摘  要：通過(guò)對(duì)幾種常用的天然氣流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，引出普光氣田天然氣計(jì)量?jī)x表選擇孔板閥的理由，并詳細(xì)闡述了普光氣田計(jì)量系統(tǒng)的組成、材料的選擇、不確定度計(jì)算。雖然仍存在一些未解決的問(wèn)題，但就目前來(lái)說(shuō)，用孔板閥計(jì)量酸性天然氣流量仍然是的選擇。

0 引言

普光氣田是迄今為止中國(guó)規(guī)模zui大、豐度zui高的特大型整裝海相氣田之一。普光氣田的氣質(zhì)特殊，屬高含硫化氫和二氧化碳，硫化氫含量15.16%，二氧化碳含量8.64%。

1 各類(lèi)流量計(jì)及其特點(diǎn)

大型氣田集輸和長(zhǎng)輸氣體管線(xiàn)項(xiàng)目，流量計(jì)量以差壓式流量計(jì)、超聲波流量計(jì)和渦輪流量計(jì)的應(yīng)用zui多，以下為3種流量計(jì)的原理和優(yōu)缺點(diǎn)分析。

1.1 差壓式流量計(jì)

差壓式流量計(jì)是以流量守恒定律和流動(dòng)連續(xù)性方程為基礎(chǔ)的，當(dāng)氣體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)，流速在節(jié)流裝置處形成局部收縮，從而使流速增加。靜壓力降低，在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生靜壓力差（差壓），氣流的流速越大，節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的差壓也越大，從而可通過(guò)測(cè)量節(jié)流裝置前后差壓來(lái)計(jì)量天然氣流量。

差壓式流量計(jì)由三部分組成[1]，即將被測(cè)流體的流量變換成差壓信號(hào)的節(jié)流裝置。其中包括節(jié)流件和取壓裝置；傳輸差壓信號(hào)的管路；測(cè)量差壓值的差壓變送器及顯示儀表。

差壓式流量計(jì)通常以節(jié)流件型式分類(lèi)，如孔板流量計(jì)、文丘里流量計(jì)等。測(cè)量天然氣流量時(shí)，孔板流量計(jì)zui為常用。孔板流量計(jì)按照是否可以帶壓更換孔板，分為一體式孔板流量計(jì)和孔板流量計(jì)（孔板閥）。

優(yōu)點(diǎn)：原理簡(jiǎn)明，應(yīng)用技術(shù)成熟，容易掌握；適應(yīng)性強(qiáng)，更換孔板即可實(shí)現(xiàn)不同流量的測(cè)量；性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長(zhǎng)；孔板為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件，不需要標(biāo)定[3]。缺點(diǎn)：量程比小，一般為3∶1～5∶1；壓力損失較大；計(jì)量準(zhǔn)確度受影響因素較多；前后直管段要求，占地面積大。

1.2 超聲波流量計(jì)

超聲波流量計(jì)常用的測(cè)量方法為傳播速度差法、多普勒法等。常用的氣體超聲波流量計(jì)采用聲速差法，通過(guò)測(cè)量超聲波沿氣流順向及逆向傳播的聲速差，測(cè)量各種口徑管道內(nèi)穩(wěn)態(tài)或脈動(dòng)氣流的雙向流速、流量。

超聲波流量計(jì)分為單聲道和多聲道式超聲波流量計(jì)。為保證精度，重要場(chǎng)合的超聲波流量計(jì)一般要求4聲道或以上。

優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高，可達(dá)0.5%；量程范圍寬，可達(dá)100∶1以上；無(wú)壓損；對(duì)管路特性基本無(wú)干擾；無(wú)可動(dòng)部件；可以相同準(zhǔn)確度進(jìn)行雙向測(cè)量（尤其適合天然氣正、反輸計(jì)量），可測(cè)脈動(dòng)流。

缺點(diǎn)：傳播時(shí)間法只能用于清潔液體和氣體；而多勒法只能用于測(cè)量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體。

1.3 渦輪流量計(jì)

渦輪流量計(jì)屬于速度式葉輪儀表，其利用置于流體中的葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成比例的關(guān)系，通過(guò)測(cè)量葉輪的轉(zhuǎn)速來(lái)反映體積流量的大小。渦輪流量計(jì)的變送器輸出與流量成正比的脈沖信號(hào)，并通過(guò)傳輸路線(xiàn)傳送給顯示儀表。

優(yōu)點(diǎn)：度高，可達(dá)015%；反應(yīng)迅速，可測(cè)脈動(dòng)流量；無(wú)零點(diǎn)漂移，抗*力強(qiáng)；量程比寬；壓損小。

缺點(diǎn)：其特性易受介質(zhì)物性和流體流動(dòng)特性的影響，只能適用于潔凈氣體；渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，軸承易于磨損，降低了穩(wěn)定性，使用壽命縮短；安裝要求高。

2 普光氣田氣體流量計(jì)的選擇

由于普光氣田的介質(zhì)為井口采出氣，氣質(zhì)較臟，渦輪流量計(jì)不適用于此。選擇流量計(jì)時(shí)主要從超聲波流量計(jì)和孔板流量計(jì)中進(jìn)行選擇。超聲波流量計(jì)由于精度高、量程比寬、無(wú)壓損等優(yōu)點(diǎn)在大型氣田及長(zhǎng)輸管線(xiàn)都得到了廣泛應(yīng)用。但由于普光氣田介質(zhì)的特殊性（硫化氫含量15.16%，二氧化碳含量8.64%），我們zui終選擇了孔板流量計(jì)（孔板閥）。原因如下：通過(guò)技術(shù)交流，了解到超聲波流量計(jì)的聲楔材質(zhì)很難做到耐普光氣質(zhì)的腐蝕；硫化物以及二氧化碳對(duì)超聲波有吸音作用；孔板閥能夠?qū)崿F(xiàn)在線(xiàn)更換孔板，可應(yīng)對(duì)氣量的變化和氣體的腐蝕。

3 普光氣田計(jì)量系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)組成

普光氣田計(jì)量系統(tǒng)為孔板計(jì)量系統(tǒng)，它由孔板閥和流量計(jì)算機(jī)（集成多變量變送器MVS）組成。孔板閥計(jì)量系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1　計(jì)量系統(tǒng)示意圖

流量計(jì)算機(jī)通過(guò)RS2485接口和標(biāo)準(zhǔn)的ModbusRTU協(xié)議將數(shù)據(jù)傳送至各集氣站的站控系統(tǒng)。

3.2　孔板閥

孔板閥可在不中斷氣體輸送、不拆卸或改動(dòng)工藝管道的情況下檢查和更換孔板。技術(shù)要求應(yīng)符合ISO5167[4]、API1413.3[5]和AGANo.3以及國(guó)內(nèi)規(guī)范GB/T2624[7]、SY/T6143[2]的規(guī)定?？装鍨闃?biāo)準(zhǔn)節(jié)流元件。需要注意的一點(diǎn)是孔板閥的密封問(wèn)題。為了zui大限度地保證安全、防止天然氣泄漏，建議孔板片的密封為雙向密封。JB/T7252294中對(duì)滑閥密封和孔板密封都做了密封試驗(yàn)要求[8]。但此處滑閥密封的要求提得不太妥當(dāng)，因?yàn)榭装逖b置除了以DANIEL為代表的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)式外，還有一種是以FMC為代表的螺桿提升式。而螺桿提升式的孔板閥是沒(méi)有滑閥的。

普光氣田地面集輸工程選擇的孔板閥的結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。

圖2　孔板閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3.3　流量計(jì)算機(jī)

普光氣田集輸工程選用的流量計(jì)算機(jī)集成多變量檢測(cè)、變送以及流量計(jì)算功能為一體，多變量變送器（MVS）能夠同時(shí)檢測(cè)出壓力和差壓信號(hào)。流量計(jì)算機(jī)依照AGA3和AGA8超壓縮因子（詳細(xì)級(jí)）計(jì)算標(biāo)況瞬時(shí)流量、標(biāo)況累計(jì)流量、熱值和相對(duì)密度，存貯1月以上數(shù)據(jù)。流量計(jì)算機(jī)有可擴(kuò)展的I/O、現(xiàn)場(chǎng)液晶顯示和標(biāo)準(zhǔn)的接口及通信協(xié)議，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)歸檔能力。

3.4　材料

普光氣田的氣質(zhì)中，硫化氫含量達(dá)到15.16%，二氧化碳含量達(dá)到8.64%。為了zui大限度地保證生產(chǎn)的安全和人員安全，防止氫致開(kāi)裂HIC（hydrogen2in2ducedcracking）和硫化物應(yīng)力開(kāi)裂SSC（sulfidestresscracking），材料的選擇至關(guān)重要。

根據(jù)NACEMR0175/ISO15156的規(guī)定，滿(mǎn)足普光氣田的介質(zhì)條件的有2種材料方案：①選擇實(shí)驗(yàn)室已評(píng)定合格的材料，固熔退火鎳基合金或退火鎳基合金；②選擇低碳鋼材料，控制其硫、磷含量以及硬度，然后做材料評(píng)定。

由于鎳基合金的價(jià)格昂貴，一般僅接液部件為鎳基合金材質(zhì)，這樣在閥體內(nèi)部需做堆焊處理。但因?yàn)榭装彘y的內(nèi)部零件較多，若堆焊不好會(huì)引起更嚴(yán)重的腐蝕，堆焊鎳基合金的方案無(wú)法做到。

因?yàn)楣こ淘O(shè)計(jì)首重工程實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)室的依據(jù)是在缺乏工程實(shí)踐的前提下給出來(lái)的參考性方案。zui后，我們選擇的材料方案是調(diào)制低碳鋼+工程經(jīng)驗(yàn)評(píng)定。

4 仍存在的問(wèn)題

普光氣田地面集輸工程的流量計(jì)量系統(tǒng)已經(jīng)完成設(shè)計(jì)和采購(gòu)，但現(xiàn)在還存在一些未被很好解決的技術(shù)問(wèn)題。如計(jì)量直管段問(wèn)題：對(duì)于孔板閥廠(chǎng)家來(lái)說(shuō)，直管段數(shù)量較少，滿(mǎn)足NACE規(guī)范的碳鋼管材難以采購(gòu)。若由業(yè)主將采購(gòu)的滿(mǎn)足NACE規(guī)范的工藝管材發(fā)給孔板閥工廠(chǎng)，工廠(chǎng)需要對(duì)管材進(jìn)行加工達(dá)到滿(mǎn)足計(jì)量要求的圓度以及粗糙度，則會(huì)造成壁厚減薄，不滿(mǎn)足腐蝕余量的要求。

5　結(jié)束語(yǔ)

由于普光氣田介質(zhì)的特殊性，國(guó)內(nèi)目前尚無(wú)開(kāi)發(fā)此類(lèi)氣田的經(jīng)驗(yàn)。由于沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，很多問(wèn)題都是在學(xué)習(xí)和摸索中慢慢解決。雖然仍存在一些未解決的問(wèn)題，但就目前來(lái)說(shuō)，用孔板閥計(jì)量酸性天然氣流量仍然是的選擇。