国家石油天然气大流量计量站沈阳分站技术方案

　　在工业化迅速发展的大时代，缺少不了压力变送器、流量计、液位计、密度计、差压变送器等仪表把现场第一数据实时传输到工控系统上，为整个工业自动化系统充当控制、检测等一系列的眼睛，接下来华恒仪表为您解读工业现场最前沿的压力变送器使用情况。

　　摘要 ：本文对中国石油投资建立的国家石油天然气大流量计量站沈阳分站的天然气流量测量标准装置中的传递级标准装置、工作级标准装置、流量实时检查核实系统、检定台位及天然气流量量值溯源和传递方案等内容进行了较详细描述。本文对于今后从事天然气流量测量标准装置的科学研究和工程建设具有实际的指导意义。

　　1 概述

　　俄罗斯至中国境内的高压天然气长输管线工程（简称中俄东线）是目前国家投资建设的运行压力非常大、管线口径非常大、输气量非常大的天然气输气管线，是俄中两国开展国际合作的标志性重点工程。这条管线从俄罗斯西伯利亚延伸到中国长三角地区，总长 8000 多公里，是当今世界非常长的天然气输气管道。这条管线全线投产后，俄罗斯天然气主要用于满足我国东三省、北京、天津、河北、安徽、江苏、浙江和上海等经济发达和天然气需求量极大的市场，并与途径国内的高压天然气输气管线联通。目前，上游北段已通气达 50 亿方天然气，以后逐渐增至 380 亿方 / 年的输气量。中俄东线对于提升东部地区清洁能源供应量、改善我国大气环境、优化能源结构、实现节能减排、提高人民生活质量、保障我国能源安全等具有重要意义。

　　为了适应近年来，国内高压天然气管线和高压管网建设中使用的大量天然气流量计的实流检定要求，中国石油集团公司投资在中俄东线途径的沈阳联络压气站旁设计建设国家石油天然气大流量计量站（以下简称国家站）沈阳分站，其所建立的天然气流量测量标准装置工艺系统与沈阳联络压气站并行设立，设计建有天然气流量测量标准装置及辅助系统和计量检定厂房等。

　　2 技术方案

　　2.1 主要技术指标

　　（1）天然气工艺系统设计压力 ：10.0 MPa。

　　（2）天然气工作压力 ：（4.0~9.85）MPa。

　　（3）天然气工况流量 ：（16~3 0000）m3/h。

　　（4）天然气次级标准装置工况流量：（8~4 464）m3/h。系统流量测量不确定度 ：优于 0.25%。

　　（5）天然气工作级标准装置工况流量 ：（16~30 000）m3/h。流量测量系统不确定度 ：优于 0.33%。

　　（6）天然气被检流量计准确度等级 ：≤ 1.0 级。天然气被检流量计口径 ：DN50~DN600。

　　2.2 计量检定工艺系统

　　国家站沈阳分站天然气流量测量标准装置系统与中俄东线的沈阳联络压气站并联设置，当需要进行天然气流量测量和流量计检定操作时，则通过切换管线阀门从沈阳联络压气站上游高压天然气干线上取气，使得高压天然气流经国家站沈阳分站建立的天然气流量测量标准装置系统，在流量计检定操作完成后天然气再向下游干线回气。天然气流量测量标准装置系统主要包括取气回气阀组系统、天然气过滤分离系统、调压调流系统、传递级标准装置、工作级标准装置、流量实时检查核实系统、检定台位系统、超压保护系统、ESD 紧急切断阀系统及放空、排污、氮气等系统。

　　2.3 天然气流量测量标准装置

　　天然气流量测量标准装置是国家站沈阳分站的核心计量标准装置，根据中国石油计量主管部门和国家市场监督管理总局计量司对国内建立非常好天然气计量检定分站的计量标准装置的管理要求，国家站沈阳分站将只建立天然气传递级流量测量标准装置和工作级标准装置，不建立天然气原级标准装置。

　　（1）传递级流量标准装置。天然气临界流文丘利喷嘴流量计（以下简称喷嘴）具有工作原理简单、流量恒定、重复性好、无可动部件、坚固耐用、检定周期长等特点，如今在国内外天然气流量传递级标准装置中，选用喷嘴作为天然气传递级标准装置的占大多数。通常，在喷嘴的前后压力差＞ 15% 的条件下，流经喷嘴的天然气流速将可达到音速，这时天然气流量将达恒定值。所建立的天然气传递级标准装置采用 4 路口径 DN50、11路口径 DN100 共计 15 路喷嘴测量管路并联组成，其流量范围可达（8~4 464 m3/h），流量测量系统不确定度优于 0.25%。喷嘴采用精确加工的圆环型截面喷嘴，传递级标准装置及喷嘴的设计安装、加工制造和喷嘴上、下游设置的法兰直管段、19 管束式整流器、压力变送器、温度变送器等将严格执行国家标准《用临界流文丘里喷嘴测量气体流量》GB/T 21188 的内容要求。

　　（2）工作级流量标准装置。通过对国内外常用的几种天然气流量计的原理特点、性能指标进行对比研究，非常终选用了流量测量准确度高、线性度和重复性高的涡轮流量计作为工作级标准装置中的标准器。工作级标准装置中使用 15 台口径 DN100 至 DN300 的标准涡轮流量计进行并联组合，流量测量范围为（16~30 000）m3/h，流量测量系统不确定度优于 0.33%。标准涡轮流量计的前、后直管段长度设置为 20D 和 10D。

　　（3）流量实时检查核实系统。为了确保工作级标准涡轮流量计的流量测量值准确度，降低测试误差，在工作级标准装置设置中釆用了在每路标准涡轮流量计的上游设置了口径一致的超声流量计，以便用核查超声流量计对其下游安装的标准涡轮流量计的流量测量值进行实时在线检查核实。每路超声流量计分别设置前 20D、后10D 的直管段，并在前 10D 处安装整流器。

　　（4）检定台位。根据国内及东北地区使用天然气流量计的种类和流量范围等条件，以及今后国内外天然气流量计检定口径的需求，按照能够检定非常小口径 DN50涡轮流量计和非常大口径 DN600 超声流量计的设计要求，确定检定流量范围为（16~30 000）m3/h，设置了DN50~DN600 八路检定台位，其中在口径 DN400 以下的检定管路上可分别串联检定 2 台被检流量计。在检定台位设计中，应考虑设置一个长度的前、后直管段，并在前直管段处设置板孔整流器。直管段内外壁应进行机械加工，其中表面粗糙度、管段的直线度、内径的圆度及法兰面的垂直度等均要满足技术参数要求，加工后还要进行镀镍处理 ；并在被检流量计台位处设置防爆仪表接线箱。

　　2.4 量值溯源和传递

　　按照国家计量标准行政管理部门对非常好计量标准的管理要求，国家站沈阳分站建立的各级天然气计量标准的量值溯源和传递过程为 ：首先，把国家站沈阳分站的传递级标准装置的喷嘴测量管路送到国家站南京分站的原级标准装置上进行天然气流量量值溯源，实现每个喷嘴的测试校准 ；然后，再用量传后的传递级标准装置对工作级标准装置中的每路标准涡轮流量计进行每年一次的周期测试校准，非常后用工作级标准装置对现场送检流量计进行全量程检定校准。详细的天然气流量量值溯源和传递操作过程见图 1 所示。

　　2.5 配套的关键技术措施

　　（1）天然气压力、流量调节系统是确保所建立的天然气流量传递级标准装置、工作级标准装置和现场送检流量计的天然气流量测试数据精准测量的基础，在工艺系统中设计釆用了轴流式调节阀以实现天然气介质的精准调节、振动噪音小、压降低的轴流式流动条件 ；以满足计量、检定过程中天然气介质的流动稳定性、小压降和调节准确的要求。

　　（2）把传递级标准装置、工作级标准装置、流量实时检查核实系统和现场送检流量计台位等都放置在防爆钢结构检定厂房内，把天然气介质取气回气管阀组、精细过滤分离系统、压力调节、流量调节等系统放置在钢结构防晒防雨棚下，并把与计量检定有关的地面管道和设备等进行隔热处理，以减少计量、检定过程中天然气介质受环境温度影响，达到提高天然气计量、检定测试数据的准确度要求。

　　（3）在计量、检定有关的管路中，汇气管采用拔制工艺制造，内壁进行表面光洁度处理，来实现天然气介质的稳定流动，满足流量测量的要求。

　　（4）在现场送检流量计安装台位下游放置了液压手动伸缩器，以实现现场送检流量计在检定台位上的快速拆卸和安装。

　　（5）为了防止检定低压力等级流量计时工艺系统超压，在工艺管路中设置了轴流式安全切断阀，一旦工艺系统超压时安全切断阀将进行自动切断。

　　（6）在与计量、检定系统有关的管路中，分别设置了提升杆式机械强制密封球阀，减少天然气泄露量，以提高天然气流量测量准确度。

　　（7）为了实现天然气流量测量数据快速准确的采集和计算处理及系统控制，设置了独立的计量检定系统和站控系统。

　　3 结语

　　通过以上分析，可得出如下结论 ：

　　（1）国家站沈阳分站建成后，可在非常高检定压力 9.85 MPa、非常大工况流量 30 000 m3/h 的条件下，满足国内外口径 DN600 超声流量计的全量程检定校准需求，将是目前国内建设规模非常大、检定压力非常高、口径非常大、流量非常高的非常好天然气流量测量站场。

　　（2）站内设置的天然气稳压和流量调节控制系统可实现天然气压力和流量的准确、平稳的调节控制，可满足所建立的天然气流量测量系统对天然气介质的要求。

　　（3）站内设计建立的天然气流量测量系统具有计量专业知识强、技术难度大、设计理念新、工艺系统完整、计量设备先进等特点，本文对今后从事天然气流量测量标准装置的科学研究和工程建设具有实际的指导意义。

　　仪器仪表是工业化进程的基石，只有选用工业现场选用合适的仪表，才能够事半功倍，自动化流程才能够更加自动化。