為了適應新疆南疆地區天然氣工業的快速發展,滿足國內天然氣流量計的檢定需求,中國石油天然氣集團公司投資建設了塔里木天然氣計量檢定站。該檢定站建設在塔里木油田輪南首站旁,主要建有一套高壓、大流量、高準確度的天然氣計量檢定系統及配套設施。

塔里木天然氣計量檢定系統采用直排方案,從高壓天然氣管線取氣,流經該計量檢定系統后,再向高壓或者低壓管線回氣。直排方案不采用天然氣壓縮機進行增壓,而是利用高、低壓管線的壓力差,由高壓管線向低壓管線回氣,其取氣、回氣方案見圖1。

為了加快建設進度、降低投資,通過對天然氣原級標準裝置、次級標準裝置和工作級標準裝置的性能和特點進行研究論證,確定該檢定系統采用只建立工作級標準裝置,直接用工作標準裝置檢定被檢流量計。根據《計量標準考核規范(JJF 1033)》, 工作級標準渦輪流量計應每年一次到石油天然氣計量檢定站南京分站的次級標準裝置上進行周期的檢定校準,實現量值溯源和傳遞,具體過程見圖2。

在對國內外常用的臨界流文丘里噴嘴、腰輪和渦輪流量計的性能及指標比較分析后,選定了準確度高、重復性好的標準渦輪流量計作為工作級標準裝置。并且,根據塔里木油田及南疆地區使用天然氣流量計的種類和流量范圍,確定該檢定系統的流量測量范圍為25~8 000 m/h,被檢流量計的口徑為DN50 mm~DN400 mm。工作級標準裝置使用1臺DN80渦輪流量計,測量中小流量(25~250 m/h); 使用5臺DN200 mm渦輪流量計并聯組合,測量中大流量 (160~8 000 m/h)。要求標準渦輪流量計的前、后直管段長度≥10 D ( D表示流量計直徑), 并配套高準確度的溫度、壓力變送器。

在每路DN80 mm和DN200 mm標準渦輪流量計上游串聯了相同口徑的超聲流量計,用超聲流量計的測量值對標準渦輪流量計的測量值進行單臺在線實時核查比對,以判斷確認每臺標準渦輪流量計的測量結果是否準確可靠。超聲流量計的前直管段為20 D ,后直管段為10 D ,并在前10 D處安裝板孔式整流器。

工藝系統設計壓力為10.0 MPa,天然氣工作壓力為3.5~7 MPa,天然氣工作溫度為-5~30 ℃, 天然氣工況流量為25~8 000 m/h,流量測量系統不確定度優于0.33%,被檢流量計準確度≤1.0級, 被檢流量計口徑為DN50 mm~DN400 mm。

該檢定系統主要受標準渦輪流量計的儀表系數、脈沖數、溫度、壓力測量值以及被檢流量計處的溫度、壓力測量值和天然氣壓縮因子、檢定時間、測量重復性等因素影響。按照《測量不確定度評定與表示 (JJF 1059)》 要求,對每個影響因素進行不確定度評估,其評估結果顯示,標準渦輪流量計的儀表系數、脈沖數、溫度和壓力的不確定度分別為0.14%、0.0058%、0.02%和0.024%;被檢流量計處溫度和壓力的不確定度分別為0.04%和0.048%;天然氣壓縮因子比值、測量時間和重復性的不確定度分別為0.015%、0.01%和0.05%;則合成相對標準不確定度為0.16%,相對擴展不確定度優于0.33% (包含因子K =2)。

該檢定系 統設有DN300 mm、 DN250 mm、 DN200 mm、DN150 mm、DN100 mm、DN80 mm和DN50 mm七個檢定臺位。每個檢定管路的前、后直管段長度設置為20 D和10 D ,并在前10 D直管段處設置板孔整流器。

要求直管段內外壁經過特殊加工后,粗糙度、 直線度、圓度、直管段兩端的法蘭面與軸心線的垂直度都有嚴格的指標,其中直管段內表面粗糙度應優于▽3.2 ( Ra =3.2μm),并進行化學鍍鉻處理。另外,在每個檢定臺位旁均設置防爆儀表接線箱,以便將被檢流量計的流量、溫度及壓力信號接入到控制系統中,實現現場測量數據的采集處理。

首先,天然氣從高壓管線上的DN800 mm截斷閥上游進行高壓取氣,依次流經過濾分離器、壓力調節、工作標準及核查流量計、被檢流量計及流量調節等系統,回氣至截斷閥的下游管線,***后進入塔里木油田輪南首站,實現高壓天然氣流量計的檢定;或者高壓天然氣經降壓調節、工作標準及核查流量計、被檢流量計等系統后,回氣至低壓管線, 實現低壓天然氣流量計的檢定。在檢定系統中,還設有氣質測量、氮氣、排污和放空等系統。

(1) 把室內、外地面上鋪設的工藝管道、過濾分離器及匯氣管等都進行保溫處理。

(2) 核查流量計、工作標準和檢定臺位等系統均設置在防爆檢定廠房內,進出站閥組、過濾分離器、調壓、調流量等系統設置在防曬防雨棚下,以減少環境條件的影響,提高測量準確度。

(3) 壓力、流量調節閥都選用軸流式調節閥, 以保證流動穩定、壓降小和調節準確。

(4) 匯氣管采用熱拔工藝制造,以防止天然氣流經匯氣管時產生擾流。

(5) 在被檢流量計下游設置手動液壓伸縮器, 便于拆裝被檢流量計。

(6) 采用軸流式安全切斷閥進行超壓自動切斷,確保檢定低壓流量計時不超壓。

(7) 在多路并聯的核查流量計、工作級標準渦輪流量計、檢定臺位及氮氣、排污和放空等與計量有關的管路均采用強制密封球閥,以防止天然氣漏失。

(8) 采用獨立的計量檢定控制系統,確保流量測量數據快速、準確地采集處理和計算。

通過上述技術措施,可保證在每個流量點的每一次測試檢定過程中,檢定用天然氣的溫度變化不超過±0.5 ℃,壓力變化不超過±0.5%,流量變化不超過±0.5%的技術要求。

(1) 該檢定站設計建立的天然氣工作標準裝置系統為目前國內規模***大、測量范圍寬、檢定壓力可調節的天然氣計量檢定系統。

(2) 該檢定系統可實現壓力和流量的、穩定及快速的控制調節,能滿足口徑小于DN300 mm的天然氣流量計的全量程檢定校準。

(3) 該檢定系統設計新穎獨特,具有工藝系統設置合理、功能齊全、工程投資低、建設周期短、 經濟實用等特點,對于今后國內設計建立天然氣計量檢定系統具有指導作用。