LNG接收站項(xiàng)目，因?yàn)閺V東和福建 LNG 接收站項(xiàng)目均包括外輸干線，即站線一家，其貿(mào)易交接計(jì)量是由城市門(mén)站完成。 由于西氣東輸和東海氣的原因，浙江省管網(wǎng)是由另外的公司經(jīng)營(yíng)，接收站只需與管網(wǎng)公司進(jìn)行貿(mào)易交接計(jì)量。
根據(jù)接收站與管網(wǎng)公司的協(xié)議，計(jì)量采用能量計(jì)量，用于貿(mào)易交接的計(jì)量精度要求優(yōu)于±1%。為滿足提高貿(mào)易計(jì)量的精度，降低操作、維修成本，縮短施工工期的要求，通過(guò)比選分析，浙江 LNG 接收站項(xiàng)目將采用裝有氣體超聲波流量計(jì)的計(jì)量撬裝系統(tǒng)。
(2)計(jì)量撬裝系統(tǒng)組成
浙江 LNG 計(jì)量撬裝系統(tǒng)主要包括計(jì)量管路、超聲波流量計(jì)、溫度與壓力變送器、自動(dòng)取樣裝置、在線氣相色譜分析儀、流量計(jì)算機(jī)、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、外輸管線及相應(yīng)閥門(mén)儀表等。
3 計(jì)量撬的設(shè)計(jì)
(1)設(shè)計(jì)參數(shù)
(2)計(jì)量管路尺寸設(shè)計(jì)
對(duì)于采用超聲波氣體流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量， 北美天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn) AGA NO9 明確規(guī)定， 需定期進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定。 目前，國(guó)內(nèi)已具備標(biāo)定 DN≤300mm 管徑流量計(jì)的能力， 配備了移動(dòng)式流量標(biāo)定裝置， 但對(duì)于DN>300mm 管徑的流量計(jì)則需送至國(guó)外標(biāo)定。 從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，對(duì) DN>300mm 的流量計(jì)定期標(biāo)定需將流量計(jì)從現(xiàn)場(chǎng)拆卸下來(lái)送至國(guó)外標(biāo)定中心標(biāo)定，這將增加用戶的成本，也不利于接收站運(yùn)營(yíng)。 基于以上考慮，浙江 LNG 項(xiàng)目計(jì)量撬裝系統(tǒng)中計(jì)量管路采用 12″(DN300)的管徑，以便滿足國(guó)內(nèi)目前的標(biāo)定要求。
根據(jù) GB/T 18603-2001 規(guī)定， 天然氣體積計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)參比條件為 293.15K 和 101.325kPa， 發(fā)熱量計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)參比條件為 293.15K， 計(jì)量站管道內(nèi)徑應(yīng)依據(jù)*大流速 20m/s 進(jìn)行初算[5]。 因此，計(jì)量管路*大設(shè)計(jì)流速取 20m/s。 整個(gè)撬裝系統(tǒng)所需計(jì)量管路數(shù)目應(yīng)采用 n+1 的原則，以保證在某一計(jì)量管路檢修或標(biāo)定期間保證整個(gè)接收站的外輸量。 計(jì)量管路數(shù)可采用公式(1)、(2)進(jìn)行計(jì)算：
經(jīng)計(jì)算，n=3.45，取整 n=4，即浙江 LNG 接收站計(jì)量撬裝系統(tǒng)在滿足一期*高外輸流量的情況下需4 條管路同時(shí)計(jì)量，根據(jù)上述 n+1 原則，計(jì)量撬裝系統(tǒng)需配備 5 條計(jì)量管路。 二期經(jīng)計(jì)算 n=4.73，取整后 n=5， 因此二期只需在原來(lái)計(jì)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再增加一條計(jì)量管路就能滿足外輸計(jì)量要求。
4 計(jì)量撬裝工藝流程
如圖 2 所示， 經(jīng)接收站氣化后的天然氣進(jìn)入36″天然氣總管后， 分成 5 路 12″支管分別進(jìn)入計(jì)量管路 A～E(計(jì)量管路 E 作為備用，正常工況時(shí)計(jì)量站 E 的管線出口閥關(guān)閉)， 經(jīng)計(jì)量后的天然氣再次匯成 36″天然氣外輸總管進(jìn)入輸氣管網(wǎng)。 在進(jìn)入計(jì)量站計(jì)量前的天然氣總管上安裝一套天然氣取樣系統(tǒng)，對(duì)天然氣進(jìn)行連續(xù)取樣，樣氣送入氣體色譜儀分析天然氣組分，數(shù)據(jù)輸入流量計(jì)算機(jī)。 每路支管上設(shè)有超聲波流量計(jì)、壓力和溫度變送器及流量計(jì)算機(jī)，用于測(cè)量、記錄經(jīng)過(guò)計(jì)量站氣體的總流量、瞬時(shí)流量、壓力、溫度和熱量，計(jì)算出用于貿(mào)易交接工況下的能量流量，數(shù)據(jù)同時(shí)傳送至 LNG 接收站控制室。
為增加測(cè)量精度，在各個(gè)支管間設(shè)置有比對(duì)管線。 同時(shí)，為保證計(jì)量安全，在計(jì)量管路增設(shè)一套超聲波流量計(jì)作為核查表，目的是通過(guò)對(duì)比計(jì)量用流量計(jì)的流量數(shù)值， 包括對(duì)比聲速和閥門(mén)開(kāi)關(guān)時(shí)對(duì)流量的影響，保證貿(mào)易交接的精度。核查表要求采用與計(jì)量撬內(nèi)用超聲波流量計(jì)不同品牌的產(chǎn)品， 因?yàn)橛靡环N品牌的流量計(jì)，技術(shù)一樣，工藝一樣，在同一現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的問(wèn)題可能也會(huì)一樣， 失去了安裝核查表的意義。
計(jì)量系統(tǒng)同時(shí)設(shè)有一臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)， 用于收集從各個(gè)支管流量計(jì)算機(jī)來(lái)的數(shù)據(jù)， 分析統(tǒng)計(jì)整個(gè)外輸天然氣總的體積流量、質(zhì)量流量、體積流量累計(jì)、質(zhì)量流量累計(jì)、瞬時(shí)流量、日流量、熱值指示、成分分析、WOBB 指數(shù)以及一般報(bào)警，數(shù)據(jù)輸出至 LNG 接收站控制室。
小 結(jié)
LNG接收站項(xiàng)目貿(mào)易計(jì)量交接采用能量計(jì)量，充分體現(xiàn)天然氣的使用價(jià)值，選用由*的超聲波流量計(jì)組成的計(jì)量撬裝系統(tǒng)， 能有效的保證計(jì)量的整體精度;根據(jù)現(xiàn)行國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)要求，考慮國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的標(biāo)定能力，選用300mm管徑以滿足LNG流量計(jì)標(biāo)定的要求;通過(guò)在線比對(duì)、核查表等措施，保證了計(jì)量系統(tǒng)的高可靠性和高實(shí)用性。
