天然气孔板流量计流量核查方式研究

黄忠华，蒋佩忱，羊映，徐永洪，张勇

中国石油西南油气田分公司 川西北气矿（四川 江油 621741）

用标准孔板测量天然气流量，是一种较为复杂的多参数组合测量，具有连续、动态且不可复现的特点。由于测量过程涉及的参数较多，且测量过程不可复现，一旦计量结果出现偏差给供用双方在问题追溯上将带来极大的困难和后果，因此，在天然气标准孔板流量计使用过程中，供用双方对流量测量结果核查的重视程度越来越高。同时，随着天然气流量测量技术的发展，针对天然气孔板流量计的流量核查方式也越来越多，为此选择合适的流量核查方式有助于天然气孔板流量计的准确计量。

1 常见的核查方式

1.1 设置核查流量计

依据国家标准GB/T 18603—2014 中“为进一步保证流量计的现场计量性能，可以串联安装核查流量计对流量进行在线比对核查”和“瞬时量大于或等于240×104m3/d 的交接计量系统（即A 级计量系统）应设置在线核查流量计”的规定，供用气双方可以通过设置核查流量计的方式来对流量进行核查[1]。这也是国家标准中对核查仅有的规定。

在实际应用中，对于设置核查流量计对孔板流量计进行流量核查，通常分为永久性核查和暂时性核查两种。永久性核查是指在孔板流量计的管路上再安装一台核查流量计（其工作原理一般应与孔板流量计工作原理不同），天然气同时流经两台流量计，核查流量计的读数只用来查验孔板流量计的流量计量数据，而不作计量交接使用。暂时性核查是指利用备用流量计，通过流程切换，备用流量计对孔板流量计进行核查，或者设置移动标定口，需要核查时将标准流量计接在标定口上对在用孔板流量计进行核查[2-3]。

一般来说，设置核查流量计推荐采用永久性核查方式，但考虑现场场地大小和建设投资费用，以及交接计量点的交接量大小，会结合实际情况分以下3种方式来实现对孔板流量计的流量核查。

方式1：一对一单独设置核查流量计，将核查流量计与孔板流量计串联安装，核查流量计安装在孔板流量计之前，如图1 所示。这种方式属于永久性核查方式[1-2]，目的是当孔板流量计和核查流量计的差值超过一定限度报警后，根据报警信息进一步查找问题并能及时处理。其差值的限度由交接双方约定，但一般不超过1.0%。

方式2：一对多设置核查流量计，将一台核查流量计与多台并联孔板流量计进行串联，核查流量计安装在孔板流量计之前，利用流程切换，对不同孔板流量计分别进行流量核查，如图2 所示。这种方式属于暂时性核查方式，目的是对某一台孔板流量计的计量结果产生怀疑或争议时，则利用流程切换，实现核查流量计对需要核查的孔板流量计进行短时核查，查找问题和原因。

方式3：流程串联设置核查流量计，将一台核查流量计与多台孔板流量计并联安装，流程串联，利用流程切换，对不同孔板流量计分别进行流量核查，如图3所示。这种方式属于暂时性核查方式，目的与方式2相同，但因场地限制等问题，是可选取的另一种方式。

图1 一对一串联方式

图2 一对多方式

图3 流程串联方式

1.2 采用孔板流量计核查系统

目前国内在用的大多数天然气孔板流量计均是按现场配电动变送器采数，室内配信号隔离模块及A/D 转换模块进行数据传输和模数转换，最后由专用计算机计量软件进行流量计算和累积。在这一计量过程中，由于涉及的计量参数众多，且流量计量受流体形态影响，任一环节出现微小的差错均会给最终的测量结果带来不可忽视的影响。因此，国内经过多年研究发现，目前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，可以采用一种较为实用的核查方法，即利用现有的一次节流装置，对孔板流量计二次仪表系统即计算机系统（包括现场仪表、室内AD模块转换、流量计算机等）开展综合性核查[4]。核查的主要方法是通过对在用的一次节流装置上另行安装一套天然气计量数据采集、处理系统，独立于被核查计量系统的二次仪表，单独采集现场的压力、差压和温度信号，并传输至数据处理系统，进行流量的计算和累积，并最终与被核查流量计测量的流量结果进行比对，其安装方式如图4所示。

图4 孔板流量计核查系统安装方式

此种核查方式的特点在于利用了在用孔板流量计的一次节流装置，独立安装压力、差压测量仪表、温度仪表（一般采用双芯铂电阻温度计）和积算装置进行数据采集、处理和计算，因此为便于现场核查使用，多数核查系统都具备携带便捷、易安装、使用简单等优点。且将现场压力、差压、温度信号采集和转换进行集成化，然后采取RS485 或USB 的方式进行信号数据传输，再利用专用的计算模块及管理软件进行流量计算和管理，通过数据比对分析达到流量核查的目的。

1.3 参数分项核查

天然气孔板流量计的流量测量结果是由众多参数组合测量得来[5]，其中孔板孔径、测量管内径、气质组分等参数是根据现场实际情况或定期测量分析获得后采用周期内赋值的方式参与。而压力、差压和温度3 个关键参数则来自于现场实时测量、采集，所有参数均参与到最终的流量计算中，其核查方法和要求见表1。

表1 参数分项核查方法

2 实例分析

某供方输配气场站一交接计量点，日输气量180×104m3左右，瞬时量最高可达到250×104m3/d，采用标准孔板流量计量系统进行计量，一次仪表为DN250 高级孔板阀，二次仪表为电动变送器配专用流量计算机。由于受投资和场地因素限制，该天然气孔板流量计未在供方场站设置一对一的核查流量计，而是由用户投资在下游近30 km 外的输气场站建立了一套对比计量装置，仍采用了DN250高级孔板阀配电动变送器及专用流量计算机进行计量，对双方每日计量数据进行监控和比对。

某年7 月，下游用户提出近期双方的计量数据偏差较大，从此前的相对误差0.6%左右增加至4%，每日绝对量从10 000 m3增加到72 000 m3。为此供用双方对两套计量装置均进行了检查和确认。期间，双方采用参数分项核查的方式，对所有现场计量仪表（压力、差压和温度仪表）、回路进行了检定和校准，对双方录入的参数进行了核对和检查，计量仪表检定合格，计量系统回路经校准误差在允许范围内，参数录入均正确无误。同时双方为防止管线泄露造成计量偏差的问题，采取了试压的方式确认管线无泄露。

为查找原因，双方最终采用了同一套孔板流量计核查系统（经过法定计量检定机构检定合格），分别对双方的计量装置进行了4 d（96 h）的流量核查，具体核查数据见表2、表3。

表2 供方计量装置流量核查数据

表3 用户计量装置流量核查数据

通过采用孔板流量计核查系统进行流量核查得到的数据分析，供方计量装置出现问题造成双方计量偏差。经过原因排查，发现因一次节流装置即高级孔板阀在长期使用过程中，受天然气杂质的影响，导压孔出现积污淤堵和阀腔下部沉积污物堆积使孔板安装不到位，导致同轴度偏离了误差允许范围，进而影响最终的流量测量结果。

上述实例表明，若供方场站能设置一台一对一核查流量计进行每日流量核查，计量数据实时对比和分析，发现偏差时就能及时查找和解决问题。而采用孔板流量计核查系统和参数分项核查的方式则具有局限性，会一定程度上延长查找和解决问题的时长，因此需要因时、因地制宜。

3 核查方式对比分析

天然气孔板流量计流量核查采用设置核查流量计的核查方式最好，可随时直接实时获取工作流量计和核查流量计同时段的流量测量结果，便于日常计量过程中及时发现问题。但此种方式存在投资大、安装工作量大、占地面积宽、工作流量计和核查流量计均需日常维护等缺点，且一般在新建输气场站中应用较多，对于已建成且运行中的输气场站并不适用。

采用孔板流量计核查系统进行流量核查适用于已建成并投运的孔板流量计，且一套核查系统可多次用于不同孔板流量计的流量核查，该方式具有投资小、即用即装、安装拆卸便捷、使用方便等优点。但此种核查方式所获得的核查结果易受一次节流装置异常故障、压力、温度测量仪表测量值不一致和仪表的动态零位漂移影响，流量核查结果的可靠性需要严谨的操作过程来保证，因此核查人员应具备一定的核查经验。

采用参数分项核查方式进行流量核查适用于新建和已建的孔板流量计，该方式投资最小，操作简易，各分项核查测量技术成熟，有国际标准或行业标准可遵循。但核查不全面，无法及时发现一次节流装置的故障或问题，核查结果也容易受核查操作人员的操作技能水平影响。

4 结论

新建天然气孔板流量计用于贸易交接计量，且贸易交接瞬时量大于或等于240×104m3/d 时，应按照GB/T 18603—2014 的规定，优先推荐采用一对一设置核查流量计的核查方式。但设置核查流量计应考虑工程投资、现场安装条件和后期管理维护等因素，当投资有限或现场安装不便时，也可采用一对多或流程串联的方式设置核查流量计。

对于贸易交接瞬时量小于240×104m3/d 的新建天然气孔板流量计，可根据工程投资、场地等因素选择设置核查流量计，也可采用参数分项核查的方式在投运前进行流量核查，也可在使用中采用孔板流量计核查系统进行定期核查，保证孔板流量计测量结果的准确性。

对于已建成并投运的天然气孔板流量计，可以采用孔板流量计核查系统或参数分项核查的方式进行流量核查，但建议形成核查机制，定期开展流量核查工作，且在采用参数分项核查的方式进行流量核查时应加密核查频次。

无论采用上述哪种方式开展天然气孔板流量计流量核查，均应配套建立相应的管理制度或是相关标准、规程，以支撑天然气计量流量核查设计，完善相应核查技术和管理要求，推动天然气孔板流量计流量核查工作向规范化、标准化发展。