摘要:近年來，國際上對天然氣需求逐年增加，為實現天然氣貿易交接，天然氣計量手段尤為重要。本文介紹了幾種天然氣常用流量計,通過對比發現，雙腔孔板流量計優勢明顯。結合孟加拉RMS(RegulationandMeteringStation)調壓計量站項目的具體工藝條件，根據流量計的計算書，形成以雙腔孔板流量計為主要計量儀表的計量系統設計方案。拓展了基于雙腔孔板流量計作為天然氣貿易計量手段的新思路，為我國“一帶一路”發展戰略提供了經典案例。
引言
天然氣是一種清潔、高效、優質的能源。國際上對天然氣需求處于井噴式的增長，由于近年來國際沖突等因素，更加劇了能源緊張，使得交易額迅速增加。為滿足市場需求，科學精準的天然氣貿易交接手段成為關注的焦點。
雙腔孔板流量計在菲律賓、緬甸、巴基斯坦等天然氣場站被廣泛應用。據國外文獻記載,工業測量設備中基于差壓原理的孔板流量計應用占比為40%叫，因此,孔板流量計是目前世界上應用范圍較為廣泛的流量計量儀表之一。為保證流量計的計量精度,通常采用實流或空氣對流量計進行標定。對于孔板流量計，通過空氣標定就可以保證其精度，在眾多流量儀表中具有不可替代的優勢。孔板流量計具有穩定性高、可靠性好以反低成本的優勢,.使其在管道和天然氣場站計量方面擁有較高的認可度。
通過介紹天然氣場站幾類常用流量計，并對各參數對比分析,明確丁選用高雙腔孔板流量計的優勢。其次,結合瑪格麗特項目選用的歡腔孔板流量計的結構反計算書，形成了基于雙腔孔板流量計的計量系統的設計應用方案。雙腔孔板流量計憑借其精度高、管線設計簡單、操作便捷、維護成本低等特點,已成為供需雙方認可的流量計量器具。
1.1超聲波流量計
傳播時間差法是國內外超聲波流量計的主要檢測方法。該方法是用一對傳感器相向收發超聲波，當一個傳感器發射聲波脈沖時，另外一個傳感器以一定的角度接收聲波脈沖信號,這對傳感器交替收發脈沖，通過檢測并計算該脈沖在介質中順流和逆流的傳播時間差來測量管道介質的流速,從而計算出介質的流量。目前國內外的超聲波流量計多采用4、6或8聲道傳感器，即2對、3對或4對傳感器進行工作，以提高測量的正確率。超聲波流量計雖然具有測量管徑大、測量范圍寬,支持雙向計量等特性。但因其工作中收發聲波的原理，使其容易受到周邊噪聲和其它環境的干擾，影響計量的精度。
1.2渦輪流量計
渦輪流量計是一種流量計量器具，具有溫度和壓力補償功能，屬于速度式流量計。其工作原理為:具有一定壓力的天然氣沿流動方向驅動渦輪流量計內的葉片旋轉,通過電渦流傳感器檢測葉片的旋轉速度,旋轉速度與體積流量成正比，即可計算出通過流量計的天然氣體積流量。渦輪流量計具有穩定性高、量程范圍寬、對流量變化反應迅速、抗干擾能力強、信號便于傳輸等特點,廣泛應用于石油、化工、電力、城市燃氣管網等領域的貿易結算,特別是在歐美等國家應用也板為普遍。渦輪流量計具有較高的精度和量程比，有著較好的重復性。但由于其自身的旋轉機構長時間運轉，會出現連桿斷裂、或旋轉異常等現象。
1.3渦街流量計
“卡門渦街”原理是渦街流量計的核心理論。測量前在管道中垂直插入一段非流線型阻流體(旋渦發生體)，當介質流動，管道內雷諾數達到一定值時，在發生體下游兩側會交替分離出規則排列的旋渦。當發生體兩側產生旋渦時，流體對旋渦發生體會產生一個周期性的交變橫向作用力，壓電傳感器將作用力的變化轉換為可以測量的頻率信號,通過信號放大和整形，得出流速和流量，并進行累積計算。
1.4孔板流量計
孔板流量計是基于差壓測量的方法，以流動連續性定律和能量守衡定律為基準的，以AGA3或GB/T21446為計算依據。當天然氣流經管道中孔板所在的截面時，因局部收縮，使流速增大,進而在節流元件的上、下游產生壓降，且介質流動的流量越大，在節流元件上、下游產生的壓降就越大。孔板流量計就是通過測量上、下游的壓力差,根據GB-T21446-2008《用標準孔板流量計測量天然氣流量》中的計算公式，可以得到質量流量、體積流量以及標準工況下的體積流量。目前市場占有率較高的孔板流量計主要有兩種,一種是普通孔板流量計,-一種是雙腔孔板流量計。對于普通孔板流量計來講，流量測量穩定,設計簡單,成本較低,但因沒有孔板升降機構，在更換、檢查、標定等情況下，必須停止介質輸送才能實現。
現將上述流量計的各項參數做對比,如表1所示。其中D為管道直徑。
綜合上述參數,超聲波流量計精度高,但前后直管段的長度較長，且需設置旁路回路，成本高且不易維修;渦輪流量計和渦街流量計成本低，但較其他流量計相比精度明顯不足;普通孔板流量計,檢修時需停線或切到旁路;雙腔孔板流量計精度高、維護簡單,在線即可更換孔板，不受噪聲影響。.由此可見，在計量器具種類繁多的當下，雙腔孔板.流量計因其材質強度高、耐磨性好、機械加工更加精密成為貿易計量中最優的選擇。
2雙腔孔板流量計的結構及計算書
在盂加拉瑪榕麗特RMS調壓計量站的儀表和控制系統的設計中,包含了貿易計量部分。該項目由中國能建集團及通用電氣公司(GE)聯合體總承包。RMS調壓計量站,隸屬于孟加拉能源公司，該調壓計量站為盂加拉國首臺9H級燃機電廠提供天然氣。該項目采用的是雙腔孔板流量計作為貿易計量流量計。
2.1現場流量計系統結構
現場流量計系統包括:雙腔孔板流量計、整流器、前后直管段。如圖1所示。
2.2雙腔孔流量計
歡腔孔流量計也稱高級閥室孔板流量計。其結構采用上下腔設計,精確定位流道中心的孔板，根據API14.3.2(AGA-3)-最新版或ISO5167-1:2003(E)測量并計算通過孔板的天然氣流量。真正的雙腔是指無論孔板在下腔或上腔中的位置如何，上腔和下腔都始終通過隔離桿、閥、機構進行隔離。為了拆卸或檢查孔板，板載體組件應通過一個不上升的升降螺釘和齒輪將孔板托架組件收回到上腔。其結構圖如圖2所示。
流量計主要部件的材質:
(1)頂部夾緊桿:碳鋼。
(2)上腔端蓋、腔體,下腔體,閥座密封:氫化丁腈橡膠0形環。
(3)塞齒軸密封:聚四氟乙烯環。
(4)偏心塞:碳鋼,涂有適當的材料以增加耐腐蝕性。
(5)均衡閥:1/2"NPT泄放口，不銹鋼。
(6)壓力絲錐和排水塞:標準NPT管道絲錐符合API14.3.2(AGA3)和ANSI要求。
(7)安全鎖:彈簧加載柱塞將偏心塞鎖在關閉位置，以防止，上腔打開時意外打開。
(8)操作軸:左手安裝/雙重操作。
(9)孔板及孔板載體:sS316。
(10)孔板密封:孔板密封是不銹鋼316環上的氫化丁腈橡膠材料,它保持密封形狀,確保不會突出到孔內，并符合API14.3.2(AGA-3)標準。
(11)表體:WCBSA216/A350。
(12)滑閥:不銹鋼。
(13)密封條:碳鋼。
2.3流量計計算書
調壓計量站的流量計計算書如表2所示。
3雙腔孔板流量計的應用
根據流量計計算書,確定雙腔孔板流量計的規格、材質等參數，制定計量系統設計方案。由雙腔孔板流量計組成的計量系統包括:前后隔斷球閥、整流器(GasConditioner)、雙腔孔板流量計(Flowmeter)、流量計算機(FC,FlowComputer)、三筆記錄儀(ThreePenChartRecorder)、在線色譜儀(GC,GasChromatograph)以及配套的差壓變送器(PDTI,PressureDifferentialTransmitterIndicator)、絕壓變送器(APT,AbsolutePressureTransmitter)、溫度變送器(TT,TemperatureTransmitter)、PT100(TE,TemperatureElement)等。
系統投入運行前，主管道的前、后隔斷球閥全打開，雙腔孔板流量計的取樣隔斷球閥、五閥組隔斷閥、絕壓變送器的隔斷閥以反在線色譜儀的取樣閥全打開。系統投入運行后，天然氣通過整流器將管道內的氣流變為規則流動氣流,平穩流經閥室孔板流量計。流量計配套的差壓變送器信號、絕壓變送器信號、溫度變送器信號通過硬接線接入流量計算機，同時在線色譜的天然氣組分、熱值等數據通過RS485通信線接入流量計算機，由流量計算機顯示并輸出天然氣的管道工藝參數、瞬時流量、累計流量等數值。另外,由機械件構成的三筆記錄儀通過差壓、壓力取樣管線和溫度傳感器，同時在專用記錄紙上記錄差壓、壓力、溫度信號，作為流量計算機的備用計量手段。計量系統圖如圖3所示。
3.1現場儀表
3.1.1整流器
整流器安裝在任何裝置的下游以及孔板流量計的上游。整流器的種類也多種多樣，圖4為列舉的幾種樣式。.
3.1.2.上下游直管段
上下游管道采用碳鋼材質，噴砂并進行光潔管道中天然氣介質的差壓、壓力、溫度信號，從而計算出天然氣流量。該儀表為純機械儀表,無需供電。目前，國內計量系統基本不采用三筆記錄儀，但在一些不發達地區,如部分亞洲、非洲國家，因電力供應不穩定，經常出現停電的現象，仍在使用三筆記錄儀用于記錄介質參數,并用于貿易結算。
3.1.5在線色譜儀
在線色譜分析儀分析出天然氣組分至少到C1~C6+、N2CO2,并提供密度、比重、高低熱值、壓縮因于(遵循ISO6976和AGA-8)等參數,通過RS485接口將_上述信號傳送給流量計算機。色譜儀采用模塊化設計,可以隨時對內部元件(色譜柱、色譜閥、膜片等)進行就地更換及維修，色譜分析儀中色譜柱數量根據需要確定,色譜儀采用熱導率式探頭(TCD)設計。隨色譜儀成套提供防爆分析小室,.除包含可燃氣體檢測器、防爆聲光報警器和防爆照明系統外，還包含取樣系統、樣氣預處理系統、標氣載氣系統等配套系統。
3.2流量計算機
用于商貿交接的流量計算機，具有計量認證機構頒發的證書,如NMI認證、歐洲EN12405.0IML認證、中國計量機構證書。流量計算機采集來自現場的差壓、絕壓、溫度變送器的測量值,并通過通信的方式獲得色譜分析儀測得的天然氣組分和熱值等參數,計算天然氣的密度、壓縮因于、工況流量和標況流量,用于貿易結算。
本項目流量計算機的主要特性包括:
(1)CPU主頻參數為:≥333MHz,32bit或64bit的微處理器,其存儲器容量為Flash:256MB,.DRAM:128MB,SRAM:4MB.
(2)可以根據流量計的類型選擇有關計算標準，如AGA3/API250,IS05167,AGA5,AGA7,AGA8,API101,API2534;根據選用的標準,完成標況下的體積流量、質量流量、能量流量等瞬時流量值和累積流量。
(3)流量計算機的計算精確度應優于±0.01%。
(4)每5分鐘對流量計算結果進行一次歸檔，可存儲10路的月報告、周報告、天報告和小時報告長達300天。
(5)流量計算機具有自診斷反掉電保護功能，并將結果傳送至，上位計算機控制系統。
4結論
上述計量系統,是RMS調壓站完整的貿易計量配置，其最大的優勢有以下幾點:
(1)整體設計完整，功能齊全，可以作為標準計量系統應用于各天然氣場站。
(2)不受調壓閥引起的噪音干擾。
(3)因流量計可以在線更換孔板,不用設計計量旁路,大大降低成本。
(4)即使在失電的情況下，依然可以保證計量數據的記錄。
目前，該計量系統已安裝運行，各項運行參數正常，運行平穩，二期也采用相同的設計方案。實踐證明，基于雙腔孔板流量計構成的計量系統的設計線路簡單、成本低，計量數據平穩、準確，維護簡單便捷,抗干擾能力強，拓展了基于雙腔孔板流量計作為天然氣貿易計量手段的新思路，成為盂加拉RMS調壓站經典工程。
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