國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)廣東省管網(wǎng)有限公司 劉 金

1 天然氣輸差概念及計(jì)算公式

1.1 輸差概念

輸差是指在一個(gè)特定的時(shí)間內(nèi)，流體介質(zhì)輸送過(guò)程中出現(xiàn)的輸出貿(mào)易計(jì)量值與輸入貿(mào)易計(jì)量值的差值。主要分為單點(diǎn)輸差和系統(tǒng)輸差。

單點(diǎn)輸差為某一個(gè)交接計(jì)量點(diǎn)的輸差，即某個(gè)計(jì)量點(diǎn)在同一時(shí)間段內(nèi)的計(jì)量差值。單點(diǎn)輸差是天然氣長(zhǎng)輸管道最常見的一種輸差統(tǒng)計(jì)形式[1]。單點(diǎn)輸差是產(chǎn)生系統(tǒng)輸差的主要原因之一。

系統(tǒng)輸差是指整個(gè)輸送管網(wǎng)的輸差，綜合考慮了接氣計(jì)量、輸氣計(jì)量、管網(wǎng)儲(chǔ)氣變化量、生活和生產(chǎn)用氣量、空氣量、損耗量等，也是長(zhǎng)輸管道運(yùn)營(yíng)管理公司(以下簡(jiǎn)稱管輸公司)氣量盈虧情況的直觀體現(xiàn)。

1.2 系統(tǒng)輸差計(jì)算公式

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)廣東省管網(wǎng)有限公司對(duì)所轄長(zhǎng)輸管道系統(tǒng)輸差ΔQ按式(1)計(jì)算：

式中：Q1——同一時(shí)間段內(nèi)總輸氣量，m3；

Q2——同一時(shí)間段內(nèi)總進(jìn)氣量，m3；

Q3——同一時(shí)間段內(nèi)總生活和生產(chǎn)用氣量，m3；

Q4——同一時(shí)間段內(nèi)總放空氣量，m3；

Q5——同一時(shí)間段內(nèi)管道損耗量，m3；

V1——計(jì)算開始點(diǎn)的儲(chǔ)存氣量，m3；

V2——計(jì)算結(jié)束點(diǎn)的儲(chǔ)存氣量，m3；

ΔV——計(jì)算結(jié)束點(diǎn)與計(jì)算開始點(diǎn)的管網(wǎng)儲(chǔ)氣變化量，m3。

正常情況下，Q1和Q2均采用日常交接并簽單確認(rèn)的計(jì)量數(shù)據(jù)，即Q2為上游給管輸企業(yè)的計(jì)量憑證，Q1為管輸企業(yè)給下游的計(jì)量憑證。對(duì)于Q3、Q4、Q5，如數(shù)量太少，可以忽略不計(jì)。

式中的V1、V2很難進(jìn)行精確計(jì)算，但管輸公司可以每日粗略計(jì)算輸差，然后以周或月為周期進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)輸差的變化規(guī)律，找出輸差變化的根源并采取相應(yīng)控制措施。

長(zhǎng)距離輸氣管道均采用超高壓力輸氣，以國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)廣東省天然氣管網(wǎng)為例，該管網(wǎng)干線運(yùn)行壓力在4.5 MPa至5.5 MPa之間。目前有6個(gè)接氣點(diǎn)、沿線數(shù)十個(gè)分輸站場(chǎng)。從接氣點(diǎn)接氣后通過(guò)長(zhǎng)距離輸送，并通過(guò)分輸站場(chǎng)的過(guò)濾、計(jì)量、調(diào)壓等工藝流程后分輸?shù)较掠斡脩?。不同接氣點(diǎn)的氣質(zhì)組分均有所不同，且在每個(gè)接氣點(diǎn)或輸氣點(diǎn)均會(huì)產(chǎn)生單點(diǎn)輸差。

2 天然氣輸差原因分析

輸差問(wèn)題產(chǎn)生的原因很多，只有對(duì)其進(jìn)行全面剖析，并采用適當(dāng)?shù)氖侄斡枰园芽?，才能從根本上將輸差控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，進(jìn)而有利于企業(yè)的良性發(fā)展。從式(1)中可看出，計(jì)量器具導(dǎo)致的進(jìn)氣量與輸氣量計(jì)算誤差、放空、儲(chǔ)存氣量計(jì)算誤差等，是影響輸差的主要因素。

2.1 計(jì)量設(shè)備導(dǎo)致計(jì)量誤差

計(jì)量設(shè)備可用來(lái)測(cè)量每個(gè)場(chǎng)站一定時(shí)間段(一般取一天，即24 h)的進(jìn)氣量和輸氣量。天然氣長(zhǎng)輸管道所有輸氣場(chǎng)站的進(jìn)氣量、輸氣量相加即可得式(1)中的總進(jìn)氣量Q2、總輸氣量Q1。根據(jù)式(1)可知，其他條件不變的情況下，Q1越小，則輸差ΔQ越小；Q2越大，則輸差ΔQ越小。

廣東省管網(wǎng)公司使用的計(jì)量設(shè)備主要是超聲波流量計(jì)和溫度變送器、壓力變送器、流量計(jì)、色譜分析儀等計(jì)量?jī)x表。流量計(jì)和計(jì)量?jī)x表的精確度會(huì)直接影響到單點(diǎn)輸差。理論上，計(jì)量點(diǎn)的計(jì)量設(shè)備都不可避免存在一定的偏差，接輸氣計(jì)量點(diǎn)越多，該偏差會(huì)不斷累積[2]。

對(duì)于天然氣長(zhǎng)輸管道而言，以下幾個(gè)方面也會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)輸差。

2.1.1 計(jì)量設(shè)備設(shè)計(jì)選型不合理

設(shè)計(jì)初期對(duì)下游用戶的提氣能力錯(cuò)誤估計(jì)，導(dǎo)致對(duì)計(jì)量設(shè)備、計(jì)量管徑等規(guī)格選型不適合；流量計(jì)前后直管段長(zhǎng)度不夠或工藝設(shè)計(jì)不合理等原因，都會(huì)導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)確。如廣東省管網(wǎng)公司部分流量計(jì)尤其是電廠的流量計(jì)量程選得比較大，當(dāng)電廠僅鍋爐小流量(瞬時(shí)流量幾百方每小時(shí))用氣時(shí)，流量計(jì)計(jì)量不準(zhǔn)，需要以下游計(jì)量為準(zhǔn)或進(jìn)行估算。

2.1.2 臟污雜質(zhì)堆積影響

隨著使用時(shí)間增長(zhǎng)，天然氣中含有的水、硫化鐵粉末和其他臟污雜質(zhì)在管道內(nèi)和超聲波探頭上慢慢堆積，會(huì)影響超聲波流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確度。主要包括3個(gè)方面的影響：(1) 臟污雜質(zhì)使流量計(jì)表體的有效內(nèi)徑變小，導(dǎo)致計(jì)量結(jié)果偏大。(2) 探頭表面堆積減少了超聲波傳輸長(zhǎng)度，進(jìn)而傳播時(shí)間變小，導(dǎo)致流量計(jì)計(jì)量結(jié)果偏大；但腐蝕清洗后，又會(huì)使流量計(jì)內(nèi)徑增大，造成流量計(jì)的計(jì)量結(jié)果偏小。(3) 上游直管段的表面和表體內(nèi)壁粗糙度變化，流速分布也會(huì)產(chǎn)生變化，而導(dǎo)致流量計(jì)的準(zhǔn)確度受影響。有研究表明，臟污雜質(zhì)的堆積，對(duì)直徑較小的超聲波流量計(jì)的影響更大。

2.1.3 壓力變送器和溫度變送器的影響

溫度和壓力的測(cè)量是否準(zhǔn)確，直接影響到系統(tǒng)計(jì)量精度。在實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，溫度或壓力的不準(zhǔn)確使標(biāo)準(zhǔn)參比條件下體積量的誤差高達(dá)±0.5%。因此，場(chǎng)站運(yùn)行時(shí)應(yīng)加強(qiáng)變送器儀表維保檢定，保證儀表正常工作，從而確保超聲波流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確性。

2.2 管網(wǎng)儲(chǔ)氣變化量計(jì)算誤差

管網(wǎng)儲(chǔ)氣變化量ΔV與管網(wǎng)管段總?cè)莘e、天然氣溫度、壓力和壓縮因子有關(guān)，其公式為：

式中：ΔV——管網(wǎng)儲(chǔ)氣變化量

V——管網(wǎng)管段總?cè)莘e，m3；

T——?dú)怏w平均溫度，K；

T0——293.15 K；

p0——0.101 325 MPa；

p1——起始時(shí)間管道內(nèi)氣體平均絕對(duì)壓力，MPa；

p2——終止時(shí)間管道內(nèi)氣體平均絕對(duì)壓力，MPa；

Z1、Z2——對(duì)應(yīng)p1、p2時(shí)的氣體壓縮因子。

導(dǎo)致儲(chǔ)氣變化量誤差主要有以下幾方面影響因素：

(1) 氣體平均溫度T計(jì)量誤差。溫度測(cè)量差異對(duì)儲(chǔ)氣變化量計(jì)算的影響較大。通常，溫度相差1 K會(huì)造成管網(wǎng)儲(chǔ)氣量計(jì)算量約0.3%的差異，因此，需要正確選取溫度測(cè)量點(diǎn)。不能選取氣體靜態(tài)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，因?yàn)樵擖c(diǎn)溫度受外界影響較大；而應(yīng)選取動(dòng)態(tài)點(diǎn)的溫度(即天然氣流動(dòng)時(shí)的溫度)，且管網(wǎng)需取同一時(shí)間點(diǎn)的溫度。

(2) 氣體平均壓力p1、p2的計(jì)量誤差。需在運(yùn)行壓力平穩(wěn)時(shí)讀取壓力值。

(3) 氣體壓縮因子Z1、Z2的計(jì)算誤差。一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式選取。在其他條件不變的情況下，壓力越大，壓縮因子越小。壓縮因子計(jì)算的準(zhǔn)確性對(duì)輸差計(jì)算影響較大。

2.3 其他原因

包括施工和運(yùn)維管理不善，以及自然災(zāi)害等導(dǎo)致的系統(tǒng)輸差問(wèn)題。主要有以下方面：

(1) 作業(yè)人員責(zé)任心不強(qiáng)。如管道系統(tǒng)泄漏、儀表故障沒(méi)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)問(wèn)題未及時(shí)排除等；在天然氣接輸過(guò)程中，工作人員麻痹大意，玩忽職守；輸差計(jì)算時(shí)粗心大意；巡檢驗(yàn)漏不仔細(xì)以及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后未及時(shí)整改等。

(2) 輸氣管道的施工質(zhì)量管理和運(yùn)行管理不到位。主要為施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)造成閥門、儀表管閥件、管道焊接處等泄漏，未對(duì)計(jì)量?jī)x表定期檢定以及生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中管線的腐蝕穿孔，還包括電化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕和雜散電流腐蝕等。

(3) 自然災(zāi)害原因，指泥石流、山體滑坡等自然災(zāi)害導(dǎo)致的管道泄漏。近年來(lái)國(guó)內(nèi)多次出現(xiàn)山體滑坡導(dǎo)致的天然氣管道泄漏，造成了較大的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。

3 輸差的控制措施

通過(guò)對(duì)天然氣輸差產(chǎn)生原因進(jìn)行全面分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致輸差的眾多原因，有些是不可避免的，但有些則可采用科學(xué)合理的、有針對(duì)性的措施進(jìn)行控制落實(shí)，從而降低整個(gè)系統(tǒng)輸差。

3.1 加強(qiáng)計(jì)量管理

3.1.1 設(shè)計(jì)階段

合理進(jìn)行輸氣工藝設(shè)計(jì)及計(jì)量設(shè)備的選型，溫度變送器、壓力變送器盡量選用精度高的儀表，使得溫度、壓力的數(shù)據(jù)采集更加準(zhǔn)確。當(dāng)場(chǎng)站投入使用后，如因設(shè)計(jì)不合理再需對(duì)場(chǎng)站進(jìn)行工藝改造，不管是對(duì)輸氣方還是接氣方都有諸多不便。因此在設(shè)計(jì)初期要做好市場(chǎng)調(diào)研，對(duì)用戶當(dāng)前提氣能力要充分掌握，對(duì)未來(lái)提氣能力要有足夠的預(yù)判，并根據(jù)提氣能力采用合適的輸氣壓力、管道管徑等，以及選擇合適的計(jì)量設(shè)備，才能保證計(jì)量準(zhǔn)確。

3.1.2 施工階段

廣東省管網(wǎng)公司目前計(jì)量設(shè)備均為撬裝設(shè)備，所以預(yù)制時(shí)超聲波流量計(jì)所在位置上下游直管段長(zhǎng)度應(yīng)嚴(yán)格滿足如下要求：超聲波流量計(jì)距上游直管段＞10D，下游直管段＞5D，以保證天然氣的流態(tài)達(dá)到儀表精度要求。

撬裝設(shè)備安裝階段應(yīng)做好計(jì)量撬、流量計(jì)、流量計(jì)算機(jī)的到貨驗(yàn)收以及基座土建施工，廠家必須按照設(shè)備技術(shù)要求安裝各種儀表設(shè)備。安裝過(guò)程中應(yīng)做好預(yù)留管口的封堵，防止灰塵雜物等進(jìn)入；焊接時(shí)通過(guò)控制焊接工藝、焊后清理管道內(nèi)焊渣等措施，以避免灰塵等雜質(zhì)污染流量計(jì)探頭。

3.1.3 運(yùn)行階段

(1) 建立計(jì)量管理體系。使用過(guò)程中需定期檢定流量計(jì)，并加強(qiáng)日常維護(hù)保養(yǎng)，及時(shí)清污；關(guān)鍵儀表如溫度變送器、壓力變送器、流量計(jì)等需定期檢定和維護(hù)保養(yǎng)，；同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)人員時(shí)刻關(guān)注計(jì)量系統(tǒng)的運(yùn)行情況，對(duì)流量計(jì)算機(jī)出現(xiàn)的報(bào)警等異常情況及時(shí)上報(bào)計(jì)量工程師處理；場(chǎng)站與相關(guān)工程師要形成互相監(jiān)督的機(jī)制。

(2) 做好上下游計(jì)量比對(duì)。管輸企業(yè)要在與上游交接表具的下游不遠(yuǎn)位置加裝比對(duì)計(jì)量設(shè)施，每天與上游流量表具比對(duì)。如發(fā)現(xiàn)上游表具計(jì)量偏差較大，要及時(shí)與上游企業(yè)協(xié)調(diào)，要求上游氣源單位出具表具檢驗(yàn)?zāi)甓葓?bào)告，確定其數(shù)據(jù)正確。同樣，管輸企業(yè)要在與用戶交接表具的上游加裝比對(duì)計(jì)量設(shè)施，確保計(jì)量偏差在合理范圍。

以廣東省管網(wǎng)公司為例，對(duì)個(gè)別新增下游用戶，因長(zhǎng)輸管道的閥室或場(chǎng)站沒(méi)有預(yù)留加裝計(jì)量設(shè)備位置，只能以下游用戶的計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)算，缺少上下游計(jì)量數(shù)據(jù)的比對(duì)分析；對(duì)上游分輸站如高欄港站，因未在其下游不遠(yuǎn)位置設(shè)置比對(duì)計(jì)量設(shè)備，導(dǎo)致此處單點(diǎn)輸差不確定。系統(tǒng)輸差公式按ΔQ=0反推估算，當(dāng)進(jìn)氣量為1 000萬(wàn)m3/d時(shí)，實(shí)際接氣量偏差(3萬(wàn)～5萬(wàn))m3/d，由此一年輸差累計(jì)較為可觀。上述情況給生產(chǎn)部門分析輸差根源以及控制輸差帶來(lái)了諸多不便。

(3) 定期對(duì)計(jì)量支路進(jìn)行切換，并做好切換記錄。場(chǎng)站定期對(duì)計(jì)量支路進(jìn)行切換，切換前先進(jìn)行計(jì)量比對(duì)，切換后密切關(guān)注系統(tǒng)輸差的變化。每個(gè)接輸氣計(jì)量點(diǎn)的計(jì)量支路可在不同時(shí)間切換，以便排查輸差原因，并第一時(shí)間解決；做好上下游計(jì)量數(shù)據(jù)的比對(duì)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題第一時(shí)間排查原因。

(4) 生產(chǎn)調(diào)控應(yīng)加強(qiáng)管線輸差實(shí)時(shí)監(jiān)控。以廣東省管網(wǎng)為例，它采用了先進(jìn)的數(shù)據(jù)監(jiān)控與采集系統(tǒng)(SCADA系統(tǒng))，可對(duì)所有場(chǎng)站及閥室的生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集，通過(guò)技術(shù)手段可以將這些數(shù)據(jù)納入計(jì)算程序，實(shí)現(xiàn)管線輸差的實(shí)時(shí)生成，當(dāng)輸差數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)可在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行分析排查。這在實(shí)際工作中仍具有一定的實(shí)用意義。

3.2 加強(qiáng)管道和設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控

通過(guò)加強(qiáng)人員管理、采用SCADA系統(tǒng)、管道安全預(yù)警系統(tǒng)、加強(qiáng)巡檢等技術(shù)手段和管理措施，盡量減少管道損耗量Q5。

目前廣東省管網(wǎng)公司使用SCADA系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)管線運(yùn)行參數(shù)的自動(dòng)采集及控制。若壓力、溫度、氣體檢測(cè)、流量等參數(shù)出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問(wèn)題；同時(shí)，可以通過(guò)檢測(cè)管道中壓降速率，判斷管道是否發(fā)生泄露，并觸發(fā)管道截?cái)喔綦x功能。

管道安全預(yù)警系統(tǒng)通過(guò)沿線光纖預(yù)警，能檢測(cè)到管道周圍5 m的動(dòng)土事件，自動(dòng)報(bào)警，準(zhǔn)確定位，通過(guò)該系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)動(dòng)土事件和意外破壞事件。

建立健全場(chǎng)站和管道的巡檢制度，并規(guī)范作業(yè)流程。場(chǎng)站人員定期對(duì)工藝設(shè)備進(jìn)行巡檢驗(yàn)漏，發(fā)現(xiàn)設(shè)備泄漏時(shí)第一時(shí)間處理，減少泄漏損耗；在維修設(shè)備時(shí)，最大程度減少放空損耗；巡線人員定期對(duì)管道進(jìn)行巡查，發(fā)現(xiàn)第三方施工或盜氣行為時(shí)第一時(shí)間采取措施；對(duì)地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)的路段定期排查，對(duì)管線周邊群眾做好安全宣貫工作。

加強(qiáng)長(zhǎng)輸管道內(nèi)檢測(cè)工作，確保管道完整性，防止發(fā)生泄漏。

3.3 注重計(jì)量技術(shù)創(chuàng)新

天然氣計(jì)量交接主要通過(guò)體積計(jì)量交接、質(zhì)量計(jì)量交接、熱值計(jì)量交接3種方式。天然氣熱值計(jì)量是比體積和質(zhì)量計(jì)量更為科學(xué)和公平的計(jì)量方式。20世紀(jì)80年代以后，熱值計(jì)量技術(shù)的應(yīng)用在西歐和北美日益普遍，已成為當(dāng)今天然氣計(jì)量技術(shù)的發(fā)展方向[3]。我國(guó)大部分仍采用體積計(jì)量交接的方式。隨著天然氣行業(yè)的迅猛發(fā)展，應(yīng)加快計(jì)量技術(shù)創(chuàng)新速度，實(shí)現(xiàn)計(jì)量的科學(xué)化、智能化、自動(dòng)化。

3.4 通過(guò)與上游和用戶簽訂代輸協(xié)議降低風(fēng)險(xiǎn)

管輸公司作為代輸企業(yè)，也要承擔(dān)輸差風(fēng)險(xiǎn)。管輸公司共有兩個(gè)計(jì)量交接點(diǎn)，分別是接氣計(jì)量交接點(diǎn)和輸氣計(jì)量交接點(diǎn)。行業(yè)規(guī)定計(jì)量交接以上游計(jì)量為準(zhǔn)。為了防止接氣點(diǎn)上游計(jì)量不準(zhǔn)導(dǎo)致輸差虧損嚴(yán)重，管輸公司可以與上游簽訂協(xié)議，當(dāng)接氣點(diǎn)上游計(jì)量比管輸公司計(jì)量大于 1%時(shí)，采用廣東管網(wǎng)計(jì)量為準(zhǔn)，以控制虧損，提高公司效益。

4 結(jié)語(yǔ)

產(chǎn)生輸差的因素很多，每個(gè)管輸企業(yè)面臨的問(wèn)題可能也不一樣，控制難度較大，但是辦法總比困難多，如生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)人員在做好本職工作的同時(shí)，注意身邊的跑冒滴漏，做好管道維護(hù)、巡視、巡檢驗(yàn)漏等。只有管輸企業(yè)在管道項(xiàng)目建設(shè)運(yùn)營(yíng)全周期的各方面緊密把控和規(guī)范管理，方能有效控制輸差。