1 概述

      俄羅斯至中國境內(nèi)的高壓天然氣長輸管線工程（簡稱中俄東線）是目前國家投資建設(shè)的運(yùn)行壓力非常大、管線口徑非常大、輸氣量非常大的天然氣輸氣管線，是俄中兩國開展國際合作的標(biāo)志性重點(diǎn)工程。這條管線從俄羅斯西伯利亞延伸到中國長三角地區(qū)，總長 8000 多公里，是當(dāng)今世界非常長的天然氣輸氣管道。這條管線全線投產(chǎn)后，俄羅斯天然氣主要用于滿足我國東三省、北京、天津、河北、安徽、江蘇、浙江和上海等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和天然氣需求量極大的市場(chǎng)，并與途徑國內(nèi)的高壓天然氣輸氣管線聯(lián)通。目前，上游北段已通氣達(dá) 50 億方天然氣，以后逐漸增至 380 億方 / 年的輸氣量。中俄東線對(duì)于提升東部地區(qū)清潔能源供應(yīng)量、改善我國大氣環(huán)境、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、提高人民生活質(zhì)量、保障我國能源安全等具有重要意義。

 

      為了適應(yīng)近年來，國內(nèi)高壓天然氣管線和高壓管網(wǎng)建設(shè)中使用的大量天然氣流量計(jì)的實(shí)流檢定要求，中國石油集團(tuán)公司投資在中俄東線途徑的沈陽聯(lián)絡(luò)壓氣站旁設(shè)計(jì)建設(shè)國家石油天然氣大流量計(jì)量站（以下簡稱國家站）沈陽分站，其所建立的天然氣流量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置工藝系統(tǒng)與沈陽聯(lián)絡(luò)壓氣站并行設(shè)立，設(shè)計(jì)建有天然氣流量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置及輔助系統(tǒng)和計(jì)量檢定廠房等。

 

2 技術(shù)方案

2.1 主要技術(shù)指標(biāo)

（1）天然氣工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力 ：10.0 MPa。

（2）天然氣工作壓力 ：（4.0~9.85）MPa。 

（3）天然氣工況流量 ：（16~3 0000）m3/h。 

（4）天然氣次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置工況流量：（8~4 464）m3/h。系統(tǒng)流量測(cè)量不確定度 ：優(yōu)于 0.25%。 

（5）天然氣工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置工況流量 ：（16~30 000）m3/h。流量測(cè)量系統(tǒng)不確定度 ：優(yōu)于 0.33%。 

（6）天然氣被檢流量計(jì)準(zhǔn)確度等級(jí) ：≤ 1.0 級(jí)。天然氣被檢流量計(jì)口徑 ：DN50~DN600。

 

2.2 計(jì)量檢定工藝系統(tǒng)

國家站沈陽分站天然氣流量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置系統(tǒng)與中俄東線的沈陽聯(lián)絡(luò)壓氣站并聯(lián)設(shè)置，當(dāng)需要進(jìn)行天然氣流量測(cè)量和流量計(jì)檢定操作時(shí)，則通過切換管線閥門從沈陽聯(lián)絡(luò)壓氣站上游高壓天然氣干線上取氣，使得高壓天然氣流經(jīng)國家站沈陽分站建立的天然氣流量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置系統(tǒng)，在流量計(jì)檢定操作完成后天然氣再向下游干線回氣。天然氣流量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置系統(tǒng)主要包括取氣回氣閥組系統(tǒng)、天然氣過濾分離系統(tǒng)、調(diào)壓調(diào)流系統(tǒng)、傳遞級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置、工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置、流量實(shí)時(shí)檢查核實(shí)系統(tǒng)、檢定臺(tái)位系統(tǒng)、超壓保護(hù)系統(tǒng)、ESD 緊急切斷閥系統(tǒng)及放空、排污、氮?dú)獾认到y(tǒng)。

 

2.3 天然氣流量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置

      天然氣流量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置是國家站沈陽分站的核心計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置，根據(jù)中國石油計(jì)量主管部門和國家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局計(jì)量司對(duì)國內(nèi)建立非常好天然氣計(jì)量檢定分站的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的管理要求，國家站沈陽分站將只建立天然氣傳遞級(jí)流量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置和工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置，不建立天然氣原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置。

 

      （1）傳遞級(jí)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。天然氣臨界流文丘利噴嘴流量計(jì)（以下簡稱噴嘴）具有工作原理簡單、流量恒定、重復(fù)性好、無可動(dòng)部件、堅(jiān)固耐用、檢定周期長等特點(diǎn)，如今在國內(nèi)外天然氣流量傳遞級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置中，選用噴嘴作為天然氣傳遞級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的占大多數(shù)。通常，在噴嘴的前后壓力差＞ 15% 的條件下，流經(jīng)噴嘴的天然氣流速將可達(dá)到音速，這時(shí)天然氣流量將達(dá)恒定值。所建立的天然氣傳遞級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置采用 4 路口徑 DN50、11路口徑 DN100 共計(jì) 15 路噴嘴測(cè)量管路并聯(lián)組成，其流量范圍可達(dá)（8~4 464 m3/h），流量測(cè)量系統(tǒng)不確定度優(yōu)于 0.25%。噴嘴采用精確加工的圓環(huán)型截面噴嘴，傳遞級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置及噴嘴的設(shè)計(jì)安裝、加工制造和噴嘴上、下游設(shè)置的法蘭直管段、19 管束式整流器、壓力變送器、溫度變送器等將嚴(yán)格執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)《用臨界流文丘里噴嘴測(cè)量氣體流量》GB/T 21188 的內(nèi)容要求。

      （2）工作級(jí)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。通過對(duì)國內(nèi)外常用的幾種天然氣流量計(jì)的原理特點(diǎn)、性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比研究，非常終選用了流量測(cè)量準(zhǔn)確度高、線性度和重復(fù)性高的渦輪流量計(jì)作為工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置中的標(biāo)準(zhǔn)器。工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置中使用 15 臺(tái)口徑 DN100 至 DN300 的標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)進(jìn)行并聯(lián)組合，流量測(cè)量范圍為（16~30 000）m3/h，流量測(cè)量系統(tǒng)不確定度優(yōu)于 0.33%。標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的前、后直管段長度設(shè)置為 20D 和 10D。 

      （3）流量實(shí)時(shí)檢查核實(shí)系統(tǒng)。為了確保工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的流量測(cè)量值準(zhǔn)確度，降低測(cè)試誤差，在工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置設(shè)置中釆用了在每路標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的上游設(shè)置了口徑一致的超聲流量計(jì)，以便用核查超聲流量計(jì)對(duì)其下游安裝的標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的流量測(cè)量值進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢查核實(shí)。每路超聲流量計(jì)分別設(shè)置前 20D、后10D 的直管段，并在前 10D 處安裝整流器。

      （4）檢定臺(tái)位。根據(jù)國內(nèi)及東北地區(qū)使用天然氣流量計(jì)的種類和流量范圍等條件，以及今后國內(nèi)外天然氣流量計(jì)檢定口徑的需求，按照能夠檢定非常小口徑 DN50渦輪流量計(jì)和非常大口徑 DN600 超聲流量計(jì)的設(shè)計(jì)要求，確定檢定流量范圍為（16~30 000）m3/h，設(shè)置了DN50~DN600 八路檢定臺(tái)位，其中在口徑 DN400 以下的檢定管路上可分別串聯(lián)檢定 2 臺(tái)被檢流量計(jì)。在檢定臺(tái)位設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮設(shè)置一個(gè)長度的前、后直管段，并在前直管段處設(shè)置板孔整流器。直管段內(nèi)外壁應(yīng)進(jìn)行機(jī)械加工，其中表面粗糙度、管段的直線度、內(nèi)徑的圓度及法蘭面的垂直度等均要滿足技術(shù)參數(shù)要求，加工后還要進(jìn)行鍍鎳處理 ；并在被檢流量計(jì)臺(tái)位處設(shè)置防爆儀表接線箱。

 

2.4 量值溯源和傳遞

      按照國家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)行政管理部門對(duì)非常好計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的管理要求，國家站沈陽分站建立的各級(jí)天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的量值溯源和傳遞過程為 ：首先，把國家站沈陽分站的傳遞級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的噴嘴測(cè)量管路送到國家站南京分站的原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行天然氣流量量值溯源，實(shí)現(xiàn)每個(gè)噴嘴的測(cè)試校準(zhǔn) ；然后，再用量傳后的傳遞級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置中的每路標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)進(jìn)行每年一次的周期測(cè)試校準(zhǔn)，非常后用工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)現(xiàn)場(chǎng)送檢流量計(jì)進(jìn)行全量程檢定校準(zhǔn)。詳細(xì)的天然氣流量量值溯源和傳遞操作過程見圖 1 所示。

2.5 配套的關(guān)鍵技術(shù)措施

      （1）天然氣壓力、流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)是確保所建立的天然氣流量傳遞級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置、工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置和現(xiàn)場(chǎng)送檢流量計(jì)的天然氣流量測(cè)試數(shù)據(jù)精準(zhǔn)測(cè)量的基礎(chǔ)，在工藝系統(tǒng)中設(shè)計(jì)釆用了軸流式調(diào)節(jié)閥以實(shí)現(xiàn)天然氣介質(zhì)的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)、振動(dòng)噪音小、壓降低的軸流式流動(dòng)條件 ；以滿足計(jì)量、檢定過程中天然氣介質(zhì)的流動(dòng)穩(wěn)定性、小壓降和調(diào)節(jié)準(zhǔn)確的要求。

      （2）把傳遞級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置、工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置、流量實(shí)時(shí)檢查核實(shí)系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)送檢流量計(jì)臺(tái)位等都放置在防爆鋼結(jié)構(gòu)檢定廠房內(nèi)，把天然氣介質(zhì)取氣回氣管閥組、精細(xì)過濾分離系統(tǒng)、壓力調(diào)節(jié)、流量調(diào)節(jié)等系統(tǒng)放置在鋼結(jié)構(gòu)防曬防雨棚下，并把與計(jì)量檢定有關(guān)的地面管道和設(shè)備等進(jìn)行隔熱處理，以減少計(jì)量、檢定過程中天然氣介質(zhì)受環(huán)境溫度影響，達(dá)到提高天然氣計(jì)量、檢定測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度要求。

      （3）在計(jì)量、檢定有關(guān)的管路中，匯氣管采用拔制工藝制造，內(nèi)壁進(jìn)行表面光潔度處理，來實(shí)現(xiàn)天然氣介質(zhì)的穩(wěn)定流動(dòng)，滿足流量測(cè)量的要求。

      （4）在現(xiàn)場(chǎng)送檢流量計(jì)安裝臺(tái)位下游放置了液壓手動(dòng)伸縮器，以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)送檢流量計(jì)在檢定臺(tái)位上的快速拆卸和安裝。

      （5）為了防止檢定低壓力等級(jí)流量計(jì)時(shí)工藝系統(tǒng)超壓，在工藝管路中設(shè)置了軸流式安全切斷閥，一旦工藝系統(tǒng)超壓時(shí)安全切斷閥將進(jìn)行自動(dòng)切斷。

      （6）在與計(jì)量、檢定系統(tǒng)有關(guān)的管路中，分別設(shè)置了提升桿式機(jī)械強(qiáng)制密封球閥，減少天然氣泄露量，以提高天然氣流量測(cè)量準(zhǔn)確度。

      （7）為了實(shí)現(xiàn)天然氣流量測(cè)量數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確的采集和計(jì)算處理及系統(tǒng)控制，設(shè)置了獨(dú)立的計(jì)量檢定系統(tǒng)和站控系統(tǒng)。

 

3 結(jié)語

通過以上分析，可得出如下結(jié)論 ：

      （1）國家站沈陽分站建成后，可在非常高檢定壓力 9.85 MPa、非常大工況流量 30 000 m3/h 的條件下，滿足國內(nèi)外口徑 DN600 超聲流量計(jì)的全量程檢定校準(zhǔn)需求，將是目前國內(nèi)建設(shè)規(guī)模非常大、檢定壓力非常高、口徑非常大、流量非常高的非常好天然氣流量測(cè)量站場(chǎng)。

      （2）站內(nèi)設(shè)置的天然氣穩(wěn)壓和流量調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)天然氣壓力和流量的準(zhǔn)確、平穩(wěn)的調(diào)節(jié)控制，可滿足所建立的天然氣流量測(cè)量系統(tǒng)對(duì)天然氣介質(zhì)的要求。

      （3）站內(nèi)設(shè)計(jì)建立的天然氣流量測(cè)量系統(tǒng)具有計(jì)量專業(yè)知識(shí)強(qiáng)、技術(shù)難度大、設(shè)計(jì)理念新、工藝系統(tǒng)完整、計(jì)量設(shè)備先進(jìn)等特點(diǎn)，本文對(duì)今后從事天然氣流量測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的科學(xué)研究和工程建設(shè)具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

 

友情提示：本文由中國石油天然氣股份有限公司管道分公司沈陽油氣計(jì)量中心的郝剛發(fā)布，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明原文作者和單位，違者必究!