天然气输差问题的分析_陈庭煌

第22卷第1期　　　　　　　　　　　　　　　　油　气　储　运

·39·

问题讨论

天然气输差问题的分析

陈庭煌

杨晓宁　王　玲

＊

(中国石化管道储运分公司聊城输油管理处)

　　

(中国石油天然气管道工程有限公司) (中国石油天然气管道局第四工程公司)

贾　诚

陈庭煌　杨晓宁等:天然气输差问题的分析, 油气储运, 2003, 22(1) 39～42。

　　摘　要　随着天然气用量的增加, 市场供需双方对计量准确度的要求越来越高, 目前国内天然

气市场以供方计量为准, 由于诸多因素的影响, 供需双方交接时的误差较大。针对输气系统的输差问题, 从误差理论出发, 以输气干线系统为研究对象, 分析了产生输差问题的原因以及减少输差的措施和方法, 并以标准孔板流量计的误差为基础, 对中济输气干线的输差进行了计算。　　主题词　输气管道　　天然气　　计量　　测量误差　　计算　　分析

输气系统因设备质量、腐蚀、管理和其他因素造成的

一、输差的概念

　　天然气输差是指平衡商品天然气中间计量与交接计量之间流量的差值, 目前国内天然气市场均执行原能源部、国家计委能统油(1990) 943号文件。随着天然气用量的增加, 市场经济观念的增强, 在气量交接核算中解决输差的问题就显得非常重要。

输差有两种, 一种是计量产生的误差, 另一种是

泄漏。根据中济(中原油田—济南) 输气管道输差原因的分析和研究, 提出减少输差的措施和方法。

二、测量误差的估算

　　1、　标准孔板的测量误差

根据误差理论, 标准孔板配二次仪表组成的流量计量系统的误差由随机误差、已定系统误差、未定

为0. 42km , 耐压为5. 5MPa , 耐温为135℃,目前尚未发现问题。穿跨越管道。在经济性和实用性方面, 由于塑料合金-玻璃钢多层复合防腐管和钢骨架塑料复合管均是新疆本地产品, 价格和售后服务上占有优势。另外, 塔里木油田集油系统低压、低温和起伏不大的管道占多数, 因此, 这两种管材比玻璃钢管应用的多, 综合效益更高一些。

非金属管道作为油田集油管道不仅克服了钢质管道不耐腐蚀的缺陷, 而且技术可靠, 在节省管道施工、保温、维护、维修等费用方面比钢质管道有明显优势, 其综合性能好, 性价比高, 具有重要的推广价值。

(收稿日期:2002-05-24)

三、应用分析

　　塔里木油田应用非金属管道作集油管道时间不

到两年, 总长度也仅有10km 左右, 对其全面评价尚不具备条件, 但从管道防腐和减少管道维护、维修量方面分析, 其经济效益和社会效益是非常显著的, 除个别非金属集油管道在连接处破裂外, 尚未发现一例腐蚀穿孔现象。

塔里木油田集油系统应用的三种非金属管道各有优势, 在耐高温、耐高压、管材韧性和制造历史、品种规格、产品质量方面, 玻璃钢管道最佳, 尤其对于

　＊252000, 山东省聊城市东昌西路108号; 电话:(0635) 8423427-8346。

编辑:陈桂明

·40·油　气　储　运　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2003年　

系统误差三部分组成。由于天然气的原始计量结果是取多次测量的平均值, 根据误差理论可知, 在测量次数足够多的情况下, 可以忽略测量产生的随机误差。对于已定系统误差, 一般在测量中力求对已定系统误差作修正处理, 所以理论分析讨论计量装置的误差实际上只考虑仪表本身带来的未定系统误差。

未定系统误差的大小可以用流量测量的不确定度来计算。根据SY /6143-1996可知, 流量测量的不确定度相当于标准偏差的两倍, 因此, 求出流量测量的不确定度, 就可以得到测量系统的标准偏差。

标准孔板流量计系统体积流量计算公式为:

Q n =

2

·d ·

41-βM a G r p n RZ n T n

3

　———可膨胀系数的不确定度, ±4%;εp 1—　　——孔板开孔直径的不确定度, ±0. d

07%;

δp 1

　　———天然气流动时上游的绝对压力测量

p 1

的不确定度;

———差压测量的不确定度;

Δp 　　　　

δG r G r δZ Z 1

———天然气相对密度测量的不确定度,

±0. 5%;

　　

———

天然气压缩因子测量的不确定度,

±0. 5%;

———天然气流动热力学温度测量的不确

1

ρn

(1)

ρRZ a Z 1T ) 1=M a Z n G r p 1/(

ρn =

　　

T

定度。

组合仪表应按组合测量的不确定度求解。中济

输气管道采用孔板配智能型差压式流量计, 其配置为差压变送器、压力变送器(精确度0. 2级) 、温度变送器(精确度0. 5级) 、求积仪(精确度0. 5级) 。

经计算, 标准孔板配置智能型差压式流量计测量的不确定度为, 最小值为±0. 79%,最大值为±1. 02%。所以, 其标准差为, 最小值±0. 385%,最大值±0. 51%。

2、　输气干线系统的测量误差

假设的输气干线系统模型见图1。输气干线起点有m 个进气点, 进气量分别为Q i , 终点有n 个配气点, 配气量分别为Q j 。假设进气点和配气点均采用标准孔板配智能型差压式流量计, 各流量计测量相互独立。

式中　Q n ———标准状态下天然气体积流量, m /s ; 　　　ρ——天然气在标准状态下的密度, n —

kg /m 3;

　　　ρ1———天然气在流动状态下上游取压孔处

的密度, kg /m 3; 　　　G r ———标准状态下天然气的相对密度; 　　　Z a ———干空气在标准状态下的压缩因子; 　　　Z n ———天然气在标准状态下的压缩因子; 　　　Z 1———天然气在实测状态下的压缩因子; 　　　M a ———干空气的相对分子质量; 　　　R ———通用气体常数; 　　　C ———流出系数; 　　　β———孔径比, β=d /D ; 　　Δp

———孔板前后差压, Pa ;

　　　ε———流束膨胀系数。

　　天然气体积流量的测量不确定度按式(2) 计算:δQ n

=Q n

c

2

2++1-β

2

2

D

2

图1　输气干线系统模型

1-β44

T

2

d 4

2

+4

2

δG r G r +4

2

+4

δZ 1Z 1

2

　　对于图1, 由于每个流量测量单元相对独立, 误差的合成可以看成是并联误差的合成, 而对于整个输气干线系统总误差, 则可以看成进气端和出气端测量误差的串联合成。

根据误差传递和合成理论, 对于输气干线进气端的进气量误差为:

+

δp 1p 1

Δp

50.

(2)

式中———流出系数的不确定度, ±0. 6%;

c —　　——测量管内径的不确定度, ±0. 4%;D

第22卷第1期　　　　　　　　　　　　陈庭煌等:天然气输差问题的分析　　　　　　

m

·41·

Q s =δQ s =

i =1

∑Q i

Q i δQ i

Q s

n

一般而言, 孔径比β值越高, 偏心率对测量精度影响越大, 因此应避免采用孔径比大的孔板。如果孔

0. 5

i =1

∑

m

(3)

板的安装和维修不当, 孔板会发生弯曲或变形, 从而导致流量测量误差较大。

采出的天然气虽经分离、除尘、脱硫、脱水, 但由于处理不彻底或集气管网和输干线内腐蚀物的影响, 液体或固体杂质依然存在。这些杂质聚集在孔板截面、流速突变的孔口锐边上, 而孔板流量计对孔板锐边、截面及流线的变化非常敏感。此外, 天然气中的杂质还会对孔板产生冲刷和腐蚀, 这将影响到孔板直角入口边缘圆弧半径和测量管内壁的相对粗糙度, 孔板流出系数也将发生变化, 使测量精确度达

同理, 对于输气干线出气端的配气量误差为:

Q e =

n

j =1

∑Q j

Q j δQ j Q e

0. 5

δQ e =

j =1

∑

(4)

对于输气干线系统总的输气量误差为:

Q s Q e Q =+2+δQ s δQ e 2δQ s δQ e

δQ =

+δQ s δQ e (5)

不到要求。因此, 在日常生产中, 应定期对孔板进行清洁, 并且对测量的流量进行修正。

从节流装置不确定度的计算公式可以看出, 天然气的物性参数(如压力、密度、温度和压缩系数) 的变化将直接影响到测量的精确度, 因此应选择合适的仪表来测量天然气的压力、密度、温度等参数。在天然气参数波动时, 应及时对测量误差进行修正, 最好做到时时测量、时时修正。

2、　使用条件变化带来的误差

孔板流量计以稳定的流速参数作为设计依据, 当使用条件不符合设计要求时(如气田来气量发生变化, 下游用户用气量的波动) 将会引起流速的改变, 从而使测量误差加大。

天然气流速发生变化分为两种情况, 一是流速变化梯度较小, 在较短的时间内不会导致脉动流的产生。这种流量变化在一定的时间内变化不显著, 由此产生的测量误差主要是较长时间内流量的变化超出了所选仪表的测量范围而产生的, 一般而言, 仪表都有一个测量范围, 测量参数超过这个范围时, 测量误差会显著增加。以差压计为例, 当被测流量较小时, 差压计量程较大, 差压计工作在量程的30%以下, 低测量精度较低。减少这类误差的方法是, 随着流量的变化选择合适的测量仪表; 对于有多条计量支路的计量站, 合理地选择相应的支路, 或两条支路并联运行。另一种情况是, 在较短时间内, 流速的变化非常明显或是出现波动现象, 如气田某些气井突然关闭造成来气量聚然减少, 下游用户用气量的波动等, 流速的剧烈变化会导致输气干线内的流动状态发生改变, 产生脉动流, 特别是在输气干线末端, 脉动气流是一种由多个脉动源形成的脉动幅值

3、　测量误差造成的输差

在已知流量测量仪表标准差的情况下, 利用上述误差合成过程就可以得到系统的测量误差范围, 从而可以求出输气干线系统年输送误差的上下限。年输送误差上下限的计算公式如下:最大年输送误差=max δQ ×Q n

式中　Q n ———输气干线年输量。最小年输送误差=min δQ ×Q n

(6)

三、输差分析和降低输差

的相应措施

　　影响输气干线输差的因素很多, 归纳起来大致可分为, 计量仪表本身的误差(如节流装置的制造和安装所带来的误差, 天然气密度、压力、温度的测量误差等) , 使用条件变化所带来的误差(输气干线末段储气或用户气量波动带来的测量误差等) , 输气系统的泄漏以及其他人为因素造成的误差。

1、　计量仪表本身误差

目前国内天然气的计量大多采用的是孔板流量计, 该流量计的测量精度能够满足SY /T6143—1996标准的要求, 但在实际的生产中, 由于节流装置的设计、制造安装以及使用条件不符合标准的要求, 或者仪表选择不当, 影响了孔板流量计的实际测量精度。

孔板的偏心和弯曲是孔板制造安装和使用中影响计量仪表精度的主要因素, 根据SY /T6143—1996标准的要求, 孔板应与节流装置中的直管段对中。

·42·油　气　储　运　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2003年　

较大的、非正弦的、无明显周期性且受输出气端负荷变化影响的复杂脉动流, 从而会给流量测量带来较大的误差。

脉动流对孔板流量计测量误差的影响来自两个方面, 一是对孔板流量计一次元件所产生的影响, 即孔板流量计在测量脉动流时所存在的原理上的误差; 二是对孔板流量计的信号传递、转换系统以及流量计算方法所产生的影响, 由于脉动流将在孔板处产生一个的额外差压, 因此, 用孔板测量脉动流时, 其差压输出值会增大, 从而产生流量正误差, 对于脉动流产生的误差, 可参照ISO /TR3313的要求进行修正。

3、　泄漏及其它人为因素

输气系统的泄漏可分为偶然性泄漏、长期性泄漏和运行中的泄漏。偶然性泄漏是指输气管道系统长期运行中发生腐蚀、输配设备安装不当或设备发生故障所导致的泄漏; 长期性泄漏是指输配气站本身工艺设计的不合理或设备质量问题导致的泄漏; 运行中的泄漏是指站场某些管部件设计不当造成腐蚀而引发的偶然性泄漏。一般而言, 输气系统的泄

漏绝大部分属于偶然性泄漏。

造成输气系统发生泄漏的主要原因为, 管道长期暴露于酸性气体环境中, 造成硫化氢腐蚀, 所输送的天然气中H 2S 、C O 2等酸性气体和H 2O 、O 2等成分的存在造成管道和部件内壁腐蚀; 管道制管质量差导致管道螺旋焊缝、环向焊缝与管件之间焊缝的断裂; 阴极保护系统设计不合理或管道外绝缘层破坏而导致的管道外壁腐蚀穿孔; 自然(如洪水、山体滑坡等) 或人为原因导致的管道破坏。

针对这些原因, 应制定减少输气管道泄漏的措施, 包括按国家标准严格控制输出气系统的天然气气质; 合理设计输出干线和输配气站输气工艺; 提高管道部件的制造和安装质量; 采用先进的防腐技术和设备; 做好输气系统设备的维修和保养工作等。

随着国内天然气用量的大幅度增加, 天然气的交接计量准确度关系到供需双方的利益, 因此应加强对输差的核算工作, 避免供需双方因计量输差面发生纠纷。

(收稿日期:2002-05-14)

编辑:张彦敏

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·QUESTION &DISCUSS ION ·

C HE N Tinghuang , YANG Xiaoning et al :Analysis on Metering Errors of Natural Gas Marketing , OGST , 2003, 22(1) 39～42.

With the increase of natural gas demand , the supply -demand two party of natural gas have a mutually critical condition on the metering accurac y of gas when the gas mar keting is conducted . At present , the metering data of supply party is taken as a criterion for gas marketing in the domestic market . However , many factors often influence the gas marketing , which results in remarkable metering errors . In the light of the problem of metering err ors , start -ing from the error theory and taking the gas transmission trunk line as a study object , an analysis on error -induced problem and a feasibility study to r educe the error are made . Take the metering error of the standard orifice flowme -ter as an exa mple , the authors calculate the metering errors produced in Zhongyuan Oilfield --Ji ' nan gas trans -mission pipeline .

Subject Headings :gas transmission pipeline , natural gas , metering error , analysis , calculation

JI N Mingsong :Issues on the Unloading of Russian C rude Oil in Unloading Operation of Rail Oil Tanker , OGST , 2003, 22(1) 43～45.

An overall comparison between Russian rail oil tanker and domestic rail oil tanker is made . Acc ording to the status quo of in -service oil unloading facilities in China , an available oil unloading method for Russian oil is worked out , which can provide a stronger technological support to unload Russian oil .

Subject Headings :oil rail tanker , unloading facility , problem , discussion

WANG Zhaohui , SHI Yongchun et al :The Analysis and Deter mination on the Pump ' s Such -up Distance , O G ST , 2003, 22(1) 46～48.

The deter mination of pump ' s such -up distance is an important condition to prevent pump from cavitating un -der the c ondition of designed flow rate . On the basis of defining pump ' s suck -up distance , the relations between height of suction , NPSH and suck -up distance are analyzed . The authors summarize the calculation methods in the determination of pump ' s suck -up distance and reduce formulae as well as the problems existed in reference books , give their vie wpoint on it .

Subject Headings :pump , suction , NPSH , suck -up distance , analysis , deter mination

·PIPELINE ROUTE ENGINEERING ·

WU Xiaobing , TONG Wen et al :Stress Analysis on the One -time Horizontally Directional Drilling Crossing for Products Pipeline in Qiantangjiang River , OG ST , 2003, 22(1) 49～51.

Based on the dynamic simulation calculation on the HDD crossing of Qiantangjiang River for the Zhenhai Refin -ery —Kangqiao of Hangzhou products pipeline project , three mathe matic models used in different crossing condi -tions , such as pilot hole , prerea ming and pullback , for the HDD cr ossing are established . Through the FE M calcula -tion , the result of stressed condition of each node of crossing course is obtained , which pr ovides a theoretical funda -ment to the HDD cr ossing design of Qiantangjiang River . As a resuit , one -time crossing of 2308m in Qiantangjiang River successfully hit the project target .

Subject Headings :products pipeline crossing , HDD method , FE M , dyna mic simulation calculation , stress

—

·60·油　气　储　运　　2003年　

作　者　介　绍

潘家华　教授高级工程师, 1930年生, 1952年毕业于原北洋大学机械系。原任中国石油天然气管道局总工

程师, 现任中国石油天然气集团公司咨询公司总工程师, 兼任上海交通大学、天津大学、石油大学、中国人民解放军后勤工程学院、抚顺石油学院教授, 中国科学院金属研究所客座研究员, 中国石油

学会常务理事, 中国石油学会储运学会理事长, 原《油气储运》杂志社编委会主任。

刘　刚　在读博士生, 1975年生, 现在山东石油大学储运与建筑工程学院从事油气长距离管道输送技术研

究工作。康　平　工程师, 1971年生, 1991年毕业于抚顺石油学院, 现在抚顺石化分公司石油一厂储运车间从事生产技术管理工作。

王　岳　副教授, 硕士生导师, 1962年生, 1984年毕业于辽宁石油化工大学油气储运工程系, 1993年毕业于

东北大学热能工程系获硕士学士, 现任辽宁石油化工大学教务处副处长, 主要从事油品储运工艺技术的研究及教学工作。

吴玉国　1978年生, 2001年毕业于抚顺石油学院储运专业, 现在辽宁石油化工大学储运专业攻读硕士学位。尹晔昕　工程师, 1969年生, 1991年毕业于西安石油学院化工设备与机械专业, 1999年毕业于清华大学固体

力学专业获硕士学士, 现在中国石油天然气管道工程有限公司机械室工作。王世圣　副教授, 1962年生, 1982年毕业于华东石油学院机械系, 1990年毕业于石油大学北京研究生部工程

力学专业获硕士学位, 2002年毕业于石油大学(北京) 机械设计理论专业, 获博士学位。现在石油

大学(华东) 机电学院任教, 主要从事石油机械强度计算、结构优化设计的研究及教学工作。

江延明　在读博士生, 1974年生, 1997年毕业于石油大学(山东) 油气储运专业, 现在石油大学(山东) 攻读油气储运专业博士学位。李贵宾　工程师, 1967年生, 1991年毕业于原中国石油天然气管道局职工学院线路工程专业, 现在中国石油

天然气管道局管道第三工程公司工作。李　忠　工程师, 1968年生, 1991年毕业于西南石油学院储运专业, 现在中国石化集团江汉油田设计院从事

油气储运工艺设计工作。陈庭煌　助理工程师, 1963年生, 1989年毕业于原中国石油天然气管道局职工学院储运专业, 现在聊城输油处从事安全管理工作。

靳明松　工程师, 1969年生, 1991年毕业于北京大学, 现在石家庄炼油厂石化贸易公司工作。

王朝晖　讲师, 1969年生, 1991年毕业于华东化工学院化学工程专业, 在空军后勤学院四系从事油料储运专

业的教学、科研工作。目前在职攻读中国矿业大学机电学院流体机械及工程专业硕士学位。伍小兵　助理工程师, 1975年生, 1997年毕业于天津大学海洋工程专业, 现在中国石油天然气管道工程有限公司线路室从事管道线路设计工作。

相　军　工程师, 1958年生, 1985年毕业于原中国石油天然气管道局职工学院储运专业, 现在中国石化管道储运分公司黄岛油库从事生产、技术管理工作。

张显亮　工程师, 1956年生, 1982年毕业于华东石油学院(石油大学) 机械系石油储运专业, 现任齐鲁石化储

运厂液体车间副主任。

崔红升　高级经济师, 1965年生, 1987年毕业于江汉石油学院, 任中国石油天然气股份公司天然气与管道分

公司科技信息处处长, 江汉石油学院在职研究生。罗富绪　高级工程师, 1928年生, 1948年就读于西北工学院, 1952年在中国人民解放军第二高级步兵学校俄

文团完成俄语大专学业, 离休前在中国石油天然气管道勘察设计院从事科技情报翻译工作。