摘要:近年来，国际上对天然气需求逐年增加，为实现天然气贸易交接，天然气计量手段尤为重要。本文介绍了几种天然气常用流量计,通过对比发现，双腔孔板流量计优势明显。结合孟加拉RMS(RegulationandMeteringStation)调压计量站项目的具体工艺条件，根据流量计的计算书，形成以双腔孔板流量计为主要计量仪表的计量系统设计方案。拓展了基于双腔孔板流量计作为天然气贸易计量手段的新思路，为我国“一带一路”发展战略提供了经典案例。
引言
天然气是一种清洁、高效、优质的能源。国际上对天然气需求处于井喷式的增长，由于近年来国际冲突等因素，更加剧了能源紧张，使得交易额迅速增加。为满足市场需求，科学精准的天然气贸易交接手段成为关注的焦点。
双腔孔板流量计在菲律宾、缅甸、巴基斯坦等天然气场站被广泛应用。据国外文献记载,工业测量设备中基于差压原理的孔板流量计应用占比为40%叫，因此,孔板流量计是目前世界上应用范围较为广泛的流量计量仪表之一。为保证流量计的计量精度,通常采用实流或空气对流量计进行标定。对于孔板流量计，通过空气标定就可以保证其精度，在众多流量仪表中具有不可替代的优势。孔板流量计具有稳定性高、可靠性好以反低成本的优势,.使其在管道和天然气场站计量方面拥有较高的认可度。
通过介绍天然气场站几类常用流量计，并对各参数对比分析,明确丁选用高双腔孔板流量计的优势。其次,结合玛格丽特项目选用的欢腔孔板流量计的结构反计算书，形成了基于双腔孔板流量计的计量系统的设计应用方案。双腔孔板流量计凭借其精度高、管线设计简单、操作便捷、维护成本低等特点,已成为供需双方认可的流量计量器具。
1.1超声波流量计
传播时间差法是国内外超声波流量计的主要检测方法。该方法是用一对传感器相向收发超声波，当一个传感器发射声波脉冲时，另外一个传感器以一定的角度接收声波脉冲信号,这对传感器交替收发脉冲，通过检测并计算该脉冲在介质中顺流和逆流的传播时间差来测量管道介质的流速,从而计算出介质的流量。目前国内外的超声波流量计多采用4、6或8声道传感器，即2对、3对或4对传感器进行工作，以提高测量的正确率。超声波流量计虽然具有测量管径大、测量范围宽,支持双向计量等特性。但因其工作中收发声波的原理，使其容易受到周边噪声和其它环境的干扰，影响计量的精度。
1.2涡轮流量计
涡轮流量计是一种流量计量器具，具有温度和压力补偿功能，属于速度式流量计。其工作原理为:具有一定压力的天然气沿流动方向驱动涡轮流量计内的叶片旋转,通过电涡流传感器检测叶片的旋转速度,旋转速度与体积流量成正比，即可计算出通过流量计的天然气体积流量。涡轮流量计具有稳定性高、量程范围宽、对流量变化反应迅速、抗干扰能力强、信号便于传输等特点,广泛应用于石油、化工、电力、城市燃气管网等领域的贸易结算,特别是在欧美等国家应用也板为普遍。涡轮流量计具有较高的精度和量程比，有着较好的重复性。但由于其自身的旋转机构长时间运转，会出现连杆断裂、或旋转异常等现象。
1.3涡街流量计
“卡门涡街”原理是涡街流量计的核心理论。测量前在管道中垂直插入一段非流线型阻流体(旋涡发生体)，当介质流动，管道内雷诺数达到一定值时，在发生体下游两侧会交替分离出规则排列的旋涡。当发生体两侧产生旋涡时，流体对旋涡发生体会产生一个周期性的交变横向作用力，压电传感器将作用力的变化转换为可以测量的频率信号,通过信号放大和整形，得出流速和流量，并进行累积计算。
1.4孔板流量计
孔板流量计是基于差压测量的方法，以流动连续性定律和能量守衡定律为基准的，以AGA3或GB/T21446为计算依据。当天然气流经管道中孔板所在的截面时，因局部收缩，使流速增大,进而在节流元件的上、下游产生压降，且介质流动的流量越大，在节流元件上、下游产生的压降就越大。孔板流量计就是通过测量上、下游的压力差,根据GB-T21446-2008《用标准孔板流量计测量天然气流量》中的计算公式，可以得到质量流量、体积流量以及标准工况下的体积流量。目前市场占有率较高的孔板流量计主要有两种,一种是普通孔板流量计,-一种是双腔孔板流量计。对于普通孔板流量计来讲，流量测量稳定,设计简单,成本较低,但因没有孔板升降机构，在更换、检查、标定等情况下，必须停止介质输送才能实现。
现将上述流量计的各项参数做对比,如表1所示。其中D为管道直径。
综合上述参数,超声波流量计精度高,但前后直管段的长度较长，且需设置旁路回路，成本高且不易维修;涡轮流量计和涡街流量计成本低，但较其他流量计相比精度明显不足;普通孔板流量计,检修时需停线或切到旁路;双腔孔板流量计精度高、维护简单,在线即可更换孔板，不受噪声影响。.由此可见，在计量器具种类繁多的当下，双腔孔板.流量计因其材质强度高、耐磨性好、机械加工更加精密成为贸易计量中最优的选择。
2双腔孔板流量计的结构及计算书
在盂加拉玛榕丽特RMS调压计量站的仪表和控制系统的设计中,包含了贸易计量部分。该项目由中国能建集团及通用电气公司(GE)联合体总承包。RMS调压计量站,隶属于孟加拉能源公司，该调压计量站为盂加拉国首台9H级燃机电厂提供天然气。该项目采用的是双腔孔板流量计作为贸易计量流量计。
2.1现场流量计系统结构
现场流量计系统包括:双腔孔板流量计、整流器、前后直管段。如图1所示。
2.2双腔孔流量计
欢腔孔流量计也称高级阀室孔板流量计。其结构采用上下腔设计,精确定位流道中心的孔板，根据API14.3.2(AGA-3)-最新版或ISO5167-1:2003(E)测量并计算通过孔板的天然气流量。真正的双腔是指无论孔板在下腔或上腔中的位置如何，上腔和下腔都始终通过隔离杆、阀、机构进行隔离。为了拆卸或检查孔板，板载体组件应通过一个不上升的升降螺钉和齿轮将孔板托架组件收回到上腔。其结构图如图2所示。
流量计主要部件的材质:
(1)顶部夹紧杆:碳钢。
(2)上腔端盖、腔体,下腔体,阀座密封:氢化丁腈橡胶0形环。
(3)塞齿轴密封:聚四氟乙烯环。
(4)偏心塞:碳钢,涂有适当的材料以增加耐腐蚀性。
(5)均衡阀:1/2"NPT泄放口，不锈钢。
(6)压力丝锥和排水塞:标准NPT管道丝锥符合API14.3.2(AGA3)和ANSI要求。
(7)安全锁:弹簧加载柱塞将偏心塞锁在关闭位置，以防止，上腔打开时意外打开。
(8)操作轴:左手安装/双重操作。
(9)孔板及孔板载体:sS316。
(10)孔板密封:孔板密封是不锈钢316环上的氢化丁腈橡胶材料,它保持密封形状,确保不会突出到孔内，并符合API14.3.2(AGA-3)标准。
(11)表体:WCBSA216/A350。
(12)滑阀:不锈钢。
(13)密封条:碳钢。
2.3流量计计算书
调压计量站的流量计计算书如表2所示。
3双腔孔板流量计的应用
根据流量计计算书,确定双腔孔板流量计的规格、材质等参数，制定计量系统设计方案。由双腔孔板流量计组成的计量系统包括:前后隔断球阀、整流器(GasConditioner)、双腔孔板流量计(Flowmeter)、流量计算机(FC,FlowComputer)、三笔记录仪(ThreePenChartRecorder)、在线色谱仪(GC,GasChromatograph)以及配套的差压变送器(PDTI,PressureDifferentialTransmitterIndicator)、绝压变送器(APT,AbsolutePressureTransmitter)、温度变送器(TT,TemperatureTransmitter)、PT100(TE,TemperatureElement)等。
系统投入运行前，主管道的前、后隔断球阀全打开，双腔孔板流量计的取样隔断球阀、五阀组隔断阀、绝压变送器的隔断阀以反在线色谱仪的取样阀全打开。系统投入运行后，天然气通过整流器将管道内的气流变为规则流动气流,平稳流经阀室孔板流量计。流量计配套的差压变送器信号、绝压变送器信号、温度变送器信号通过硬接线接入流量计算机，同时在线色谱的天然气组分、热值等数据通过RS485通信线接入流量计算机，由流量计算机显示并输出天然气的管道工艺参数、瞬时流量、累计流量等数值。另外,由机械件构成的三笔记录仪通过差压、压力取样管线和温度传感器，同时在专用记录纸上记录差压、压力、温度信号，作为流量计算机的备用计量手段。计量系统图如图3所示。
3.1现场仪表
3.1.1整流器
整流器安装在任何装置的下游以及孔板流量计的上游。整流器的种类也多种多样，图4为列举的几种样式。.
3.1.2.上下游直管段
上下游管道采用碳钢材质，喷砂并进行光洁管道中天然气介质的差压、压力、温度信号，从而计算出天然气流量。该仪表为纯机械仪表,无需供电。目前，国内计量系统基本不采用三笔记录仪，但在一些不发达地区,如部分亚洲、非洲国家，因电力供应不稳定，经常出现停电的现象，仍在使用三笔记录仪用于记录介质参数,并用于贸易结算。
3.1.5在线色谱仪
在线色谱分析仪分析出天然气组分至少到C1~C6+、N2CO2,并提供密度、比重、高低热值、压缩因于(遵循ISO6976和AGA-8)等参数,通过RS485接口将_上述信号传送给流量计算机。色谱仪采用模块化设计,可以随时对内部元件(色谱柱、色谱阀、膜片等)进行就地更换及维修，色谱分析仪中色谱柱数量根据需要确定,色谱仪采用热导率式探头(TCD)设计。随色谱仪成套提供防爆分析小室,.除包含可燃气体检测器、防爆声光报警器和防爆照明系统外，还包含取样系统、样气预处理系统、标气载气系统等配套系统。
3.2流量计算机
用于商贸交接的流量计算机，具有计量认证机构颁发的证书,如NMI认证、欧洲EN12405.0IML认证、中国计量机构证书。流量计算机采集来自现场的差压、绝压、温度变送器的测量值,并通过通信的方式获得色谱分析仪测得的天然气组分和热值等参数,计算天然气的密度、压缩因于、工况流量和标况流量,用于贸易结算。
本项目流量计算机的主要特性包括:
(1)CPU主频参数为:≥333MHz,32bit或64bit的微处理器,其存储器容量为Flash:256MB,.DRAM:128MB,SRAM:4MB.
(2)可以根据流量计的类型选择有关计算标准，如AGA3/API250,IS05167,AGA5,AGA7,AGA8,API101,API2534;根据选用的标准,完成标况下的体积流量、质量流量、能量流量等瞬时流量值和累积流量。
(3)流量计算机的计算精确度应优于±0.01%。
(4)每5分钟对流量计算结果进行一次归档，可存储10路的月报告、周报告、天报告和小时报告长达300天。
(5)流量计算机具有自诊断反掉电保护功能，并将结果传送至，上位计算机控制系统。
4结论
上述计量系统,是RMS调压站完整的贸易计量配置，其最大的优势有以下几点:
(1)整体设计完整，功能齐全，可以作为标准计量系统应用于各天然气场站。
(2)不受调压阀引起的噪音干扰。
(3)因流量计可以在线更换孔板,不用设计计量旁路,大大降低成本。
(4)即使在失电的情况下，依然可以保证计量数据的记录。
目前，该计量系统已安装运行，各项运行参数正常，运行平稳，二期也采用相同的设计方案。实践证明，基于双腔孔板流量计构成的计量系统的设计线路简单、成本低，计量数据平稳、准确，维护简单便捷,抗干扰能力强，拓展了基于双腔孔板流量计作为天然气贸易计量手段的新思路，成为盂加拉RMS调压站经典工程。
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