天然气长输管道计量系统偏差原因分析与优化建议

天然气长输管道计量系统偏差原因分析与优化建议

李楠

安徽中石油昆仑徽商燃气有限公司 安徽合肥 230000

摘要：长输管道燃气公司与城镇燃气公司之间通过流量计量进行贸易结算，为了确保贸易双方利益，准确计量数据相当重要。但是，在实际工作中有很多上下游之间由于计量偏差，造成买卖双方交易存疑，久而久之就会出现经济纠纷，严重的会采用法律来解决。这样不仅造成了天然气企业的经济损失，额外经济付出，还影响了企业在行业内形象，影响与其他买方的贸易关系。本文主要针对天然气长输管道计量系统偏差原因进行分析并提出优化建议。

关键词：天然气；长输管道；城镇燃气；计量偏差

一、前言

天然气作为最清洁低碳的化石能源，是我国新型能源体系建设中不可或缺的重要组成部分，当前及未来较长时间内仍将保持稳步增长，在碳达峰乃至碳中和阶段持续发挥积极作用。2022 年，全国长输天然气管道总里程 11.8 万千米（含地方及区域管道），新建长输管道里程 3000 千米以上。天然气通过长输管线辐射到各省各市各区域，再由终端城燃企业把气输送到千家万户。计量作为上下游之间贸易结算的基础，准确性尤为重要。

目前，我国天然气计量方式主要为体积计量，主要采用超声波流量计和涡轮流量计。燃气公司在选择流量计的时候一般从五个方面考虑，①流量计的性能要求；②流体特性；③安装要求；④环境条件；⑤流量计的价格。结合以上因素，上游长输管道燃气公司多选取超声波流量计，具有准确度高（优于±1.0%）、无机械可动部件、长期使用几乎免维护等特点，适合大流量、大口径、高压力；下游城燃单位多选取涡轮流量计，具有结构简单轻巧、重量轻、压力损失小、运行稳定可靠等特点，适用于流量变化不大，中小口径、中高流速介质洁净的管道。

二、偏差原因分析

（一）流量计选型不匹配。

超声波流量计属于速差式流量计，根据介质的传输时间差来计算流量；涡轮流量计属于速度式仪表，气体推动叶轮转动，根据叶轮转动的速度计算气体流量。由于二者计量原理不同、精度不同，设备本体存在着允许偏差；其次，燃气公司一般在流量计流量范围选择时往往会结合企业规模未来发展，选择一次性投入从而降低成本，因而造成所选择流量计无法适用实际初期用气规模，流速偏低，精度降低，甚至不计量，俗称“大马拉小车”。

（二）设备本体故障

超声波流量计计量系统包括：流量计、压力变送器、温度变送器、计算机；其中流量计是由流量计表体、电子元件及微处理器系统、超声换能器等构成。超声换能器通常沿管壁安装，且直接同气体接触，并承受气体的压力。

涡轮流量计计量系统包括：流量计、修正仪、压力变送器、温度变送器（低频）、计算机（高频）；

这些环节一旦出现故障都可能造成计量偏差。主要有：机械部分故障（轴承、叶轮、转子等）、传感器故障（绝缘不良、强电、强磁干扰等）、电路远传输出故障（通信模块、上位机、脉冲输出、电流输出等）。

（三）介质条件差

当含有水、固体杂质或其他脏物的天然气流过超声波流量计时，会将脏物堆积在气体超声波流量计表体管道内和超声波换能器探头上，从而影响气体超声波流量计计量的准确性和稳定性。同样，当含有杂质的天然气流过涡轮流量计，细小固体颗粒、油污、缠绕带等施工遗留垃圾粘附在流量计轴承上，致使轴承运转不灵，叶轮旋转不正常，产生机械磨损；若被测介质中含有腐蚀性气体，会对流量计的转子部分产生腐蚀，造成转子腐蚀变形、表层脱落，这样就会引起转子质量的变化，从而改变流量计的计量参数，影响转子的正常运转和计量的准确性。

（四）运行环境影响

天然气计量精度也受到环境温度变化而变化，环境温度变化时，测量精度有所降低。长时间处于温度不稳定状态会导致仪器出现问题，计量装置中有一种仪器为流量传感器，是一种热膨胀性材料制成的，流量传感器对工作环境温度的变化感知很灵敏。计量环境温度很低时，天然气计量会较慢，计量误差也会较大；现场的振动可能引起信号处理单元、超声换能器等部件发生共振，从而影响精度；可能存在的较强电磁或电子干扰的环境，也会引起计量偏差。

（五）管道安装不符合规程

流量计上游宜具有最短10D的直管段长度，流动调整器出口到流量计入口的直管段长度为5D，流量计下游宜具有短 5D 的直管段，以确保被测介质的流态满足仪表精度要求，当管段长度不够时，紊流严重，误差较大。

（六）气体组分影响

天然气是由多种可燃和不可燃的气体组成的混合气体，以低分子饱和烃类气体为主，并含有少量非烃类气体。在烃类气体中，甲烷占绝大部分，乙烷、丙烷、丁烷和戊烷含量不多;所含少量非烃类气体一般有二氧化碳、一氧化碳、氮气、氧气和硫化氢等。按照《天然气计量系统技术要求 (GB/T18603-2001)》天然气计量的标准状态为:温度20℃；压力0.1011325Mpa；由于工况不同，天然气气体组分变化是影响压缩因子的主要原因之一，压缩因子的偏差直接导致计量偏差。

三、优化建议

一是严格按照设计规范采购、安装、验收，确保设备质量完好。执行《用气体超声流量计测量天然气流量》（GBT 18604-2001）《用气体涡轮流量计测量天然气流量》（GB/T 21391-2008）规范要求。要求仪表的设计和安装应使其电磁辐射水平足够低，以保证仪表自身电子系统正常工作，且不会对其他电子设备造成电磁辐射干扰；特别应注意的是,超声流量计不应安装在振动频率(或其谐振)可能接近超声波传感器工作频率的环境。

二是加强设备日常管理，做好定期检查与维护。日常管理主要是根据其自诊断系统反馈的信息有针对性地进行检查和维护。根据制造厂的建议周期对流量计进行定期检查，比如信号处理单元及计时系统是否工作正常、声道有无故障、零流量测量是否准确、超声换能器表面是否有沉积物等。还应根据实际情况,检查邻近管道内是否有沉积物。加强对表具进行动态监管，定期对流量计进行清洗维保及检定，原则上要优于检定规程的周期。

三是加强计量人员的教育培训，做到内部持证上岗。计量人员一是要正确使用计量器具并负责维护、保养，使其保持良好的状况；二是严格按照计量技术法规或计量标准、规范、操作规程进行计量工作；三是保证计量检测原始数据和有关技术资料的完整、准确可靠，对所出具的检测数据负责；四是熟悉有关计量器具的原理、设备维护及保养知识，基本掌握流量计算机的管理知识，能够进行熟练的现场操作，具备一定的故障分析、判断及处理能力。

四、结论

天然气贸易计量是一项科学严谨的工作，是有一套完整计量体系支撑的，从设备本体的设计、制造、安装、鉴定，再到计量人员的专业知识储备、日常操作维护，每一个环节都至关重要，牵一发而动全身，因此，我们务必要做到认真仔细，求真务实，上下游之间也要强化沟通，共同探讨商议，排查解决问题所在。

参考文献

[1]张楠.超声波流量计的原理与应用[J].工业计量,2019,29(03):36-38.DOI:10.13228/j.boyuan.issn1002-1183.2018.0313.

[2]何小涛,贾明鑫,张允宁等.涡轮流量计的原理以及安装使用浅谈[J].化工设计通讯,2017,43(06):88+112.