傅 喆，李 麗，郭 瑩，郭文龍，陳 碩

1中國石油管道局工程有限公司設計分公司，河北，廊坊2中國石油管道局工程有限公司國際事業(yè)部，河北，廊坊

1.引言

天然氣的精確計量能保證與下游用戶進行公平公正的交易，有效地管理天然氣的供給和消費，最大限度地降低輸差，避免監(jiān)測的爭端，提高服務質(zhì)量。即時準確地獲得計量數(shù)據(jù)和信息變得越來越重要，它有助于各個地區(qū)公司優(yōu)化管線運營，提高系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，對市場變化做出快速反應。

目前，中石油新建的長輸管道貿(mào)易交接設備一般為超聲流量計和渦輪流量計。筆者對DN80口徑超聲流量計和渦輪流量計的性能進行了對比分析。

2.DN80口徑超聲流量計與渦輪流量計對比分析

2.1.工作原理

超聲流量計按測量原理，有傳播速度差法和多普勒法2種形式。在精度方面，只有傳播速度差法流量計準確度等級可達0.5級，能滿足氣體交接計量的要求。目前長輸天然氣計量中使用的超聲流量計貿(mào)易交接均采用傳播速度差法超聲流量計。超聲流量計由超聲波換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能力，以一定的方式發(fā)射并穿過被測流體，接收器接收到超聲波信號，供顯示計算儀顯示和計算，實現(xiàn)流量的檢測顯示。渦輪流量計(圖1)利用氣體推動流量計渦輪轉(zhuǎn)動，渦輪旋轉(zhuǎn)的速度與流體體積流量成正比，根據(jù)電磁感應原理，利用磁敏傳感器從同步轉(zhuǎn)動的渦輪上感應出與流體體積流量成正比的脈沖信號，經(jīng)運算處理得出體積流量。渦輪流量計的測量精度高，準確度等級可達0.5級；量程一般為1:10。其結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維護方便，對前后直管段要求較低，可用于中、高壓計量。

2.2.誤差

根據(jù)《天然氣計量系統(tǒng)技術(shù)要求》GB/T18603－2014中規(guī)定，設計輸量(5000~50000Nm3/h)計量系統(tǒng)準確度等級B級，即單表誤差為1%[1]。DN80口徑的超聲流量計和渦輪流量計誤差大致在這個區(qū)間。DN80口徑的超聲流量計與渦輪流量計的誤差均可滿足國標和中石油CDP 文件要求[2]。

2.3.流通能力與拐點流量

超聲流量計的流通能力與相對口徑的管線大致相同。渦輪流量計有一定的壓降，DN80口徑渦輪流量計的壓降約為0.0020 MPa，對工藝計算及輸送可忽略。但同口徑的超聲流量計和渦輪流量計的最大流通能力相差較大，因為2種流量計的允許流速不同，根據(jù)CDP 的要求，超聲流量計的最大流速為20m/s，渦輪流量計為12 m/s，忽略微小壓降的前提下，同口徑、同壓力的渦輪流量計其拐點位置也相差較大。以壓力等級CL600、口徑為DN80的超聲流量計和渦輪流量計為例。在相同口徑下超聲流量計最大流通能力大于渦輪流量計，但同口徑渦輪流量計由于檢測渦輪尺寸大小不同，流通能力有3種級別。由于流通能力的差異，超聲流量計不能完全代替同為DN80口徑的渦輪流量計，渦輪流量計單表誤差從工況流量40 m3/h 開始就能滿足單表0.5%誤差，但超聲流量計在工況流量64m3/h 以上才能滿足單表0.5%誤差。

2.4.檢定

業(yè)主如需對超聲流量計進行在線檢驗，在使用初期向檢定部門提出申請，經(jīng)檢定部門同意后，即可在使用中檢驗，并在每年檢驗，送檢時間可由2 年延長至6年。渦輪流量計是無法通過聲速核查檢驗的，只能通過標定車和送檢的方式檢定。

2.5.直管段長度

根據(jù)《天然氣計量系統(tǒng)技術(shù)要求》GB/T18603－2001中規(guī)定，渦輪流量計的直管段長度為前5D后2D，超聲流量計的直管段長度為前10D后3D[1]。中石油CDP《輸氣管道計量系統(tǒng)設計規(guī)定》(CDP-G-GP-IS-003-2009/B)中規(guī)定，渦輪流量計的直管段長度為前10D后5D[2]，超聲流量計的直管段長度為前30D后5D。中石油的項目要遵循CDP 關(guān)于直管段的要求設置長度。使用DN80口徑超聲流量計直管段要比DN80 口徑渦輪流量計長1600 mm。在改造站場或征地緊張的站場，渦輪流量計直管段在長度上具有一定優(yōu)勢。

Figure 1.The workingprinciple of turbineflowmeter 圖1.渦輪流量計工作原理圖

2.6.經(jīng)濟性

渦輪流量計的價格僅為超聲流量計的1/2左右(同為一線進口品牌)，但渦輪流量計的后期維護量要遠大于超聲流量計。渦輪流量計的可動部件多，啟動時必須遵循嚴格的操作程序，經(jīng)常會發(fā)生在管道第1次通氣時流量計被打壞的現(xiàn)象，從而不得不更換渦輪及內(nèi)部部件，更換費用大約2~3萬元左右(以進口設備為例)。在等待更換及更換期間流量計已無備用，影響管道的正常運營，從而造成更大的經(jīng)濟損失。

2.7.對比表

DN80 口徑的超聲流量計和渦輪流量計的各項性能參數(shù)對比表格如表1所示。

Table1.The parameter comparison between the turbineand ultrasonicflowmeters 表1.超聲、渦輪流量計參數(shù)對比表

3.結(jié)語

天然氣計量系統(tǒng)的投資和運行維護費用決定了天然氣計量的成本，采用先進的計量技術(shù)、正確地選型是降低經(jīng)營成本的重要途徑。在天然氣小口徑流量計設計選型時，應充分考慮項目的實際情況，包括項目類型、投資、自然環(huán)境、氣質(zhì)狀況、運維條件、檢定方案等各項影響因素，根據(jù)不同的項目特點提出最佳的設計方案，達到最優(yōu)的性效比。