影响天然气涡轮计量系统准确性的因素与对策

聂文，孟祥华

(中石化天然气榆济管道分公司，山东 济南 250000)

天然气作为一种清洁能源在一次能源消费中占据着重要的地位。随着中国西气东输、川气东送等国家重要长输管道的建成，以及城市燃气管网的不断完善，天然气贸易交接的科学、公正、可靠变得愈发重要。涡轮计量系统具有灵敏度高、重复性好、量程比宽等优点，在长输管道以及城市燃气管网中得到了广泛应用，但在实际应用过程中会受到各种因素的干扰，进而影响了其计量的准确性。

1 涡轮流量计的工作原理

涡轮流量计属于速度式流量计，在管道中安装一台自由转动、轴与管道同心的叶轮，当被测气体流过传感器时，在气流作用下，叶轮受力旋转，其转速与管道平均流速成正比，叶轮转动会周期地改变磁电转换器的磁阻值，使检测线圈中磁通随之发生周期性变化，产生周期性的感应电势，即电脉冲信号。该信号经放大器放大后，送至显示仪表显示，涡轮流量计工作原理如图1所示。

管道中流体的流速大小与叶轮转速成正比，流量计算如式(1)所示：

(1)

式中：qVf——工况体积流量，m3/s；N——涡轮流量计的脉冲数；K——涡轮流量计仪表系数，1/m3。

图1 涡轮流量计工作原理示意

2 天然气涡轮计量系统的组成

天然气涡轮计量系统如图2所示，一般由涡轮流量计、压力变送器、温度变送器、色谱分析仪、流量计算机5部分组成。涡轮流量计是该计量系统的核心，压力变送器、温度变送器采集输气工况条件下的压力、温度信号。色谱实时在线分析管道中的天然气组分，以确定天然气的压缩因子。流量计算机则将采集到的压力、温度、工况体积流量、气体组分进行运算分析，得到标准状况下的气体体积流量，并用于计量交接，同时保存相应的流量历史数据。

图2 天然气涡轮计量系统示意

3 影响天然气涡轮计量系统准确性的主要因素

中国天然气贸易交接中一般采用标准状况下的体积流量进行结算，标况下的体积流量计算如式(2)所示：

(2)

式中：qVn——标况下的体积流量，m3/s；pabs——工况下测得的气体的绝对压力，kPa；pn——标况下的参比压力，101.325 kPa；Tn——标况下的参比热力学温度，293.15 K；T——工况下测得的气体热力学温度，K；Zn——标况下的气体压缩因子；Z——工况下的气体的压缩因子。

由式(2)可知，影响天然气涡轮计量系统准确性的主要因素有： 工况体积流量是否准确；压力、温度在工况条件下的测量是否准确；气体的组分分析是否准确以及流量计算机的设置是否正确等。

4 解决措施

4.1 保证涡轮流量计的正常运行

涡轮流量计安装时应确保流量计的上游前、下游后具有一定长度的直管段，一般要求上游直管段长度不低于20D，D为管道公称直径，下游直管段不低于5D，以消除旋涡流等流体流速分布不均产生的测量误差。流量计应工作在仪表系数曲线线性区域内，瞬时流量应在分界流量以上，以保证其测量的准确性。要特别注意脉冲放大器的选型和配置，其选用和正常运行直接关系着工况流量数据传输的准确性。

4.2 确保压力和温度的测量准确

压力变送器、温度变送器应具备限值报警、修改保护等功能。现场人员应定时核查计量系统中压力值、温度值与现场变送器就地显示值是否一致，定期利用校准仪器检查仪表的零位，防止零位漂移，对于超过仪表允许误差的应及时更换或者送专业授权机构检定、校准。

4.3 加强对天然气组分的分析

对于多气源的计量系统，建议设置在线气体色谱分析仪，在线分析天然气的组分并将数据传入流量计算机以实现天然气组分的实时更新。色谱分析仪应定期利用标准气体标定，确保正常工作。对于未设置色谱分析仪的计量系统应定期采集天然气送专业机构化验，同时要加强与邻近配置有色谱分析仪的计量系统的组分数据比对，防止气体组分发生较大变化时，预设在流量计算机中的气体组分数据未及时更新而造成计量误差。

4.4 流量计算机的设置要合理

对于控制室设置有流量计算机的计量系统应根据涡轮流量计的检定结果，及时修改计算机中设置的仪表系数，确保工况流量传输的准确。要根据现场工艺情况以及仪表性能，正确选择小流量切除的工况点，对于具有压力、温度传输故障自动补偿功能的流量计算机要根据工况设置压力、温度的预设值，同时要合理选取压力、温度、流量的上下限报警点，以确保流量计算机的正常运行。

5 结束语

天然气计量的准确性直接关系着行业的发展和经济效益。涡轮计量系统作为天然气行业的常用流量计量设备，其计量的准确性显得尤为重要，影响因素也会在不同工况下有所差异，需要现场人员加强维护，合理分析，科学制订对策，才能进一步提高涡轮计量系统的准确性。