摘　要：某天然氣場站增輸時，出現過濾分離系統處理能力不夠、超聲流量計計量數據丟失等問題，且由于該站上游為雙氣源供氣，天然氣組分波動較大，嚴重影響貿易計量的準確性。基于天然氣雜質組成分析結果，在過濾分離器上游增設旋風分離器，并通過增加過濾分離支路，提高了天然氣凈化處理能力；結合場站生產實際，在進站匯管處安裝在線色譜儀，解決了由于氣體組分波動影響貿易計量的問題；通過在流量計與調壓閥之間設置埋地工藝流程，安裝T形管件和彎頭，降低了節流噪音對計量的影響。

關鍵詞：天然氣；技術改進；色譜儀；超聲流量計；T形管

某天然氣場站為上下游兩家燃氣公司的貿易交接站，設計輸氣量17.5×10⁸m³/a，具有清管收發球、天然氣過濾分離、分輸調壓、計量和緊急切斷等功能。由于該場站地處經濟發達地區，當前日均輸氣量已達460×10⁴m³以上，接近原設計輸氣量。隨著下游用氣需求的增長，該場站原有的輸氣能力已無法滿足生產需要。

1 主要工藝問題

該天然氣場站主要流程為：上游接收雙氣源來氣，進站經過濾、分離后分為4路，一路經干線超聲流量計計量、調壓后輸往下游干線用氣（3條計量、調壓支路）；另外3路則經計量、調壓后分別輸往3家城市燃氣公司（每個用戶各有2條計量調壓支路）。

（1）當前該場站接收氣量較大，加之季節用氣不均，冬季時接收氣量已超過原設計規模，過濾分離器的總處理能力無法滿足場站運行需要，且目前站內過濾分離系統為3臺過濾分離器并聯，固體粉塵堵塞濾芯的情況時有發生。

（2）由于上游來氣為雙氣源，站內無在線色譜裝置，無法及時掌握天然氣的氣體組分狀況，因此無法指導天然氣計量和貿易交接。當上游來氣組分波動較大時，經常因計量數據偏差過大引起貿易糾紛。

（3）站內的貿易交接儀表為3臺DN250 Daniel Mark Ⅲ超聲流量計。由于超聲流量計計量精度受噪音影響較大，當場站節流件（閥門、彎頭、調壓閥等）產生的噪音頻率接近或超過125kHz時，會直接影響流量計的信號接收質量，產生較大的計量偏差。

2 工藝系統改進

2.1 過濾分離系統

目前，過濾分離系統共有3臺過濾分離器，單臺過濾分離器的處理能力為11×10⁸m³/a，采用2用1備方式向下游供氣，存在的主要問題是：過濾分離器處理能力不足，尤其是冬季高峰用氣時，需要頻繁排污，有時遇到粒徑較大的雜質，還會出現固體粉塵堵塞濾芯的情況。

優化設計方案：采用“分離-過濾”處理模式，在現有過濾分離器的上游新建分離器（設計處理能力為11×10⁸m³/a），分離器用于分離粒徑較大的固體雜質，減少進入下游過濾分離器后導致濾芯堵塞的可能性。根據當前輸氣能力要求，將過濾分離系統由2用1備調整為3用1備，分離器與過濾分離器串聯后，再與其他過濾分離支路并聯，實現增加過濾分離能力，提高天然氣凈化效果的目的。經工藝調整后場站總過濾分離能力可達28.4×10⁸m³/a。

考慮到目前天然氣行業常用的過濾分離設備旋風分離器、重力分離器和過濾分離器（陶瓷、纖維、金屬網式過濾器）等具有各自的優勢，適用場合有所不同（表1）。而該天然氣場站所輸天然氣中含水量極少，雜質為固體粉塵（主要成分為SiO₂、Fe₂O₃等），因此，基于場站生產運行特點的考慮，新建分離器選用旋風分離器。

2.2 氣質實時監測系統

由于該天然氣場站為貿易交接場站，且上游來氣為雙氣源，以往采用雙氣源氣體組分加權平均分析和每月定時常規分析取樣獲取氣質組成的方式，雖能在一定程度上指導天然氣計量，但終究不能真實反映上游來氣的氣體組成。當上游調整工藝流程時，由于兩種天然氣氣質組成差別較大，往往會引起較大的氣質波動，從而導致出現計量偏差，產生貿易糾紛。因此，建立一套氣質實時監測系統，提高管網氣質監測水平，對于降低計量偏差，控制計量精度十分必要。

優化設計方案：在站內計量支路前匯管處增加設置ENCAL 3000型在線色譜分析儀（表2），實時分析上游來氣氣質組成，并將色譜分析儀實時分析數據上傳至計量系統用于天然氣貿易計算，同時將數據傳給SCS系統，并上傳至調控中心，實現對氣體組分的遠程監測。

2.3 計量調壓系統

根據該站場計量調壓系統的工藝流程設置情況（圖1），天然氣進站經匯管后，采用“先計量、后調壓”的工藝模式，超聲流量計為Daniel Mark Ⅲ四聲道流量計，流量計上游直管段設置板式整流器，下游調壓閥為AFV軸流式調壓閥，流量計與調壓閥之間為直通式結構。

采用超聲流量計量方式時，一般推薦的最小安裝距離為：超聲流量計上游直管段長度不得小于10D（D為管道外徑），超聲流量計下游直管段長度不得小于5D^[1]。雖然該站場超聲流量計的安裝完全符合要求，且超聲流量計上游設有板式整流器。但是來自計量支路下游調壓閥的噪音仍然對超聲流量計計量精度存在較大影響，尤其是當上游壓力超過4.4MPa或瞬時流量大于19×10⁴m³/h時，計量數據丟失的情況就會出現，嚴重時甚至使計量完全終止。目前只能通過利用雙支路同時供氣，降低單一支路瞬時氣量的方式向下游供氣。

優化設計方案：考慮到超聲流量計安裝條件完全符合相關規范，而由于調壓閥產生的節流噪音與超聲波流量計換能器所接收的信號頻率重合的可能性極大，減小到達計量區的干擾噪音將是解決計量偏差過大問題的關鍵。根據現有的研究結果：通過安裝T形管件和彎頭可以達到不同程度降低超聲干擾噪音的目的，T形管件的最大降噪能力可達10dB，彎頭的最大降噪能力可達5～6dB^[2]。因此，為有效降低調壓閥節流噪音的影響，可以在超聲流量計后將計量支路引至地下，并在流量計與調壓閥之間安裝2個T形管件和4個90°彎頭，利用埋地T形管件和90°彎頭阻止節流噪音反射至流量計量區域（圖2）。

3 優化效果評價

2011年7月，按照上述設計方案對該天然氣場站進行了工藝改造。工藝改造實施后，新工藝流程已穩定運行半年多，且站場工藝系統運行狀況良好，計量輸差顯著降低，工藝優化達到了預期目的。

（1）過濾分離流程由原來的2用1備變為3用1備，增大了場站天然氣凈化處理能力，2011年冬季最大輸氣量增至500×10⁴m³/d，實現了場站增輸的目的。同時，由于新增4臺旋風分離器用于處理天然氣中固體粉塵顆粒，避免了固體粉塵大量涌入過濾分離器濾芯而造成堵塞。

（2）在線色譜分析儀安裝投運后，為驗證該臺色譜儀實際運行效果，從2011年8月開始，對色譜儀氣質實時監測數據和常規取樣分析數據進行對比（表3）。從投運7個月的天然氣相對密度對比情況來看，實時監測數據與常規監測數據最大偏差出現在12月，為0.28％，其余月份偏差較小。除儀器固有分析誤差和常規分析時產生的泄漏等人為或器械故障原因導致出現不可克服的分析偏差外，色譜儀實時監測數據運行總體保持平穩。根據實時監測數據變動情況可知，10月初因下游用氣需求發生較大變化，期間壓減了某一氣源的日接氣量，導致相對密度變化較大。此時如果采用常規分析檢測手段將無法實時反映這種氣質變化，從而導致產生較大計量偏差。而安裝在線色譜儀后，可以實時采集到管道內的最新氣體組分，便于在上游進行流程切換時，及時掌握氣質變化情況，提高了計量精度^[3]。

（3）由于在超聲流量計與調壓閥之間安裝了T形管件和90°彎頭，且工藝管道埋地后相當于增大了流量計與調壓閥之間的管道距離，干擾噪音明顯降低，超聲流量計運行狀況正常、穩定。利用Daniel CUI軟件對超聲流量計進行現場診斷后發現：超聲換能器信號質量均為100％，信噪比SNRs均超過2000（圖3）。

4 結束語

（1）在保持現有工藝流程的基礎上，經過簡單的工藝改造，實現場站增輸是眾多燃氣公司共同面臨的問題。而場站凈化能力不足往往是制約場站增輸的重要因素，根據管輸介質的具體組成，設計合理的過濾分離流程，通過“旋風分離器+過濾分離器”的結構，可有效提高天然氣凈化的效果，并通過增設過濾分離流程的方法，最終實現場站增輸的目的。

（2）對于多氣源供氣的天然氣場站，因上游流程調整產生的氣質變化對天然氣計量的影響不可忽視，通過安裝在線氣質監測系統，加強對天然氣氣質組成的實時監測，可有效降低因常規監測手段不能實施動態監測帶來的計量誤差。同時，應通過加強在線色譜儀的日常維護、數據核查、色譜圖分析及定期標定等操作，確保天然氣氣質組成得到真實反映。

（3）采用超聲流量計計量時，應避免在流量計和調壓閥之間采用直通式的安裝結構。在場站安裝空間允許的情況下，可重點考慮計量、調壓分區設置，通過增大空間距離降低節流噪音對超聲流量計的影響；如果安裝空間受限，可考慮采用在超聲流量計后將工藝管道埋地敷設，設置埋地彎頭和T形管件的方式，減少到達流量計的節流噪音，確保精確計量^[4]。

參考文獻：

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[2]孫金明，魏巍，閆峰.噪聲對超聲波流量計的影響及案例分析[J].測量與設備，2006（11）：9-11.

[3]趙一平，蘭寧懇.在線分析儀在四川天然氣管網上的應用[J].天然氣工業，2003，23（3）：110-113.

[4]李春艷，孫在蓉，譚佩珍，等.新型超聲波計量調壓降噪器：中國，201010534292.9[P].2011-04-47.

(本文作者：于東升 郭東升 江濤 李方圓 山東省天然氣管道有限責任公司，山東濟南 250101)