超声流量计在榆济管道天然气计量中的应用

天然气是一种高效、清洁燃料和优质化工原料，随着天然气资源勘探开发的不断深入，以及天然气在现代化工业和日常生活中应用的日益普及，长距离、大口径、高流量的输气管线层出不穷。而大输量下选择何种流量计进行贸易交接，也成了买卖双方最为关心的问题。分析了超声流量计应用现状及特点，论述了超声流量计的系统组成和运行模式，以及将该流量计运用于榆林首站分输计量撬的改造方案、经济效益及应用前景。

1 超声流量计应用现状

超声气体流量计量程大、精度高、重复性好、压损小、工件不易老化、使用寿命长无可动部件、机械制造工艺相对简单、维护简便，具有投资与运行费用低、管理方便等突出优点，受到越来越多用户的欢迎。

榆济管道作为中石化第一条自行建设的长距离、大口径、高流量的输气管道，年设计输气量30×109Nm3，远期目标40×109Nm3，管道转输处多采用超声流量计，共计38台。仅榆济管道的源头榆林首站中，采用超声流量计8套，其中5套用于贸易交接，3套用于计量比对。所对应的上游塔榆末站，采用了与榆济管道榆林首站同样的超声流量计计量系统。在管道运行4年里，超声流量计运行稳定，从未进行过大型维修工作，每两年进行一次检定，检定结果均合格，系统精度在±0.5%以内，且未出现过计量纠纷。

2 超声流量计特点

超声流量计与孔板流量计、涡轮流量计等传统流量计相比有如下特点：①测量管径大；②测量范围广；③不受流体参数影响；④可实现双向计量。超声流量计也存在一些缺点:①传感器的安装要求高；②对直管段要求严格；③交叉干扰对测量准确度影响大；④检定困难。

3.超声流量计计量系统组成及运行方式

超声流量计计量系统组成榆林首站超声流量计计量系统包括超声流量计及所配套的流量

计算机。流量计结构主要分为三部分：流量计本体、超声换能器、信号处理单元。

3.2 超声流量计计量系统运行方式超声流量计与流量计算机配套使用，后者将前者测得的工况流

量加以显示、修正、转换，获得标况流量，并及时反映流量计的故障及报警信息，保证计量系统的连续性及准确性。包括正常测量模式、诊断模式以及故障模式三者运行模式。

4.超声流量计的应用

4.1榆林首站计量系统原状

榆林首站位于陕西省榆林市榆阳区刘家峁村，为榆济管道源头，主要任务是对接收天然气进行增压远输，并具备天然气分输功能，配备天然气分输计量撬2套，向榆林市榆阳区圆恒能源有限公司供气。榆林首站计量系统包括：与塔榆末站计量比对超声流量计及配套流量计算机各3台、与陕京首站贸易交接超声流量计及配套流量计算机各3台、向圆恒门站分输计量贸易交接涡轮流量计及配套流量计算机各2台。目前，6台超声流量计运行良好、准确度高。而分输计量撬自2013年9月投产以来，输气量约为1.5×104Nm3/d，工艺采用两路计量，管径为DN80，无调压装置，流量计选用涡轮流量计，量程为13～250m3/h，精度为±0.5级。运行三个月后，该计量撬存在的问题显现：①初期，圆恒门站所需气量小，且间断用气，因而供气只能将天然气充至管道最大运行压力，待门站将管存天然气用完后再次供气。由于没有调压装置，流量计前后压差大，对涡轮叶片的冲击过大，且节流现象严重，造成流量计及计量管段结露、结霜现象严重，严重影响计量安全及计量准确性。②上游来气中含水量较高，流量计前筒式过滤器负担重，且受气流冲击大，滤芯使用寿命最长为1个月，设备损坏量大，采购周期长。③运行稳定后，圆恒门站天然气液化厂投产，用气量急速增加，计划需求达10×106Nm3/d，原有涡轮流量计量程远远达不到计量要求。因此，榆林首站分输计量撬改造势在必行。

4.2 榆林首站分输计量系统改造方案及步骤（1）改造方案的选定

所选流量计应满足以下要求：①量程比宽，保证冬夏季供气量均在量程之内；②无易损部件，不易受冲击，不受大压差影响；③气体含水量对设备运行及计量精度没有影响；④计量精度高。由于分输量较大，尽可能减少计量输差。

综合考虑，超声流量计性能优越，可满足需求。故流量计选用超声流量计，配备流量计算机。流量计规格为DN150，流量适用范围为35～2210m3/d ，介质温度适用范围为-20～80℃，测量精度为

±0.5级，重复性为0.1%。

（2）改造方案的实施步骤 ① 将进站和出站阀门关闭并加盲板。

② 安装现场流量计。由于下游用气量增幅较大，原计量装置管段管径太小，不能满足要求，只能新建计量设施。根据用气量的大小，管径改为DN150，选用超声波流量计。

③ 安装超声波流量计信息处理系统。信息处理单元（SPU）通过RS485通信接口，经专用通信电缆将流量数据传到仪表控制室内的流量计算机通信接口上，由流量计算机完成流量补偿、修正计算，作为贸易结算的依据。

④ 安装记录信息远传系统。流量计算机通过RS485输出流量数据至专用ADAM通信协议模块上，由ADAM模块将传送的流量数据通信协议转换为MODBUS标准通信协议，再通过通信电缆连接到原有调度中心传输数据的专用RTU内，由RTU系统向调度中心发送动态运行计量数据。

⑤ 供气系统按规程投产恢复供气，并对计量系统进行调试。

4.3 改造后计量系统运行状况及效益榆林首站分输计量系统改造完成至今，运行状况良好。目前，

分输量为83×104Nm3/d，连续供气，瞬时流量约为890 m3/h，计量准确，无计量纠纷。同时计量系统改造后产生了显著的经济效益，具体表现为：

（1）改造前涡轮流量计最大流量为250 m3/h，改造后超声流量计最大流量为2210 m3/h，按照平均压力4MPa计算，改造后分输流量可增加183×104Nm3/d，按照榆林市工业天然气价格2.4元每立方米计算，年收益最多可增加16.47亿元。

（2）涡轮流量计精度为±1.0级，超声流量计精度为±0.5级，按照目前分输量83 Nm3/d计算，误差可减少4150 Nm3/d，年收益误差可减少151.5万元。（3）改造前涡轮受气流冲击大，按照其他站场相同状况涡轮寿命来看，改造后可节省维修费1～2万元/年。（4）改造后超声流量计计量系统不需过滤装置，每年减少滤芯使用量12个，改造后节省材料费9600元/年。