涡街流量计用于塔里木天然气计量工作标准检定系统

摘要：
    塔里木天然气计量检定站设于塔里木油田轮南首站旁,采用工作级标准装置的技术方案,部分公用工程依托轮南首站原有系统,可节省大量工程投资并缩短建设周期。该检定站设计建立的天然气工作标准装置系统为目前国内规模好大、测量范围宽、检定压力可调节的天然气计量检定系统。该检定系统可实现压力和流量的精确、稳定和快速的控制调节,能满足口径小于DN300 mm的天然气流量计的全量程检定校准。该检定系统设计新颖好特,具有工艺系统设置合理、功能齐全、工程投资低、建设周期短、经济实用等特点,对于今后国内设计建立天然气计量检定系统具有指导作用。
    为了适应新疆南疆地区天然气工业的快速发展,满足国内天然气流量计的检定需求,中国石油天然气集团公司投资建设了塔里木天然气计量检定站。该检定站建设在塔里木油田轮南首站旁,主要建有一套高压、大流量、高准确度的天然气计量检定系统及配套设施。

1技术方案
1.1取气、回气
    塔里木天然气计量检定系统采用直排方案,从高压天然气管线取气,流经该计量检定系统后,再向高压或者低压管线回气。直排方案不采用天然气压缩机进行增压,而是利用高、低压管线的压力差,由高压管线向低压管线回气,其取气、回气方案见图1。

图1 塔里木天然气计量检定站取气、回气方案

1.2量值传递
    为了加快建设进度、降低投资,通过对天然气原级标准装置、次级标准装置和工作级标准装置的性能和特点进行研究论证,确定该检定系统采用只建立工作级标准装置,直接用工作标准装置检定被检流量计。根据《计量标准考核规范(JJF 1033)》, 工作级标准涡街流量计应每年一次到国家石油天然气计量检定站南京分站的次级标准装置上进行周期的检定校准,实现量值溯源和传递,具体过程见图2。

图2 工作级标准涡街流量计量值溯源和传递

 
1.3工作标准装置
    在对国内外常用的临界流文丘里喷嘴、腰轮和涡街流量计的性能及指标比较分析后,选定了准确度高、重复性好的标准涡街流量计作为工作级标准装置。并且,根据塔里木油田及南疆地区使用天然气流量计的种类和流量范围,确定该检定系统的流量测量范围为25~8 000 m/h,被检流量计的口径为DN50 mm~DN400 mm。工作级标准装置使用1台DN80涡街流量计,测量中小流量(25~250 m/h); 使用5台DN200 mm涡街流量计并联组合,测量中大流量 (160~8 000 m/h)。要求标准涡街流量计的前、后直管段长度≥10 D ( D表示流量计直径), 并配套高准确度的温度、压力变送器。
1.4核查流量计
    在每路DN80 mm和DN200 mm标准涡街流量计上游串联了相同口径的超声流量计,用超声流量计的测量值对标准涡街流量计的测量值进行单台在线实时核查比对,以判断确认每台标准涡街流量计的测量结果是否准确可靠。超声流量计的前直管段为20 D ,后直管段为10 D ,并在前10 D处安装板孔式整流器。
1.5技术指标
    工艺系统设计压力为10.0 MPa,天然气工作压力为3.5~7 MPa,天然气工作温度为-5~30 ℃, 天然气工况流量为25~8 000 m/h,流量测量系统不确定度优于0.33%,被检流量计准确度≤1.0级, 被检流量计口径为DN50 mm~DN400 mm。
1.6测量不确定度评估
    该检定系统主要受标准涡街流量计的仪表系数、脉冲数、温度、压力测量值以及被检流量计处的温度、压力测量值和天然气压缩因子、检定时间、测量重复性等因素影响。按照《测量不确定度评定与表示 (JJF 1059)》 要求,对每个影响因素进行不确定度评估,其评估结果显示,标准涡街流量计的仪表系数、脉冲数、温度和压力的不确定度分别为0.14%、0.0058%、0.02%和0.024%;被检流量计处温度和压力的不确定度分别为0.04%和0.048%;天然气压缩因子比值、测量时间和重复性的不确定度分别为0.015%、0.01%和0.05%;则合成相对标准不确定度为0.16%,相对扩展不确定度优于0.33% (包含因子K =2)。
1.7检定台位
    该检定系 统设有DN300 mm、 DN250 mm、 DN200 mm、DN150 mm、DN100 mm、DN80 mm和DN50 mm七个检定台位。每个检定管路的前、后直管段长度设置为20 D和10 D ,并在前10 D直管段处设置板孔整流器。
    要求直管段内外壁经过特殊加工后,粗糙度、 直线度、圆度、直管段两端的法兰面与轴心线的垂直度都有严格的指标,其中直管段内表面粗糙度应优于▽3.2 ( Ra =3.2μm),并进行化学镀铬处理。另外,在每个检定台位旁均设置防爆仪表接线箱,以便将被检流量计的流量、温度及压力信号接入到控制系统中,实现现场测量数据的采集处理。
1.8计量检定工艺系统
    首先,天然气从高压管线上的DN800 mm截断阀上游进行高压取气,依次流经过滤分离器、压力调节、工作标准及核查流量计、被检流量计及流量调节等系统,回气至截断阀的下游管线,好后进入塔里木油田轮南首站,实现高压天然气流量计的检定;或者高压天然气经降压调节、工作标准及核查流量计、被检流量计等系统后,回气至低压管线, 实现低压天然气流量计的检定。在检定系统中,还设有气质测量、氮气、排污和放空等系统。
2技术措施
    (1) 把室内、外地面上铺设的工艺管道、过滤分离器及汇气管等都进行保温处理。
    (2) 核查流量计、工作标准和检定台位等系统均设置在防爆检定厂房内,进出站阀组、过滤分离器、调压、调流量等系统设置在防晒防雨棚下,以减少环境条件的影响,提高测量准确度。
    (3) 压力、流量调节阀都选用轴流式调节阀, 以保证流动稳定、压降小和调节准确。
    (4) 汇气管采用热拔工艺制造,以防止天然气流经汇气管时产生扰流。
    (5) 在被检流量计下游设置手动液压伸缩器, 便于拆装被检流量计。
    (6) 采用轴流式安全切断阀进行超压自动切断,确保检定低压流量计时不超压。
    (7) 在多路并联的核查流量计、工作级标准涡街流量计、检定台位及氮气、排污和放空等与计量有关的管路均采用强制密封球阀,以防止天然气漏失。
    (8) 采用好立的计量检定控制系统,确保流量测量数据快速、准确地采集处理和计算。
    通过上述技术措施,可保证在每个流量点的每一次测试检定过程中,检定用天然气的温度变化不超过±0.5 ℃,压力变化不超±0.5%,流量变化不超过±0.5%的技术要求。

3结论
    (1) 该检定站设计建立的天然气工作标准装置系统为目前国内规模好大、测量范围宽、检定压力可调节的天然气计量检定系统。
    (2) 该检定系统可实现压力和流量的精确、稳定及快速的控制调节,能满足口径小于DN300 mm的天然气流量计的全量程检定校准。
    (3) 该检定系统设计新颖好特,具有工艺系统设置合理、功能齐全、工程投资低、建设周期短、 经济实用等特点,对于今后国内设计建立天然气计量检定系统具有指导作用。