計量系統簡介
計量系統即通常說的計量撬裝系統 (見圖 1)，是把用于計量的各種設備、儀表、管線在工廠里預先安裝在一個基座上，出廠前對各個部分進行單項性能測試(如壓力、電氣連接測試等)和整個系統的聯合測試，形成一套撬裝設備，運抵現場后只需進行基座安裝、上下游管道連接并把信號連接到控制室和儀表柜后，接通電源就可投入使用。 計量系統是一個集成的“工程”，以其高精度、高穩定性廣泛應用于石油天然氣工業，目前近 80%的貿易交接均采用的是計量撬裝系統的形式。 我國近幾年來在石油天然氣的許多大型工業項目上也都采用計量撬裝系統，如蘭成渝成品油管道、西氣東輸、廣東 LNG 等。
1 用于貿易交接的天然氣計量系統組成
貿易計量是為了交接買賣雙方之間貿易結算來做依據的，所有買賣雙方都需要將工況流量換算成標準狀況下的流量，然后再進行體積交接或者能量交接。 我國天然氣的貿易交接一直以體積流量為結算依據， 國家石油行業標準明確規定以溫度 20℃，壓力 101 325Pa 時狀態為天然氣計量標準狀態[1]。 目前上天然氣貿易采用的是熱值交易的方式，隨著中國天然氣需求的增大， 對國外天然氣進口的增長，天然氣的交接方式有可能與接軌，實現從體積計量轉變為能量計量。
用于貿易交接系統的天然氣計量系統主要組成包括：
(1)計量儀表: 質量流量計 、超聲波流量計 、渦輪、標準孔板表等;
(2)變送器: 溫度 、壓力變送器及溫度表 、壓力表;
(3) 分析儀表 : 自動取樣器 、 氣相色譜分析儀等;
(4)帶有加熱裝置/防爆空調及可燃氣體報警器的分析小屋;
(5)在線比對回路和在線標定接口;
(6)管路和閥門: 包括下游關斷閥 、比對閥門 、排污閥、泄放閥;
(7)儀表和電路系統,比如: 電源分配箱、信號接線箱、撓性連接管、防爆穿線管、穿線盒等;
(8)控制機柜,流量計算機，PLC(控制閥門和回路切換);
(9)各種鋼架支撐結構、扶梯、過道、底座等。
2 天然氣計量標準
天然氣計量實際上是對天然氣流量的測量,是在天然氣流動過程中間接測量的, 測量的準確度取決于整套測量系統的合理設計、建設、操作和維護等全過程的質量[2]。 在天然氣計量的相關標準中,流量計量標準是主要的,另外包括天然氣密度、組成、發熱量、壓縮因子等相關參數的測量和計算標準,還有儀器儀表、設計及安全等標準。
目前，北美及歐共體均制定了天然氣計量的相關標準，化標準組織(ISO)也有一套天然氣計量的標準體系，我國天然氣計量標準是根據國內天然氣計量的實踐經驗和上述國外的相關標準資料進行編制的，流量計標準已基本構成完整的體系，正逐步由單一標準向多重標準發展。
對于一個用于貿易交接的天然氣計量場站，*核心的部分就是流量計的選擇。 計量的**與否涉及到貿易的公平公正和貿易雙方的利益，而流量計的精度往往是影響整個計量系統的關鍵。
流量計的使用中首先遇到的是儀表的選型問題。 在進行具體選型時,一般需要綜合考慮以下幾方面的因素[3]:
(1)儀表性能:**度、重復性、線性度、測量范圍、壓力損失、上下限流量等;
(2)流體特性:流體壓力、溫度、密度、粘度潤滑性、化學性質、腐蝕、臟污、氣體壓縮系數、等熵指數、比熱容、混相流、脈動流等;
(3)安裝要求:管道布置方向、流動方向、上下游直管段長度、管徑、維護空間、管道振動、過濾、排污輔助設備等;
(4)環境條件:環境溫度、濕度、安全性、電磁干擾、防爆等;
(5)經濟條件:價格、維修費、校驗費、運行費、使用期限等。
目前， 在天然氣流量計量交接計量的實際應用中，主要有孔板差壓式流量計、氣體腰輪流量計、渦輪流量計和超聲波流量計等。 其主要流量計的性能對比見表 2[4]。
由表 2 可得出，氣體超聲波流量總體性能優于其它類型的流量計，具有如下特點：
(1)適用于 DN150 以上大口徑、高流量的計量;
(2)測量范圍寬,量程比大,測量精度優于±0.5%,重復性優于±0.2%，符合貿易交接計量要求;
(3)無可動部件，可直接進行清管作業;
(4)安裝使用方便和維修費用低等優點,能實現雙向測量;
(5)各種不同聲道的流量計適合多種流態計量。
1 浙江 LNG 項目簡介
浙江 LNG(液化天然氣)接收站項目一期工程設計規模為 300×104t/a， 二期工程設計規模將達600×104t/a。 接收站的功能是接卸由 LNG 遠洋輸送船運來的 LNG，在 LNG 儲罐內儲存并進**化，氣化后的天然氣通過輸氣干線分別送到沿線地區城市和工業用戶。
2 計量撬裝系統選擇及組成
(1)計量撬裝系統選擇
浙江 LNG 接收站項目不同于廣東和福建 LNG接收站項目，因為廣東和福建 LNG 接收站項目均包括外輸干線，即站線一家，其貿易交接計量是由城市門站完成。 由于西氣東輸和東海氣的原因，浙江省管網是由另外的公司經營，接收站只需與管網公司進行貿易交接計量。
根據接收站與管網公司的協議，計量采用能量計量，用于貿易交接的計量精度要求優于±1%。為滿足提高貿易計量的精度，降低操作、維修成本，縮短施工工期的要求，通過比選分析，浙江 LNG 接收站項目將采用裝有氣體超聲波流量計的計量撬裝系統。
(2)計量撬裝系統組成
浙江 LNG 計量撬裝系統主要包括計量管路、超聲波流量計、溫度與壓力變送器、自動取樣裝置、在線氣相色譜分析儀、流量計算機、監控計算機、網絡服務器、外輸管線及相應閥門儀表等。
3 計量撬的設計
(1)設計參數
(2)計量管路尺寸設計
對于采用超聲波氣體流量計進行計量， 北美天然氣計量標準 AGA NO9 明確規定， 需定期進行實流標定。 目前，國內已具備標定 DN≤300mm 管徑流量計的能力， 配備了移動式流量標定裝置， 但對于DN>300mm 管徑的流量計則需送至國外標定。 從實際應用的角度出發，對 DN>300mm 的流量計定期標定需將流量計從現場拆卸下來送至國外標定中心標定，這將增加用戶的成本，也不利于接收站運營。 基于以上考慮，浙江 LNG 項目計量撬裝系統中計量管路采用 12″(DN300)的管徑，以便滿足國內目前的標定要求。
根據 GB/T 18603-2001 規定， 天然氣體積計量的標準參比條件為 293.15K 和 101.325kPa， 發熱量計量的標準參比條件為 293.15K， 計量站管道內徑應依據*大流速 20m/s 進行初算[5]。 因此，計量管路*大設計流速取 20m/s。 整個撬裝系統所需計量管路數目應采用 n+1 的原則，以保證在某一計量管路檢修或標定期間保證整個接收站的外輸量。 計量管路數可采用公式(1)、(2)進行計算：
經計算，n=3.45，取整 n=4，即浙江 LNG 接收站計量撬裝系統在滿足一期*高外輸流量的情況下需4 條管路同時計量，根據上述 n+1 原則，計量撬裝系統需配備 5 條計量管路。 二期經計算 n=4.73，取整后 n=5， 因此二期只需在原來計量系統的基礎上再增加一條計量管路就能滿足外輸計量要求。
4 計量撬裝工藝流程
如圖 2 所示， 經接收站氣化后的天然氣進入36″天然氣總管后， 分成 5 路 12″支管分別進入計量管路 A～E(計量管路 E 作為備用，正常工況時計量站 E 的管線出口閥關閉)， 經計量后的天然氣再次匯成 36″天然氣外輸總管進入輸氣管網。 在進入計量站計量前的天然氣總管上安裝一套天然氣取樣系統，對天然氣進行連續取樣，樣氣送入氣體色譜儀分析天然氣組分，數據輸入流量計算機。 每路支管上設有超聲波流量計、壓力和溫度變送器及流量計算機，用于測量、記錄經過計量站氣體的總流量、瞬時流量、壓力、溫度和熱量，計算出用于貿易交接工況下的能量流量，數據同時傳送至 LNG 接收站控制室。
為增加測量精度，在各個支管間設置有比對管線。 同時，為保證計量安全，在計量管路增設一套超聲波流量計作為核查表，目的是通過對比計量用流量計的流量數值， 包括對比聲速和閥門開關時對流量的影響，保證貿易交接的精度。核查表要求采用與計量撬內用超聲波流量計不同品牌的產品， 因為用一種品牌的流量計，技術一樣，工藝一樣，在同一現場出現的問題可能也會一樣， 失去了安裝核查表的意義。
計量系統同時設有一臺監控計算機， 用于收集從各個支管流量計算機來的數據， 分析統計整個外輸天然氣總的體積流量、質量流量、體積流量累計、質量流量累計、瞬時流量、日流量、熱值指示、成分分析、WOBB 指數以及一般報警，數據輸出至 LNG 接收站控制室。
小 結
LNG接收站項目貿易計量交接采用能量計量，充分體現天然氣的使用價值，選用由*的超聲波流量計組成的計量撬裝系統， 能有效的保證計量的整體精度;根據現行國內標準要求，考慮國內現有的標定能力，選用300mm管徑以滿足LNG流量計標定的要求;通過在線比對、核查表等措施，保證了計量系統的高可靠性和高實用性。
