摘　要：某天然氣場(chǎng)站增輸時(shí)，出現(xiàn)過濾分離系統(tǒng)處理能力不夠、超聲流量計(jì)計(jì)量數(shù)據(jù)丟失等問題，且由于該站上游為雙氣源供氣，天然氣組分波動(dòng)較大，嚴(yán)重影響貿(mào)易計(jì)量的準(zhǔn)確性?；谔烊粴怆s質(zhì)組成分析結(jié)果，在過濾分離器上游增設(shè)旋風(fēng)分離器，并通過增加過濾分離支路，提高了天然氣凈化處理能力；結(jié)合場(chǎng)站生產(chǎn)實(shí)際，在進(jìn)站匯管處安裝在線色譜儀，解決了由于氣體組分波動(dòng)影響貿(mào)易計(jì)量的問題；通過在流量計(jì)與調(diào)壓閥之間設(shè)置埋地工藝流程，安裝T形管件和彎頭，降低了節(jié)流噪音對(duì)計(jì)量的影響。

關(guān)鍵詞：天然氣；技術(shù)改進(jìn)；色譜儀；超聲流量計(jì)；T形管

某天然氣場(chǎng)站為上下游兩家燃?xì)夤镜馁Q(mào)易交接站，設(shè)計(jì)輸氣量17.5×10⁸m³/a，具有清管收發(fā)球、天然氣過濾分離、分輸調(diào)壓、計(jì)量和緊急切斷等功能。由于該場(chǎng)站地處經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，當(dāng)前日均輸氣量已達(dá)460×10⁴m³以上，接近原設(shè)計(jì)輸氣量。隨著下游用氣需求的增長(zhǎng)，該場(chǎng)站原有的輸氣能力已無法滿足生產(chǎn)需要。

1 主要工藝問題

該天然氣場(chǎng)站主要流程為：上游接收雙氣源來氣，進(jìn)站經(jīng)過濾、分離后分為4路，一路經(jīng)干線超聲流量計(jì)計(jì)量、調(diào)壓后輸往下游干線用氣（3條計(jì)量、調(diào)壓支路）；另外3路則經(jīng)計(jì)量、調(diào)壓后分別輸往3家城市燃?xì)夤荆總€(gè)用戶各有2條計(jì)量調(diào)壓支路）。

（1）當(dāng)前該場(chǎng)站接收氣量較大，加之季節(jié)用氣不均，冬季時(shí)接收氣量已超過原設(shè)計(jì)規(guī)模，過濾分離器的總處理能力無法滿足場(chǎng)站運(yùn)行需要，且目前站內(nèi)過濾分離系統(tǒng)為3臺(tái)過濾分離器并聯(lián)，固體粉塵堵塞濾芯的情況時(shí)有發(fā)生。

（2）由于上游來氣為雙氣源，站內(nèi)無在線色譜裝置，無法及時(shí)掌握天然氣的氣體組分狀況，因此無法指導(dǎo)天然氣計(jì)量和貿(mào)易交接。當(dāng)上游來氣組分波動(dòng)較大時(shí)，經(jīng)常因計(jì)量數(shù)據(jù)偏差過大引起貿(mào)易糾紛。

（3）站內(nèi)的貿(mào)易交接儀表為3臺(tái)DN250 Daniel Mark Ⅲ超聲流量計(jì)。由于超聲流量計(jì)計(jì)量精度受噪音影響較大，當(dāng)場(chǎng)站節(jié)流件（閥門、彎頭、調(diào)壓閥等）產(chǎn)生的噪音頻率接近或超過125kHz時(shí)，會(huì)直接影響流量計(jì)的信號(hào)接收質(zhì)量，產(chǎn)生較大的計(jì)量偏差。

2 工藝系統(tǒng)改進(jìn)

2.1 過濾分離系統(tǒng)

目前，過濾分離系統(tǒng)共有3臺(tái)過濾分離器，單臺(tái)過濾分離器的處理能力為11×10⁸m³/a，采用2用1備方式向下游供氣，存在的主要問題是：過濾分離器處理能力不足，尤其是冬季高峰用氣時(shí)，需要頻繁排污，有時(shí)遇到粒徑較大的雜質(zhì)，還會(huì)出現(xiàn)固體粉塵堵塞濾芯的情況。

優(yōu)化設(shè)計(jì)方案：采用“分離-過濾”處理模式，在現(xiàn)有過濾分離器的上游新建分離器（設(shè)計(jì)處理能力為11×10⁸m³/a），分離器用于分離粒徑較大的固體雜質(zhì)，減少進(jìn)入下游過濾分離器后導(dǎo)致濾芯堵塞的可能性。根據(jù)當(dāng)前輸氣能力要求，將過濾分離系統(tǒng)由2用1備調(diào)整為3用1備，分離器與過濾分離器串聯(lián)后，再與其他過濾分離支路并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)增加過濾分離能力，提高天然氣凈化效果的目的。經(jīng)工藝調(diào)整后場(chǎng)站總過濾分離能力可達(dá)28.4×10⁸m³/a。

考慮到目前天然氣行業(yè)常用的過濾分離設(shè)備旋風(fēng)分離器、重力分離器和過濾分離器（陶瓷、纖維、金屬網(wǎng)式過濾器）等具有各自的優(yōu)勢(shì)，適用場(chǎng)合有所不同（表1）。而該天然氣場(chǎng)站所輸天然氣中含水量極少，雜質(zhì)為固體粉塵（主要成分為SiO₂、Fe₂O₃等），因此，基于場(chǎng)站生產(chǎn)運(yùn)行特點(diǎn)的考慮，新建分離器選用旋風(fēng)分離器。

2.2 氣質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

由于該天然氣場(chǎng)站為貿(mào)易交接場(chǎng)站，且上游來氣為雙氣源，以往采用雙氣源氣體組分加權(quán)平均分析和每月定時(shí)常規(guī)分析取樣獲取氣質(zhì)組成的方式，雖能在一定程度上指導(dǎo)天然氣計(jì)量，但終究不能真實(shí)反映上游來氣的氣體組成。當(dāng)上游調(diào)整工藝流程時(shí)，由于兩種天然氣氣質(zhì)組成差別較大，往往會(huì)引起較大的氣質(zhì)波動(dòng)，從而導(dǎo)致出現(xiàn)計(jì)量偏差，產(chǎn)生貿(mào)易糾紛。因此，建立一套氣質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提高管網(wǎng)氣質(zhì)監(jiān)測(cè)水平，對(duì)于降低計(jì)量偏差，控制計(jì)量精度十分必要。

優(yōu)化設(shè)計(jì)方案：在站內(nèi)計(jì)量支路前匯管處增加設(shè)置ENCAL 3000型在線色譜分析儀（表2），實(shí)時(shí)分析上游來氣氣質(zhì)組成，并將色譜分析儀實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)上傳至計(jì)量系統(tǒng)用于天然氣貿(mào)易計(jì)算，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳給SCS系統(tǒng)，并上傳至調(diào)控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體組分的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

2.3 計(jì)量調(diào)壓系統(tǒng)

根據(jù)該站場(chǎng)計(jì)量調(diào)壓系統(tǒng)的工藝流程設(shè)置情況（圖1），天然氣進(jìn)站經(jīng)匯管后，采用“先計(jì)量、后調(diào)壓”的工藝模式，超聲流量計(jì)為Daniel Mark Ⅲ四聲道流量計(jì)，流量計(jì)上游直管段設(shè)置板式整流器，下游調(diào)壓閥為AFV軸流式調(diào)壓閥，流量計(jì)與調(diào)壓閥之間為直通式結(jié)構(gòu)。

采用超聲流量計(jì)量方式時(shí)，一般推薦的最小安裝距離為：超聲流量計(jì)上游直管段長(zhǎng)度不得小于10D（D為管道外徑），超聲流量計(jì)下游直管段長(zhǎng)度不得小于5D^[1]。雖然該站場(chǎng)超聲流量計(jì)的安裝完全符合要求，且超聲流量計(jì)上游設(shè)有板式整流器。但是來自計(jì)量支路下游調(diào)壓閥的噪音仍然對(duì)超聲流量計(jì)計(jì)量精度存在較大影響，尤其是當(dāng)上游壓力超過4.4MPa或瞬時(shí)流量大于19×10⁴m³/h時(shí)，計(jì)量數(shù)據(jù)丟失的情況就會(huì)出現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)甚至使計(jì)量完全終止。目前只能通過利用雙支路同時(shí)供氣，降低單一支路瞬時(shí)氣量的方式向下游供氣。

優(yōu)化設(shè)計(jì)方案：考慮到超聲流量計(jì)安裝條件完全符合相關(guān)規(guī)范，而由于調(diào)壓閥產(chǎn)生的節(jié)流噪音與超聲波流量計(jì)換能器所接收的信號(hào)頻率重合的可能性極大，減小到達(dá)計(jì)量區(qū)的干擾噪音將是解決計(jì)量偏差過大問題的關(guān)鍵。根據(jù)現(xiàn)有的研究結(jié)果：通過安裝T形管件和彎頭可以達(dá)到不同程度降低超聲干擾噪音的目的，T形管件的最大降噪能力可達(dá)10dB，彎頭的最大降噪能力可達(dá)5～6dB^[2]。因此，為有效降低調(diào)壓閥節(jié)流噪音的影響，可以在超聲流量計(jì)后將計(jì)量支路引至地下，并在流量計(jì)與調(diào)壓閥之間安裝2個(gè)T形管件和4個(gè)90°彎頭，利用埋地T形管件和90°彎頭阻止節(jié)流噪音反射至流量計(jì)量區(qū)域（圖2）。

3 優(yōu)化效果評(píng)價(jià)

2011年7月，按照上述設(shè)計(jì)方案對(duì)該天然氣場(chǎng)站進(jìn)行了工藝改造。工藝改造實(shí)施后，新工藝流程已穩(wěn)定運(yùn)行半年多，且站場(chǎng)工藝系統(tǒng)運(yùn)行狀況良好，計(jì)量輸差顯著降低，工藝優(yōu)化達(dá)到了預(yù)期目的。

（1）過濾分離流程由原來的2用1備變?yōu)?/span>3用1備，增大了場(chǎng)站天然氣凈化處理能力，2011年冬季最大輸氣量增至500×10⁴m³/d，實(shí)現(xiàn)了場(chǎng)站增輸?shù)哪康?。同時(shí)，由于新增4臺(tái)旋風(fēng)分離器用于處理天然氣中固體粉塵顆粒，避免了固體粉塵大量涌入過濾分離器濾芯而造成堵塞。

（2）在線色譜分析儀安裝投運(yùn)后，為驗(yàn)證該臺(tái)色譜儀實(shí)際運(yùn)行效果，從2011年8月開始，對(duì)色譜儀氣質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和常規(guī)取樣分析數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比（表3）。從投運(yùn)7個(gè)月的天然氣相對(duì)密度對(duì)比情況來看，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與常規(guī)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)最大偏差出現(xiàn)在12月，為0.28％，其余月份偏差較小。除儀器固有分析誤差和常規(guī)分析時(shí)產(chǎn)生的泄漏等人為或器械故障原因?qū)е鲁霈F(xiàn)不可克服的分析偏差外，色譜儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)運(yùn)行總體保持平穩(wěn)。根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變動(dòng)情況可知，10月初因下游用氣需求發(fā)生較大變化，期間壓減了某一氣源的日接氣量，導(dǎo)致相對(duì)密度變化較大。此時(shí)如果采用常規(guī)分析檢測(cè)手段將無法實(shí)時(shí)反映這種氣質(zhì)變化，從而導(dǎo)致產(chǎn)生較大計(jì)量偏差。而安裝在線色譜儀后，可以實(shí)時(shí)采集到管道內(nèi)的最新氣體組分，便于在上游進(jìn)行流程切換時(shí)，及時(shí)掌握氣質(zhì)變化情況，提高了計(jì)量精度^[3]。

（3）由于在超聲流量計(jì)與調(diào)壓閥之間安裝了T形管件和90°彎頭，且工藝管道埋地后相當(dāng)于增大了流量計(jì)與調(diào)壓閥之間的管道距離，干擾噪音明顯降低，超聲流量計(jì)運(yùn)行狀況正常、穩(wěn)定。利用Daniel CUI軟件對(duì)超聲流量計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)診斷后發(fā)現(xiàn)：超聲換能器信號(hào)質(zhì)量均為100％，信噪比SNRs均超過2000（圖3）。

4 結(jié)束語

（1）在保持現(xiàn)有工藝流程的基礎(chǔ)上，經(jīng)過簡(jiǎn)單的工藝改造，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)站增輸是眾多燃?xì)夤竟餐媾R的問題。而場(chǎng)站凈化能力不足往往是制約場(chǎng)站增輸?shù)闹匾蛩兀鶕?jù)管輸介質(zhì)的具體組成，設(shè)計(jì)合理的過濾分離流程，通過“旋風(fēng)分離器+過濾分離器”的結(jié)構(gòu)，可有效提高天然氣凈化的效果，并通過增設(shè)過濾分離流程的方法，最終實(shí)現(xiàn)場(chǎng)站增輸?shù)哪康摹?/span>

（2）對(duì)于多氣源供氣的天然氣場(chǎng)站，因上游流程調(diào)整產(chǎn)生的氣質(zhì)變化對(duì)天然氣計(jì)量的影響不可忽視，通過安裝在線氣質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)天然氣氣質(zhì)組成的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可有效降低因常規(guī)監(jiān)測(cè)手段不能實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)帶來的計(jì)量誤差。同時(shí)，應(yīng)通過加強(qiáng)在線色譜儀的日常維護(hù)、數(shù)據(jù)核查、色譜圖分析及定期標(biāo)定等操作，確保天然氣氣質(zhì)組成得到真實(shí)反映。

（3）采用超聲流量計(jì)計(jì)量時(shí)，應(yīng)避免在流量計(jì)和調(diào)壓閥之間采用直通式的安裝結(jié)構(gòu)。在場(chǎng)站安裝空間允許的情況下，可重點(diǎn)考慮計(jì)量、調(diào)壓分區(qū)設(shè)置，通過增大空間距離降低節(jié)流噪音對(duì)超聲流量計(jì)的影響；如果安裝空間受限，可考慮采用在超聲流量計(jì)后將工藝管道埋地敷設(shè)，設(shè)置埋地彎頭和T形管件的方式，減少到達(dá)流量計(jì)的節(jié)流噪音，確保精確計(jì)量^[4]。

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(本文作者：于東升 郭東升 江濤 李方圓 山東省天然氣管道有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南 250101)