天然气流量计量检定中心的设计研究

宋春红，张东，杨静

1.中国石油工程建设有限公司华北分公司 （河北 任丘 062552）

2.中国石油华北油田分公司生产运行处 （河北 任丘 062552）

3.中国石油华北油田分公司技术监督处 （河北 任丘 062552）

0 引言

随着天然气管网的日臻完善，天然气贸易交接计量仪表检定需求日益增多，由河北省天然气公司运营的管网每年有大量计量仪表需要检定，主要依托国家石油天然气大流量计量站南京分站或成都分站。一方面需要支付一笔检定、校准费用，同时需要排队候检，及时性难以保证，因此考虑在沙河北部门站建设一个天然气检定站。

目前天然气管道交接计量通常选用超声波流量计和涡轮流量计，国家均有相应的检定规程和标准。根据JJG 1030—2007《超声流量计检定规程》[1]要求，气体贸易交接流量计需实流检定。因此检定站需要与天然气管道分输计量站合建，利用管道气体作为检定介质，对流量计进行实流检定。

在检定站设计时应考虑流量、压力、介质等条件是否满足规范要求，同时检定过程中流量变化较大，应考虑管道的实际工况条件是否满足生产及检定运行要求。

1 计量检定系统

根据河北省天然气管道交接计量仪表配置情况，确定被检表规格为DN100～DN300的超声波流量计和DN50～DN250的涡轮流量计。管道站场天然气的进站压力4.0 MPa左右，出站压力为1.6 MPa，流量8 333 m3/h，满足检定需要的工艺条件，选定检定压力在2.0 MPa。

检定系统需同时满足对外来流量计和站内流量计的检定要求，还应减小检定系统的波动，确保检定过程的顺利进行[2]。将计量检定系统与站内流量计串联，与站内分输管线并联后再与调压工艺系统串联。当需要用本系统检定时，可将站内分输调节阀适当关小，保证检定回路的流量，开启检定流程，检定后的天然气进入分输流程的下游。下游调压系统除起到站场的调压、调流作用外，同时作为检定系统压力稳定用调压阀。其具体工艺流程见图1。

图1 计量标定工艺流程框图

2 检定系统配置

检定装置按照两级标准设置：工作级标准和次级标准。同时设置核查流量计实时监测校准过程的准确性。

2.1 工作级标准

工作级标准一般采用精度±0.3%的气体涡轮流量计作为流量标准装置，对送检的DN50至DN300超声波和涡轮流量计进行在线检定[3]。流量标准装置根据检定需要，设置6路不同口径标准表，通过电动阀门自动切换、开启相应数量回路使其气流量总和与被检表相匹配。经核算设置DN50流量计1路、DN100流量计1路、DN250流量计4路作为工作级标准表，即可满足检定要求。

2.2 次级标准

次级标准采用精度±0.25%的音速喷嘴作为流量标准装置，对工作级流量标准装置进行定期校准，以保证工作级检定装置的检定精度[4]。同时音速喷嘴需具备检定小于等于DN200超声波流量计的检定能力，经核算次级流量标准装置需要按13路不同口径标准表设置，站控系统将根据相应检测流量，通过电动阀门自动切换,开启相应数量音速喷嘴，使其气流量总和与被检表相匹配。

2.3 核查流量计

为了保证工作级标准表检定的准确性，在标准表上游设置超声波流量计作为核查流量计，用以实时核查涡轮流量计的检定过程，以保证工作级标准表的检定精度[5]。

2.4 检定回路配置

每条计量管路均设置流动调整器、温压补偿仪表和前后直管段。核查超声波流量计、涡轮流量计、音速喷嘴直管段按照前10D后5D设置，被检表检定台位直管段按照前30D后10D设置。

2.5 压力监控系统

由于进站压力与检定压力之差高于上游压力的1/2，根据相关规范要求采用双安全切断阀（SSV）＋工作调压阀（PV）的方式构成的压力自动调节系统对标定用气进行压力调节，将来气压力调节至检定时所需压力。安全切断阀采用自力式结构，调压阀考虑采用电动调节阀以保证压力调节的可控性。

2.6 流量调节

在检定系统的下游设置检定流量调节阀，根据规范要求，设定不同流量检定点，以实现全量程范围的检定工作。

3 仪表检定监控系统

仪表检定控制系统分为4个部分，即站控ESD系统、站过程控制系统、数据采集处理系统和音速喷嘴控制系统。其结构如图2所示。

图2 监控系统结构图

其中ESD系统因为点数较少，可以与分输站或门站共用ESD系统，负责站场ESD阀事故工况下的紧急关断，站控系统负责流程切换控制等，采用普通PLC即可。

由于对检定系统参数采集的精度和实时性要求较高，因此对数据采集系统提出较高要求，采用高速脉冲采集卡、高精度模拟量采集卡、485串口设备进行数据采集（支持多个RS-232/422/485串行通信端口、支持双路100 Mbps LAN冗余以太网端口）。音速喷嘴橇装系统自带一套PLC，实现相应流量对应喷嘴数量的计算，同时控制喷嘴开启。系统间采用C/S结构，在服务器中实现各系统数据的实时和历史存储，并进行数据共享。

4 检定流程

仪表送检过程分为申报、送检、检定实施和检定结果的通报，具体的工作流程如图3所示。

图3 检定工作流程图

天然气流量检定系统经验收合格并取得相应资质后，可开展流量计检定。本系统可检定的流量计检定精度为1.0级，流量计检定完成后，检定中心应出具检定报告或检定证书。

5 结束语

在计量站设计过程中，对多个计量检定中心进行调研，汲取其成功的建设经验，在本方案中充分利用站内原有设备，既降低投资，又保证了检定系统的独立性和操作的灵活性。对影响系统精度或检定结果的设备、检定流程等不降低标准，提出具体的设备精度等级和检定方案，以确保检定系统顺利通过验收。该检定中心的建成将缓解河北省及附近省市贸易交接流量计检定工作的压力，为天然气管道的生产运行保驾护航。