摘　要：某天然氣場站增輸時，出現(xiàn)過濾分離系統(tǒng)處理能力不夠、超聲流量計計量數(shù)據(jù)丟失等問題，且由于該站上游為雙氣源供氣，天然氣組分波動較大，嚴重影響貿(mào)易計量的準確性。基于天然氣雜質(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)合場站生產(chǎn)實際，在進站匯管處安裝在線色譜儀，解決了由于氣體組分波動影響貿(mào)易計量的問題；通過在流量計與調(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)流噪音對計量的影響。

關(guān)鍵詞：天然氣；技術(shù)改進；色譜儀；超聲流量計；T形管

某天然氣場站為上下游兩家燃氣公司的貿(mào)易交接站，設(shè)計輸氣量17.5×10⁸m³/a，具有清管收發(fā)球、天然氣過濾分離、分輸調(diào)壓、計量和緊急切斷等功能。由于該場站地處經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，當(dāng)前日均輸氣量已達460×10⁴m³以上，接近原設(shè)計輸氣量。隨著下游用氣需求的增長，該場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

該天然氣場站主要流程為：上游接收雙氣源來氣，進站經(jīng)過濾、分離后分為4路，一路經(jīng)干線超聲流量計計量、調(diào)壓后輸往下游干線用氣（3條計量、調(diào)壓支路）；另外3路則經(jīng)計量、調(diào)壓后分別輸往3家城市燃氣公司（每個用戶各有2條計量調(diào)壓支路）。

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

（2）由于上游來氣為雙氣源，站內(nèi)無在線色譜裝置，無法及時掌握天然氣的氣體組分狀況，因此無法指導(dǎo)天然氣計量和貿(mào)易交接。當(dāng)上游來氣組分波動較大時，經(jīng)常因計量數(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DN250 Daniel Mark Ⅲ超聲流量計。由于超聲流量計計量精度受噪音影響較大，當(dāng)場站節(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，會直接影響流量計的信號接收質(zhì)量，產(chǎn)生較大的計量偏差。

2 工藝系統(tǒng)改進

2.1 過濾分離系統(tǒng)

目前，過濾分離系統(tǒng)共有3臺過濾分離器，單臺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，需要頻繁排污，有時遇到粒徑較大的雜質(zhì)，還會出現(xiàn)固體粉塵堵塞濾芯的情況。

優(yōu)化設(shè)計方案：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)整后場站總過濾分離能力可達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，適用場合有所不同（表1）。而該天然氣場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，基于場站生產(chǎn)運行特點的考慮，新建分離器選用旋風(fēng)分離器。

2.2 氣質(zhì)實時監(jiān)測系統(tǒng)

由于該天然氣場站為貿(mào)易交接場站，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)天然氣計量，但終究不能真實反映上游來氣的氣體組成。當(dāng)上游調(diào)整工藝流程時，由于兩種天然氣氣質(zhì)組成差別較大，往往會引起較大的氣質(zhì)波動，從而導(dǎo)致出現(xiàn)計量偏差，產(chǎn)生貿(mào)易糾紛。因此，建立一套氣質(zhì)實時監(jiān)測系統(tǒng)，提高管網(wǎng)氣質(zhì)監(jiān)測水平，對于降低計量偏差，控制計量精度十分必要。

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

2.3 計量調(diào)壓系統(tǒng)

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

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

優(yōu)化設(shè)計方案：考慮到超聲流量計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換能器所接收的信號頻率重合的可能性極大，減小到達計量區(qū)的干擾噪音將是解決計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10dB，彎頭的最大降噪能力可達5～6dB^[2]。因此，為有效降低調(diào)壓閥節(jié)流噪音的影響，可以在超聲流量計后將計量支路引至地下，并在流量計與調(diào)壓閥之間安裝2個T形管件和4個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量區(qū)域（圖2）。

3 優(yōu)化效果評價

2011年7月，按照上述設(shè)計方案對該天然氣場站進行了工藝改造。工藝改造實施后，新工藝流程已穩(wěn)定運行半年多，且站場工藝系統(tǒng)運行狀況良好，計量輸差顯著降低，工藝優(yōu)化達到了預(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，實現(xiàn)了場站增輸?shù)哪康摹Ｍ瑫r，由于新增4臺旋風(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后，為驗證該臺色譜儀實際運行效果，從2011年8月開始，對色譜儀氣質(zhì)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和常規(guī)取樣分析數(shù)據(jù)進行對比（表3）。從投運7個月的天然氣相對密度對比情況來看，實時監(jiān)測數(shù)據(jù)與常規(guī)監(jiān)測數(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，色譜儀實時監(jiān)測數(shù)據(jù)運行總體保持平穩(wěn)。根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)變動情況可知，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)致相對密度變化較大。此時如果采用常規(guī)分析檢測手段將無法實時反映這種氣質(zhì)變化，從而導(dǎo)致產(chǎn)生較大計量偏差。而安裝在線色譜儀后，可以實時采集到管道內(nèi)的最新氣體組分，便于在上游進行流程切換時，及時掌握氣質(zhì)變化情況，提高了計量精度^[3]。

（3）由于在超聲流量計與調(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，超聲流量計運行狀況正常、穩(wěn)定。利用Daniel CUI軟件對超聲流量計進行現(xiàn)場診斷后發(fā)現(xiàn)：超聲換能器信號質(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)過簡單的工藝改造，實現(xiàn)場站增輸是眾多燃氣公司共同面臨的問題。而場站凈化能力不足往往是制約場站增輸?shù)闹匾蛩?，根?jù)管輸介質(zhì)的具體組成，設(shè)計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，最終實現(xiàn)場站增輸?shù)哪康摹?/span>

（2）對于多氣源供氣的天然氣場站，因上游流程調(diào)整產(chǎn)生的氣質(zhì)變化對天然氣計量的影響不可忽視，通過安裝在線氣質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，加強對天然氣氣質(zhì)組成的實時監(jiān)測，可有效降低因常規(guī)監(jiān)測手段不能實施動態(tài)監(jiān)測帶來的計量誤差。同時，應(yīng)通過加強在線色譜儀的日常維護、數(shù)據(jù)核查、色譜圖分析及定期標定等操作，確保天然氣氣質(zhì)組成得到真實反映。

（3）采用超聲流量計計量時，應(yīng)避免在流量計和調(diào)壓閥之間采用直通式的安裝結(jié)構(gòu)。在場站安裝空間允許的情況下，可重點考慮計量、調(diào)壓分區(qū)設(shè)置，通過增大空間距離降低節(jié)流噪音對超聲流量計的影響；如果安裝空間受限，可考慮采用在超聲流量計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，減少到達流量計的節(jié)流噪音，確保精確計量^[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，山東濟南 250101)