關(guān)于天然氣流量計(jì)計(jì)量監(jiān)控問題的探討

　1、前言

　　天然氣流量計(jì)計(jì)量是天然氣供應(yīng)和接收的一大事項(xiàng)，是天然氣貿(mào)易結(jié)算的依據(jù)。因?yàn)榱髁坑?jì)運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的軸承磨損、精度偏差大、電子元器件或修正儀故障，而引起的計(jì)量準(zhǔn)確度偏差與無計(jì)量現(xiàn)象，在行業(yè)上屢見不鮮。其結(jié)果往往造成供氣方、用氣方和儀表制造商三方面的矛盾。隨著西氣東輸天然氣工程的竣工通氣，供氣單位和用氣戶越來越多，此問題更顯突出。如何保證天然氣的準(zhǔn)確計(jì)量，不產(chǎn)生計(jì)量損失，已成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

　　通過幾年來對天然氣流量計(jì)的使用、考核和研究，認(rèn)為儀表制造商大多數(shù)能保證產(chǎn)品出廠標(biāo)準(zhǔn)和精度。但因產(chǎn)品運(yùn)輸、安裝、維護(hù)不當(dāng)產(chǎn)生的問題，及正常的軸承磨損和元器件突發(fā)故障，儀表制造商則很難完全避免和解決。僅拿軸承來說。流量計(jì)各生產(chǎn)廠選用的軸承都是國外質(zhì)量最好的產(chǎn)品，但這些年以來，我們多次看到因流量計(jì)長時(shí)間、高速運(yùn)轉(zhuǎn)使軸承疲勞突然損壞情況；還有的軸承小流量轉(zhuǎn)動(dòng)偏差大，大流量轉(zhuǎn)動(dòng)正常現(xiàn)象，使流量計(jì)在小流量范圍內(nèi)計(jì)量時(shí)產(chǎn)生較大偏差；甚至更換新軸承清洗、安裝不好，也產(chǎn)生很大的偏差。為解決上述問題，我們在計(jì)量系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了監(jiān)控流量計(jì)（或叫對照流量計(jì)），這樣就可以在工作狀態(tài)下隨時(shí)對照、檢查表的狀況，鑒定計(jì)量精度；既使一個(gè)表停轉(zhuǎn)了或不顯數(shù)，但另一個(gè)表還在工作計(jì)量，從而避免了計(jì)量損失現(xiàn)象，保證了計(jì)量的準(zhǔn)確性。

　　2、常規(guī)方式設(shè)置的計(jì)量表（見圖1與圖2）

　　圖1是常規(guī)較小流量的流量計(jì)設(shè)置方案，圖2是常規(guī)較大流量的流量計(jì)設(shè)置方案。按常規(guī)方法設(shè)置流量計(jì)是基于理想流量計(jì)設(shè)計(jì)的，一旦流量計(jì)出現(xiàn)超精度偏差和故障，計(jì)量損失就會(huì)發(fā)生，并且無可挽回。雖然設(shè)計(jì)是雙路一開一備。但因無法在工作狀態(tài)下進(jìn)行檢測，所以對新安裝的儀表和工作一段時(shí)間的儀表實(shí)際性能、狀況不能確定。因?yàn)橹灰髁坑?jì)轉(zhuǎn)動(dòng)，用肉眼是很難看出問題的。除非表停轉(zhuǎn)了或不顯數(shù)。若表停轉(zhuǎn)了或不顯數(shù)，管理人員沒有觀察到或者人不在現(xiàn)場，而燃?xì)膺€在流動(dòng)。無計(jì)量現(xiàn)象就發(fā)生（流量計(jì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)不影響燃?xì)饬鲃?dòng)）。

　　3、計(jì)量系統(tǒng)帶監(jiān)控表

　　3.1流量較小（500m3/h左右及以下）

　　全天間歇工作，一次工作幾十分鐘至幾小時(shí)，或者季節(jié)性工作的表，如采暖鍋爐用計(jì)量調(diào)壓設(shè)備（見圖3）。

　　此種形式設(shè)置的流量計(jì)，其表數(shù)量仍為兩塊，同常規(guī)設(shè)置表數(shù)一樣，而只是將其中一個(gè)計(jì)量表移至監(jiān)控表位置。當(dāng)兩塊表串聯(lián)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可以對照瞬時(shí)流量、累積總流量及某時(shí)間段累積流量差、溫度和壓力。通過數(shù)值的比較，可以立即判斷表的工作狀況。直接觀察瞬時(shí)流量和累積流量，對比各流量差值，可以判斷表的精度，在精度范圍內(nèi)，表正常，反之則存在問題。比較溫度和壓力值，雖不能直觀判斷表的精度，但這兩種數(shù)值若偏差較大，可以判斷表存在問題。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)立方數(shù)（Nm3）是通過壓力傳感器、溫度傳感器、經(jīng)過修正儀修正得來的，這兩種數(shù)值任一數(shù)值若出現(xiàn)較大偏差，表的標(biāo)準(zhǔn)立方數(shù)就會(huì)有較大偏差。在裝置系統(tǒng)管路中串聯(lián)流量表，通過流量、壓力、溫度的對照比較，是實(shí)現(xiàn)計(jì)量儀表在動(dòng)態(tài)工作條件下進(jìn)行監(jiān)測、檢查的有效辦法。

　　在燃?xì)廨斉涔こ痰脑O(shè)計(jì)中，人們非常重視計(jì)量設(shè)計(jì)。對流量計(jì)的監(jiān)控也采取一些積極措施：如流量信號、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳中控室或值班室，以監(jiān)視流量計(jì)的運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)采集計(jì)量數(shù)據(jù)。但是此方法只能記錄流量數(shù)據(jù)，和隨時(shí)觀察計(jì)量表是否運(yùn)轉(zhuǎn)和顯數(shù)，對流量計(jì)本身狀況不能檢定。為降低計(jì)量故障和損失，在燃?xì)夤こ逃?jì)量表具的選型上工程設(shè)計(jì)人員和天然氣公司項(xiàng)目負(fù)責(zé)人非常重視，通常進(jìn)行考察、論證。以保證配套產(chǎn)品的穩(wěn)定、可靠。為此，很多天然氣公司花費(fèi)大量資金訂購國外產(chǎn)品，以提升配置的檔次。但是其計(jì)量的準(zhǔn)確性、可靠性僅僅基于一塊表。如果這塊表因某種原因存在問題，而表又能轉(zhuǎn)動(dòng)，在較長時(shí)間的使用中就會(huì)造成計(jì)量的很大損失。國外流量計(jì)相對國內(nèi)質(zhì)量和壽命能高一些，但也不是萬無一失，我們曾經(jīng)看到某天然氣末站一塊美國產(chǎn)的超聲波流量計(jì)，在一周內(nèi)每天的計(jì)量偏差（與下游天然氣門站表對照）從+2900m3至-2500m3不等（每天的流量約48000m3），說明那段時(shí)間該表極不穩(wěn)定，存在嚴(yán)重偏差。

　　此種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中間的閥門較多，通過閥門和過橋管的設(shè)置，可以變換流量計(jì)的工作線路，也可以變換調(diào)壓線路，任一路流量計(jì)或調(diào)壓器出現(xiàn)問題，可以調(diào)至另一路工作，確保系統(tǒng)不停氣，有利于操作、運(yùn)行和維護(hù)。為降低設(shè)備造價(jià)，中間閥門通常選用蝶閥，諸多閥門、法蘭、配管的總價(jià)（500m3/h左右及以下計(jì)量調(diào)壓裝置）約為2310元～3500元（管徑、閥徑差價(jià)），可見費(fèi)用增加很低。在此流量范圍一次故障一小時(shí)最大損失可達(dá)1000元，一天24h約可達(dá)24000元。如果一次事故按最高費(fèi)用1/4計(jì)算，一天損失6000元。若連續(xù)損失幾天費(fèi)用更高。燃?xì)夤就ǔτ?jì)量調(diào)壓箱一月檢查、抄表2次～3次，用戶只要供氣正常一般不會(huì)作特別檢查，所以損失通常是連續(xù)多天的。

　　系統(tǒng)工作正常計(jì)量應(yīng)以第一個(gè)流量計(jì)為準(zhǔn)，并按計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)流量計(jì)出現(xiàn)問題時(shí)，則以后面監(jiān)控表所計(jì)量數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，每次查表時(shí)兩表應(yīng)同時(shí)計(jì)數(shù)（每一塊計(jì)量表在計(jì)量精度范圍內(nèi)都有偏差，供氣前，供、用氣雙方必須指定貿(mào)易結(jié)算表，避免糾紛），以便對賬。

　　系統(tǒng)任一個(gè)流量計(jì)若出現(xiàn)問題，另一塊表可以短時(shí)間單路工作，故障表可以送檢或修理。當(dāng)出現(xiàn)流量計(jì)精度偏差大，表仍可轉(zhuǎn)動(dòng)，判斷故障表困難時(shí)，應(yīng)首先檢查計(jì)數(shù)少的表，故障表通常會(huì)轉(zhuǎn)得慢。對該系統(tǒng)的操作也有人這樣進(jìn)行，每天或每周固定時(shí)間進(jìn)行兩表校驗(yàn)，然后一個(gè)表單獨(dú)工作，他們認(rèn)為這樣表工作時(shí)間少，壽命會(huì)長一些?？墒沁@樣操作一旦表出現(xiàn)故障不顯數(shù)，其損失較大。表具的損壞多在轉(zhuǎn)動(dòng)部位，維修費(fèi)不高，建議還是兩表同時(shí)工作，計(jì)量可靠。

　　這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以產(chǎn)生不跑表現(xiàn)象，既天然氣不經(jīng)過流量計(jì)從旁路通過。供氣單位應(yīng)在監(jiān)控表另一側(cè)的管路閥門上加鎖，防止此現(xiàn)象發(fā)生。為什么不將第一路流量計(jì)加齊防止跑空現(xiàn)象呢？主要是因?yàn)楣饬啃?，用戶不希望裝置費(fèi)用過高。如果系統(tǒng)流量計(jì)工作有問題，立即通知燃?xì)夤緛磉M(jìn)行供氣調(diào)整，時(shí)間上是允許的，

　　我們看到很多天然氣末站與門站計(jì)量系統(tǒng)也是按常規(guī)方式（圖2）設(shè)計(jì)的，只是流量計(jì)選用國外的多一些。如果按上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以得到兩個(gè)計(jì)量表的對照和互監(jiān)，增加計(jì)量的可靠性。一般末站與門站計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有輸入端計(jì)量和輸出端計(jì)量，通常輸出端是多路，以這種方式計(jì)量可以進(jìn)行合計(jì)核對，效驗(yàn)計(jì)量精度。若不是按上述原則設(shè)計(jì)的場站，建議利用可監(jiān)控計(jì)量方式設(shè)計(jì)（圖3），不增加表的數(shù)量，又可進(jìn)行表的互檢。

　　綜上所述，此種計(jì)量裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理的。裝置制造排布的具體形式，設(shè)計(jì)可以根據(jù)現(xiàn)場情況確定。可以設(shè)計(jì)成如圖3場站式或者設(shè)計(jì)成柜裝式。若設(shè)在柜內(nèi)，可以設(shè)計(jì)成雙疊形，或者雙環(huán)形，以減少體積在長度方向的尺寸。

　　下面介紹在這種流量和工作狀況下羅茨流量計(jì)的系統(tǒng)配置（見圖4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為雙環(huán)形，羅茨流量計(jì)后置。流量計(jì)工作壓力3kPa～20kPa（也可以更高）。兩表可以實(shí)現(xiàn)互相對照、檢查，也可單獨(dú)工作。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)將設(shè)備裝置于柜內(nèi)。同樣，后羅茨表前的進(jìn)氣（下）蝶閥和兩羅茨表中間的蝶閥應(yīng)加鎖，防止天然氣從旁路通過，發(fā)生不計(jì)量現(xiàn)象。

　　3.2中等流量（500m3/h～1500m3/h）

　　使用工況每天工作8h～16h，或流量相對低一些全天工作，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5。

　　此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同小流量型相比，補(bǔ)齊了第一路流量計(jì)，流量計(jì)監(jiān)控原理同前。因?yàn)榱髁亢兔刻煊脷饬勘容^大，流量計(jì)成倍提高轉(zhuǎn)數(shù)，表的損壞機(jī)率提高，若產(chǎn)生損失，其損失也大，因此有必要增齊第一路計(jì)量表。在這種工作條件下還不必增加至每路一個(gè)監(jiān)控表，因流量尚不太高。旁側(cè)管路閥門不用加鎖，不會(huì)產(chǎn)生天然氣不經(jīng)過流量計(jì)跑空現(xiàn)象。

　　在此流量范圍內(nèi)增加一塊流量表（按國內(nèi)渦輪流量計(jì)計(jì)算）總費(fèi)用約為21000元～24800元（DN80或DNl00渦輪流量計(jì)），可見費(fèi)用增加不大。若發(fā)生計(jì)量故障，一次1h最大損失可達(dá)3000元，一天24h可達(dá)72000元。由此可見，相對計(jì)量損失增加一塊表，設(shè)備價(jià)格高不了很多，但提高了計(jì)量的保證性。裝置結(jié)構(gòu)仍可設(shè)計(jì)成為場站式或柜裝式。

　　3.3較大流量（1500m3/h～5000m3/h）

　　使用工況為全天工作或每天工作8h～16h，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖6。

　　因裝置系統(tǒng)流量大，流量計(jì)轉(zhuǎn)速高，每天工作時(shí)間長，流量計(jì)的故障和損壞機(jī)率更高，為確保計(jì)量的可靠性。避免任何計(jì)量損失，每一路計(jì)量均設(shè)監(jiān)控表。在此流量范圍內(nèi)增加兩塊流量計(jì)（口徑DNl50或DN200），按國內(nèi)渦輪流量計(jì)計(jì)算總費(fèi)用約為（28000×2）56000元～（33000×2）66000元，若在其流量工況下產(chǎn)生計(jì)量損失一次1h最高可達(dá)10000元，一天24h最高可達(dá)240000元。由此可見，增設(shè)兩塊流量計(jì)費(fèi)用不高，是必要的。

　　系統(tǒng)因流量較大，生產(chǎn)設(shè)備用氣是逐臺(tái)啟動(dòng)或關(guān)閉，大流量計(jì)在低于最小流量工況下運(yùn)行會(huì)失準(zhǔn)，因此必須設(shè)旁路小流量計(jì)量表，當(dāng)流量超過大流量計(jì)的最小流量時(shí)方準(zhǔn)許切換至大流量計(jì)。小流量計(jì)同樣增設(shè)監(jiān)控表。流量計(jì)的計(jì)量正常情況仍以第一塊表為準(zhǔn)，第一塊表故障則以第二塊監(jiān)控表為準(zhǔn)。附帶說明，裝置結(jié)構(gòu)調(diào)壓部分設(shè)旁通管道，是因?yàn)橄到y(tǒng)流量很大，必須保證在城市用氣高峰時(shí)，管道壓力降較大的情況下也可以供氣。中小流量調(diào)壓箱也可以設(shè)調(diào)壓旁通管道。系統(tǒng)因管徑較粗，閥門全部采用球閥，以提高裝置的安全可靠性。

　　4、應(yīng)用

　　上述計(jì)量裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已全部在實(shí)際中應(yīng)用，效果較好。帶計(jì)量監(jiān)控表的裝置，杜絕了計(jì)量損失。如信益陶瓷（蓬萊）有限公司從2004年3月投產(chǎn)供氣至現(xiàn)在，天然氣小時(shí)流量為2200Nm3/h～4200Nm3/h，目前平均每天用氣量70000Nm3，全年每天24h工作，4年沒有發(fā)生任何計(jì)量爭議：山東新青路鋼板有限公司、蓬萊金王耐磨鑄石有限公司、北方奔馳蓬萊分公司、蓬萊新光顏料化工有限公司等從2004年底先后投產(chǎn)，在各種使用工況條件下沒有發(fā)生一起計(jì)量事故。供、用氣雙方管理和維護(hù)人員都對有互檢、監(jiān)控功能的計(jì)量系統(tǒng)很信任，表具沒有發(fā)生過超精度偏差計(jì)量情況，更沒有出現(xiàn)無計(jì)量現(xiàn)象。一只表若出現(xiàn)問題立即送檢、修理和標(biāo)定。所以，沒有出現(xiàn)計(jì)量損失。而蓬萊華安鑄石有限公司、金創(chuàng)閥業(yè)有限公司配套的帶有機(jī)械字輪計(jì)數(shù)盤和修正儀的渦輪流量計(jì)，因儀表制造商和部分技術(shù)人員認(rèn)為流量計(jì)有機(jī)械字輪計(jì)數(shù)、還有修正儀計(jì)數(shù)，發(fā)生故障字輪還可以走字，記錄幾何方數(shù)，通過換算可以得到標(biāo)準(zhǔn)方數(shù)，并且零部件是德國進(jìn)口的，所以沒有設(shè)監(jiān)控流量計(jì)。但在兩年時(shí)間內(nèi)，這兩個(gè)公司的計(jì)量調(diào)壓裝置均發(fā)生了計(jì)量故障，產(chǎn)生多天的無計(jì)量現(xiàn)象。為青島利群（蓬萊）購物廣場設(shè)計(jì)的計(jì)量調(diào)壓裝置，因地下建筑限制，沒有設(shè)監(jiān)控表，出現(xiàn)過軸承損壞無計(jì)量的情況。因現(xiàn)場設(shè)有流量計(jì)二次儀表，顯示流量、壓力、溫度。當(dāng)二次儀表不顯數(shù)時(shí)，值班人員立即通知燃?xì)夤具M(jìn)行處理。鑒于從事故發(fā)生到發(fā)現(xiàn)時(shí)間短，約幾分鐘至十幾分鐘，燃?xì)夤緵]予追究計(jì)量損失問題。但事故分析認(rèn)為軸承損壞有個(gè)過程，是從磨損再到滾珠破碎，該過程的損失沒有辦法計(jì)算。