李万俊 赖忠泽 段继芹 王 治

(1．中国石油西南油气田公司天然气研究院 2.国家石油天然气大流量计量站成都分站)(3．中国石油西南油气田公司质量安全环保处)

计量核查技术在差压式天然气流量计量中的应用

李万俊1，2赖忠泽1段继芹1，2王 治3

(1．中国石油西南油气田公司天然气研究院 2.国家石油天然气大流量计量站成都分站)(3．中国石油西南油气田公司质量安全环保处)

天然气流量测量是一种连续的测量、一种不可重复的测量、一种因测量结果不正确会引起后续的昂贵代价的测量，需要严密的测量过程控制。核查是实施测量过程控制、确保计量结果准确可靠的重要方法之一，不仅适用于实验室，也适用于工业计量。通过对国内外核查方法应用情况的分析，提出了开发天然气流量计量核查系统的项目，付诸实施后，取得了明显效果。

天然气 流量 计量 核查 应用

1 核查技术的重要性

天然气流量测量是一种连续的测量，是一种不可重复的测量，是一种因测量结果不正确会引起后续的昂贵代价的测量，需要严密的测量过程控制。

总结世界各国多年的研究成果，监视测量过程的方法有多种[1]：①实验室比对；②数据比较；③统计技术；④核查标准；⑤控制图；⑥其他方法，如：定期抽查、数据认证、顾客反馈等。

上述的监视方法主要针对实验室，同时其部分方法也延伸到工业计量中。对天然气贸易交接计量中的流量测量来说，是一种工业计量，而不是实验室的测量，使用核查标准是一种简单可行而又切实有效的办法[2]。

一些工业发达国家对于天然气流量计量的核查非常重视。为了降低两台流量计在特定的工作环境条件下同时失效的几率，确保核查的可靠性，在计量现场每个计量点大都采用两台原理不同的流量计串联，一台作为工作流量计，一台作为核查流量计，当差值超过一定限度后报警，根据报警提供的信息进一步查找问题并能及时处理。在欧洲各国，其差值限度一般为0.5%，主要取决于交接双方的约定。

在我国，自1958年启动天然气工业化生产以来，在天然气工业计量中，总是利用一切可以利用的资源去比较、核查，如：利用供方的流量计量数据与需方的流量计量数据进行比较。除少数特别重要的计量点之外，绝大多数计量点还没有达到在计量现场每个计量点都采用两台原理不同的流量计串联来实施核查的水平，但这并不能降低人们对核查的关注和需求。采用核查，就是希望测量中减少测量设备、人员、环境、方法等各种因素造成的误差。

2 面临的问题和解决问题的思路

近年来，随着流量计量技术的发展，超声流量计、涡轮流量计、旋进漩涡流量计、罗茨流量计等在我国得到更广泛的应用。尽管，孔板流量计有测量范围度小(1∶3～1∶4)、维护管理难度大等缺陷，但其作为一种最成熟的流量计、最稳定的流量计，其应用仍然十分广泛[3]。在中国石油西南油气田的天然气集输及贸易计量中，孔板流量计仍然占有很大比例，约为50%。

因此，解决孔板流量计的核查问题，特别是以最低的成本去有效解决核查问题，使其更加稳定可靠地运行，是值得关注的。通过多年的摸索，在孔板流量计计量系统中，其一次测量装置—孔板节流装置相对比较稳定，并形成了一套实用的管理办法，但其二次测量系统却面临一大难题：孔板流量计测量系统包括了多个参数，如：孔板节流装置的几何量(D、d)、压力p、差压△p、温度t、天然气组分及密度ρ、压缩因子Z等，其中各单参数的溯源容易得到控制，但其最终测量结果—流量量值溯源的控制难度很大[4]。通过研究得到以下3点认识：

(1) 对早期建设的孔板流量计计量系统，新增核查流量计虽然是有效的办法，但成本很高，难以推广。

(2) 对孔板节流装置采用定期几何检定，定期检查，能有效控制测量的准确性、可靠性。

(3) 孔板流量计的二次仪表是一套多参数综合测量系统，对其进行综合性核查，对查找系统的故障非常有效。

3 天然气流量计算机计量监督核查系统应用

中国石油西南油气田公司通过向压力、差压、温度等参数的国家计量基准量值溯源，利用国家石油天然气大流量计量站成都分站的天然气mt气体流量原级标准和临界流音速喷嘴次级标准，针对孔板流量计的核查问题，与生产计量检测系统的专业公司联合，成功研制了天然气流量计算机计量监督核查系统。

3.1结构及功能

天然气流量计算机计量监督核查系统包括上位机和下位机[5]。下位机为流量计算机，能够独立地采集信号，进行流量计量，储存少量数据；上位机为工业控制计算机或便携式计算机，主要实现流量比对、现场核查和数据储存等功能。

核查系统能按有关标准规定自动实时采集检测数据、处理数据、流量计算和累积天然气流量，实现流量测量功能，并对流量数据及相关参数自动进行归档，对装置设置的基本参数、检测数据、事件进行历史储存和管理，同时具有核查比对功能。

3．2性能及有关要求

(1) 选择多仪表组合，覆盖天然气贸易交接计量站场常用的压力、差压、温度测量范围：

压力p测量范围为：0.2～5.5 MPa，0.10%FS；

差压△p测量范围为：0.2～100 kPa，0.10%FS；

温度t测量范围为：-20～80 ℃，B级。

(2) 数据采集部分的信号转换方式：

压力仪表输出 4～20 mA → 数字信号，MPa，不确定度0.20%；

差压仪表输出 4～20 mA → 数字信号，kPa，不确定度0.20%；

温度传感器 Pt100 铂电阻 → 数字信号，℃，不确定度0.20%。

(3) 核查系统的测量准确度与在用天然气流量计算机计量系统的测量准确度相当或更高。核查系统软件计算不确定度≤0.05%，核查系统总不确定度≤0.5%(k=2)。该指标包含流量计算机上位机、下位机、流量计算软件、现场仪表(压力、差压、温度)、A/D转换、安全隔离组件等部分的不确定度。

(4) 贸易计量一般每天有一个结算量，即日产量，核查应具有累积流量比对的功能。比对既要考虑瞬时流量比对的需要，还要考虑累积流量比对的需要，要考虑进行1天至多天的累计流量核查。

(5) 核查系统可靠、安全、经济，适合天然气站场的要求。

3．3监督核查系统检定与测试

该核查系统的各参数通过检定向国家计量基准溯源，其压力、差压、温度、组分等仪表送法定技术机构进行了系统检定，取得检定合格证书。

同时，为了验证其综合性能是否满足预期要求，利用孔板节流装置与核查系统配套，在国家石油天然气大流量计量站成都分站开展了一系列测试，包括系统测量通道测试、重复性稳定性测试、流量算法测试、辅助功能测试，最后利用成都分站的天然气流量标准装置对系统进行在线实流测试，结果证明其性能达到了预期技术要求。

3．4监督核查系统在现场的应用

核查系统在中国石油西南油气田公司10个场站15个贸易交接计量点成功地进行了现场监督核查实验。通过现场应用实验，可以产生核查报表，可对现场计量系统的相关参数进行对比核查，这些对比核查数据，对核查现场计量系统的故障或问题起到了良好的作用。

4 结 论

通过大量现场应用实验，核查系统可以实现对计量现场孔板流量计的在线核查，具有良好的现场适用性，并具有以下特点：

(1) 该系统系国内首次应用于孔板流量计系统在线核查比对，已获得国家实用新型专利。

(2) 测量范围宽、高准确度、高可靠性，实现多种功能，利于开展现场核查计量工作。

(3) 系统对象物理层与逻辑层分离，有利于系统的维护和使用，利于在复杂现场条件下开展核查。

(4) 设置虚拟流量计，可对多项指标(新标准、老标准、时间累计误差、流量累计误差等)同时开展核查，提高了系统应用的效率。

(5) 系统的变送器支架设计、电缆架设计具有便携、方便、实用等特点。同时，系统安装简便、移动方便、美观大方，现已推广使用。

(6) 该核查系统的基本配置，可实现1套天然气流量核查计量。系统软件处理能力支持最多24套流量的核查。

通过几年的应用，该系统对天然气计量管理水平的提升起到了良好的效果。

虽然在孔板流量计的核查方面迈出了第一步，但如何进一步提高现场核查水平和计量管理能力，仍是需待解决的问题。

[1] 全国质量管理和质量保证标准化技术委员会. GB/T 19022-2003 测量管理体系 测量过程和测量设备的要求[S].北京：中国标准出版社，2004-03-01.

[2] 中国石油天然气集团公司. GB/T 18603-2001天然气计量系统技术要求[S].北京：中国标准出版社，2004-04-08.

[3] 石油工业油气计量及分析方法专业标准化技术委员会. GB/T 21446-2008用标准孔板流量计测量天然气流量[S].北京：中国标准出版社，2008-08-01.

[4] Richard Steven,Josh Kinney.国际标准文件 孔板流量计-案例研究(英文)[J].石油与天然气化工,2011,40(6):543-552.

[5] 黄明轩,石中锁.用VC实现智能涡轮流量计与上位机的通信[J].石油与天然气化工,2005,34(1):641-646.

Applicationofverificationtechniquesinnaturalgasflowmeasurementusingdifferentialpressureflowmeter

LiWanjun1,2，LaiZhongze1，DuanJiqin1,2，WangZhi3

(1.ResearchInstituteofNaturalGastechnology,PetroChinaSouthwestOilandGasfieldCompany,Chengdu610213,Sichuan,China; 2.ChengduBranchofChinaNaturalPetroleum&NaturalGasMassFlowrateCalibrationStaion,Chengdu610213,Sichuan,China;3.Quality,SafetyandEnvironmentalProtectionDepartment,PetroChinaSouthwestOil&GasfieldCompany,Chengdu610213,Sichuan,China)

As a continuous and unrepeated measurement, natural gas flow measurement maybe cause high cost from incorrect measurement. Hence, it is necessary to be strict in the process control of gas flow measurement. To ensure measurement accurate and reliable, the verification technique is one of the effective methods to implement process control, and it not only be applied in laboratory, but also be widely applied in industrial metrology. The paper analyzes the applications of the verification method at home and abroad，proposes the development project of verification system used in natural gas flow measurement, which is put into practice and achieve remarkable results.

natural gas, flow, measurement, verification, application

TH814

：ADOI: 10.3969/j.issn.1007-3426.2014.01.019

2013-08-09；

2013-10-29；编辑：钟国利

李万俊(1966-)，男，四川达州人，1985年毕业于西南石油学院采油专业，长期从事天然气计量技术及计量管理工作，现任国家石油天然气大流量计量站成都分站常务副站长，负责该技术机构的运行管理。电话：028-85605459。E-mail:liwj@petrochina.com.cn