油气计量领域新标准新规程的解析与应用

摘 要：天然气在生产、储运及销售过程中，根据其国家标准、行业标准、企业标准，结合其天然气的生产、温度、气质参数、工艺流程等相关特点，选择适合上述要求参数的相关标准规范、计量仪表及设备系统的操作方法，对天然气进行有效的计量与监测，加强系统中设备的每个生产、储运环节中流量计适用性进行筛选，对DCS系统和色谱分析仪系统进行适应性改造与相关设备系统软件完善。

关键词：储运、标准、计量、系统、筛选、 对策

随着天然气长输管道在全国运用范围越来越广，天然气的计量工作得到了全方位的普及与发展，按照“中华人民共和国计量法实施细则”、国家标准“GBT 18603-2014 天然气计量系统技术要求、GBT 35186-2017 天然气计量系统性能评价、GBT 20901-2007 石油石化行业能源计量器具配备和管理要求”，行业标准“SY∕T 7552-2020 天然气贸易计量用流量计选用指南、QSY 1212-2009 能源计量器具配备规范、SYT 5398-2017 石油天然气交接计量站计量器具配备规范、JJG 2053-2016 质量计量器具检定系统表”建立国家管网的标准“QGGW 02004.1—2022 油气管道计量及交接技术规范 第1部分：输气管道、QGGW 02005.3—2022 油气管网仪表及自动控制系统技术规范 第3部分：计量及分析系统”。根据上述标准和要求，在国家管网集团公司建立了计量管理部门，并建立了较为完善和先进的计量管理制度和体系。下面我们将根据这些对国家规范、行业标准、国网文件进行解析。

1 国家管网的规范运用

计量系统的设计、选址和建设，应使干扰和危险因素对于计量系统本身以及它的运行控制在一个可接受的极限内。计量系统中的管道、管件、计量设备等天然气工艺管道的压力等级应不低于系统的设计压力。所以按照此项要求，流程设计应符合以下流程要求。

按照此项设计，计量系统由上、下游汇气管（需要时）和几条并联的流量测量管路组成。每条流量测量管路主要由上游及下游截断球阀、流量计、上游及下游直管段、流动调整器、绝对压力变送器、压力表、温度变送器以及流量计算机等组成。另外，压力平衡阀、置换充气阀、放空阀、排污阀等也应是计量管路中需要的组件。除以上计量系统的基本组成外，计量系统还涉及在线气相色谱分析仪、流量计在线检定或校准系统、计量系统的数据传输等。

系统设计压力应不小于所处站场工艺区的设计压力。所处环境温度低于-29℃时，计量系统中的设备采用的材料应为耐低温材料。应根据输量阶梯，充分考虑投产初期小流量及达到中远期最大规划流量时间不确定等特殊工况，进行流量计口径和路数的选择。应设置一路备用计量回路，但在特别重要的贸易交接计量中（如涉外跨境交接计量），当工作计量回路大于或等于 4 路时，宜设置两路备用计量回路。每条计量支路应至少需要安装一台上游截断阀和一台下游截断阀。当计量管路需要自动切换时，至少应为下游截断阀配置相应功能的电动执行机构。每条计量支路设置一台流量计算机，进行工况和标况条件下体积和能量流量的瞬时流量、累积流量计算，并对数据进行存储、显示和传送。在计量系统的总入口或每条流量计测量管路上根据需要设置过滤器。在流量波动范围经常超过计量系统可接受的量程比时，宜设置一路用于小流量计量的计量 管路。计量系统应在站控制系统的监控下完成流程自动切换。上下游汇管口径计算流速不宜大于 10m/s。 流量计内径、连接法兰及其紧邻的上、下游直管段内径偏差要求应满足 GB/T 18604。临时使用的过滤器/筛网应安装于流量计所要求上游直管段外的管道上。 计量系统宜设有防止流速超速的措施。如在下游直管段外的管道上安装限流装置，限制位于计量系统下游控制阀的开启速度和流量增速。位于流量计下游的控制阀， 其流量特性应选择等百分比或近似等百分比特性。 计量系统应设有手动放空装置，需要时应设超压自动放空装置。放空装置应设在流量计的下游。在可能发生回流的地点，应在计量系统下游安装单向阀。在流量计的上游截断阀处宜设置平衡阀以及充气阀。对于超声流量计，可建立流量计远程诊断系统。

2. 计量撬技术要求

（1）计量橇的选用应考虑工程投资、建设周期、道路条件、环境条件、控制方式和运行维护等方面因素。

（2）计量设备在满足其功能要求的条件下，应该采用露天安装方式进行安装。

（3）计量系统内处于爆炸危险场所 1 区或 2 区的电气仪表、设备及其相关部分的防爆等级应不低于 ExdⅡBT 4 或 Ex ia（b）ⅡBT4；防护等级不应低于 IP65。

（4）计量系统应避免脉动流和振动。

（5）计量橇及其工艺安装管路处应留有足够的检修通道，设置用于巡检、操作等所需的平台、爬梯等设施。

3. 其它要求

（1）计量系统中的法兰连接应按照设计要求采用突面（RF）钢制法兰。法兰执行标准应按照ASME B16.5。法兰间的密封应采用带内环和定位环型的缠绕式垫片。缠绕式垫片的各部分材质应选用耐天然气及油腐蚀的材料。法兰连接紧固件应具有防松动功能。法兰连接处不应出现台阶及垫片安装不对称的状况。

（2） 计量橇的所有金属管道、底座和设备之间应保证良好的电气连接。并在计量橇底座上设置不少于 2 处的专用接地连接板。

（3）计量橇中所有供电、信号电缆均应穿保护管敷设。在适当位置分别设置供电、信号防爆接线箱。接线箱中的接线端子应采用符合 IEC 60999-1 要求的弹簧压接型，其抗拉力值应优于 IEC60999-1 的要求。接线端子应满足15%的富裕量。

（4）计量撬电源、信号电缆应采用多股铜芯屏蔽电缆，其线芯截面积按需求设计。信号电缆的线芯截面积不应小于 1.0mm² ；电源电缆的线芯截面积不应小于 2.5mm²。

（5）计量系统应采取有效的防雷电措施。使用的电涌保护器除应满足技术要求外，还应具有国家有关部门授权的检验机构颁发的产品检测合格报告。

（6） 计量系统的防腐要求不应低于所在站场同类管道的防腐要求，管道涂色应遵照SY/T 0043-2006《油气田地面管线和设备涂色规范》中的规定执行。流量计、阀门等设备可保留设备原色。

（7）计量系统中的管线或设备间相互连接的焊接的焊缝应进行100%射线和超声波检验并合格。

4.流量计应采用气体超声波流量计

（1）应采用传播时间差法使用接触式超声流量计。

（2）超声波流量计的管道口径在 DN80～DN400 之间选择。

（3）超声波流量计的声道至少应为 4 声道。超声流量计按流速20m/s进行计算，口径圆整后复核设计流速在20m/s～22m/s 范围内，超声流量计的分界流量应不大于其最大流量的 10%。超声波流量计表体上应至少有一个取压孔用以测量静压。

（4）超声流量计应具有故障报警和记录功能，至少包括故障报警时间、报警类型、报警状态记录等。超声流量计应具有远程诊断的通信接口。

（5）超声流量计至少应具有通过通信接口或现场显示提供下列诊断测量数据的功能：每一声道信号的增益值，即安装在表体上的探头发出（接收）信号的强度；每一声道接收信号的百分比；每一声道信号和噪声的比值。

（6）如果厂家未提供流量计上、下游直管段长度要求和流动调整器的安装要求时，或者用户无法提供预期的安装条件时，不带流动调整器的情况下，流量计上游至少需要50D的直管段；带有流动调整器的情况下，流量计上游至少需要30D的直管段（不包含流动调整器的长度），且流动调整器宜安装在流量计上游 10D 处。流量计下游直管段长度至少应为 5D。在利用超声流量计进行双向计量时，上下游的直管段均应为30D，除非流量计制造商可提供充分的依据证明，其提供的超声流量计所需的直管段可小于 30D。超声流量计通过较短的（小于10D）直管与下游安装的调节阀连接时（即流量计下游经直管与调节阀直接相连），应在它们之间安装降噪设备。

（7）超声流量计的测量性能最低应满足以下要求：

① 在进行任何校准系数调整之前，气体超声流量计的流量测量性能应满足以下要求：

流量测量重复性：≤0.1%，qt≤qi＜qmax； ≤0.2%，qmin≤qi≤qt；

分辨率：0.001m/s；

速度采样间隔时间：≤0.2s；

零流量读数：对于每一声道＜6 mm/s；

声速偏差：±0.2%；

各声道间的最大声速差：0.5 m/s。

最大峰间误差：0.7%，qt≤qi≤qmax；

1.4%，qmin≤qi＜qt

② 流量计实流校准后其体积流量应满足下列要求

最大允许误差：最大允许误差≤±0.5 %，qt＜qi≤qmax；

最大允许误差≤±1.0 %，qmin≤qi≤qt；

其中流量计的分界流量 qt＝10% qmax；

（8）在露天安装时，超声流量计可配置遮阳罩或采取其它防护措施。

5 温度检测仪表

① 检测仪表

（1）采用Pt100热电阻温度变送器作为计量系统温度补偿用温度检测仪表。Pt100热电阻应为 4 线制，其技术性能应符合 A 级（IEC 60751）。温度变送器的整体最大允许误差应优于±0.2℃。Pt100 热电阻及其温度变送器的系统最大允许误差应优于±0.5℃。变送器输出信号应为 4mA～20mADC（二线制，带 HART 通信协议）。

（2）温度检测仪表的取源部件应采用一体化保护套管。保护套管与工艺管道之间宜采 用法兰连接。对于计量管路≤DN300 时，其保护套管应垂直于轴线插入管道约为管道公称内径的 1/2 至 1/3 处， 计量管路>DN300 时，其保护管应在100mm±25mm 范围之内。

（3）对于标准孔板流量计计量系统，气流温度最好在孔板下游侧直管段外侧得，它与孔板之间距离可等于或大于5D，但不得超过15D。

（4）对于超声计量系统，应在流量计下游直管段上安装温度变送器，测温孔设在流量计下游距法兰端面（2～5）D 之间。

（5）在露天安装时，温度变送器宜配置遮阳罩或采取其它措施。

②  压力检测仪表

（1）采用的弹簧管式压力表作为现场压力检测仪表。其最大允许误差为±1%。表盘直径为 100mm。

（2）采用电容式绝对压力变送器作为计量系统压力补偿用仪表。其准确度等级应尽量 高，且最大允许误差应优于±0.075%，输出信号 4mA～20mADC（二线制，带 HART通信协议）。

（3）绝对压力变送器应具有良好的温度特性，其零点和量程在环境温度发生变化时所

受的影响，在最大量程的条件下应优于：±（0.025%量程上限+0.125%量程）/ 28℃。

（4）压力取源部件应采用带测试和放空口的不锈钢阀。该阀门与工艺管道之间采用焊 接或法兰连接，公称通径不小于 1/2"。

（5）各设备的引压管应采用无缝不锈钢管。引压管之间宜采用不锈钢双卡套连接。

（6）在露天安装时，压力变送器宜配置遮阳罩或采取其它防护措施。

（7）在流量计流动调整器上游直管段及流量计下游直管段之外均设置压力表。

③ 上下游阀门

（1）流量计上游截断阀应采用全通径（等径）球阀。

（2）流量计下游的阀门，比对流程和检定口流程中使用的阀门应选用全通径DBB球阀。该阀门的密封应采用金属密封+软密封结构，泄露等级应满足GB/T 13927中的A级或ISO 5208中A级的要求，并应具有在阀门关闭后可对其密封泄漏进行检测的功能。

（3）球阀与管道宜采用法兰连接。用于制造阀门的材料均应符合 API 6D 和有关阀门材料标准的要求，使阀门的性能满足阀门所处工况的要求，并能保证使用寿命。阀门阀体应采用锻钢。阀座密封材料在阀门使用寿命内应满足在各种操作工况下密封性能良好。所有材料应能适应环境温度及操作条件要求。

（4）所配置的电动执行机构应满足监控系统对其控制的要求。

④ 流动调整器

（1）流动调整器的选型和安装应根据流量计的类型选择。

（2）流动调整器可采用法兰连接形式或法兰夹持形式。

（3）超声流量计应采用板式流动调整器，采用法兰夹持形式。

（4） 对于超声流量计计量系统，应在流量计上游直管段 10D 处安装流动调整器。流动

调整器的长度不包括在直管段的长度之内。

（5）流动调整器应按照 GB/T 21446 及其他技术规格书中规定的要求进行制造。针对超声流量计，流动调整器产生的噪声应不影响流量计的正常工作和准确性。

⑤ 前后直管段

为了使流量计前、后直管段内的流动状态稳定，确保测量准确度，应根据不同类型的阻流件，参照有关标准和流量计生产厂的要求配置不同长度的前、后直管段。所配的直管段应与流量计同心、同径，直管段应按照 GB/T21446 中规定的要求进行加工制造。

⑥ 汇管

超声流量计量系统的上、下游汇管应采用拔制汇管。拔制汇管的设计与制造应遵循相关标准规范的要求。

⑦ 计量仪表盘

（1）计量系统应配有计量仪表盘，仪表盘应包含24VDC电源、蓄电池、断路器/开关、电涌保护器等。

（2）应选用钢质标准尺寸仪表盘。应为后开门，门上带安全锁。机柜的喷漆应光洁、美观、耐用。机柜应配备散热通风、照明等设施，进风口应设便于拆卸、更换的过滤网。

（3）每面计量仪表盘的高度为 2100mm（包括底座），深度为 800mm，宽度不宜超过 1000mm，颜色为 RAL 7035。盘内部的连接导线应根据信号类型以颜色区分且每根导线均应有永久性标记。连接导线应采用铜芯导线或专用电缆。接线端子应采用符合 IEC 60999-1 要求的弹簧压接端子，其抗拉力值应优于 IEC60999-1 的要求。信号线应与电源线分开。

（4） 计量仪表盘内部连接电缆（线）、与现场信号连接的端子排等，应按 20%的余量 进行设计。在仪表盘设计时，应充分考虑盘内部和外部电线/电缆的布线空间，电缆/电线在仪表盘底部进出，盘内配线应通过线槽敷设。

⑧ 流量计算机

（1） 流量计算机用于采集流量计数据，计算和指示流量参数等功能。

（2） 流量计算机应采用已获得权威机构认可的专门用于贸易交接的流量计算机。

（3） 天然气测量要求应符合 EN 12405 标准，并通过相关权威机构的符合性测试。

（4）  流量计算机应根据流量计的类型选择有关计算标准，如 AGA3、AGA7、AGA8、 AGA9、AGA10、ISO 标准等。根据选用的相关标准，完成标准体积流量（101.325kPa，20℃）、能量流量等瞬时流量的计算和各自的累积流量计算。

（5） 流量计算机应既能自动接收上位计算机控制系统下载的气体组份信息，又可以通过计算机或面板人工输入。同时还应自动接收温度、压力变送器传来的补偿用测量值。该测量值可以是标准模拟信号（4mA～20mADC），也可以是数字信号（HART 协议）。

（6）流量计算机可接受来自站控制系统的时钟校准信号，对时钟进行校准。流量计算机应支持 MODBUS 通信协议。

（7） 流量计算机的储存器应在每 5 分钟对流量计算结果进行一次归档，至少能够存储不少于 30 天的累积流量、压力、温度、报警等数据资料。

结语

天然气计量系统在天然气站场输配过程中担当着重要的角色，现场管理人员应熟知国家标准、规范和国家管网的要求和制度，严格执行操作规程才能满足精准计量，做到优质、高效的为下游的工业用户和下游居民输气。

参 考 文 献

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