實用天然氣管網雙向計量系統及其技術的應用

摘 要

摘要：歸屬于不同業主的兩個區域天然氣管網聯通時，解決貿易結算的“雙向計量”是一道難題，儀表量程下限以及“微流動”工況決定了單從計量儀表本身入手難以
摘要：歸屬于不同業主的兩個區域天然氣管網聯通時，解決貿易結算的“雙向計量”是一道難題，儀表量程下限以及“微流動”工況決定了單從計量儀表本身入手難以很好解決問題，有必要另辟蹊徑。為此，開發出了一種簡便的雙向計量系統，即采用2套常規的計量回路，通過設置相應的自動控制組件、電動閥或手動控制閥，對計量系統進行自動控制或手動控制，實現了2個獨立天然氣管網的互聯互通，在解決管網間雙向聯通、雙向計量問題的同時，又避免了微流量或低流量狀態下計量儀表精度失準的問題。該計量系統技術可靠、工藝簡單、投資少，是一種很有應用前景的計量模式。
關鍵詞：天然氣管網；聯網；雙向計量；計量儀表；低流量；低量程限制；計量精度；計量回路
    隨著城市化進程的不斷發展，原來分別供應各城市或各鄉鎮、各自獨立的天然氣供應管網如能聯通起來實現互聯互通，形成一個統一的供氣大管網，不僅有利于平衡整個供氣管網的負荷，而且能夠極大地提高供氣管網的利用效率，減少輸配管網的投資費用，提高供氣的安全性和靈活性。
    但是，這些各自獨立的區域天然氣管網的資產產權和經營權往往分屬于不同的業主，管網聯通后由于天然氣的流動性，勢必存在天然氣貿易結算中的計量問題。天然氣在管網中的流動可能是雙向的，由此帶來了天然氣管網雙向計量的難題[1]。
解決雙向計量問題是天然氣管網互聯互通的前提和基礎。按照目前天然氣計量的技術現狀，即便某些具備雙向計量功能的高精度進口計量儀表，也不可避免地存在著儀表低量程限制問題[2]，即流經計量儀表的天然氣實際流量較小時，儀表計量精度不能得到保證，或者根本就無法進行計量。可見，單從計量儀表本身的技術層入手，目前還難以很好地解決天然氣管網雙向計量這一難題，有必要另辟蹊徑，避開儀表低量程限制這一瓶頸，開發出一種簡便、實用、可靠的新技術[3～4]。
1 雙向計量系統基本思路
    圖1是兩個天然氣管網互聯互通實現雙向計量的工作原理圖。
 

在兩個天然氣管網(A、B)聯通處的兩側分別設置用于測量管網實際運行壓力的壓力表(P1、P2)，同時設置兩個方向相反的單向計量通道：A管網通過計量儀表a向B管網補充天然氣；B管網通過計量儀表b向A管網補充天然氣。
當兩個天然氣管網兩側的壓力差達到預定值(M)時，開啟相應的計量儀表(a或b)通道計量，壓力高的天然氣管網向壓力低的天然氣管網輸氣，實現兩個天然氣管網的互聯互通。而當計量儀表流量檢測值降低到一定值(N，儀表量程下限值)時，該通道閥門關閉，兩個天然氣管網斷開聯通并停止計量，避免計量儀表在其量程下限位置工作而導致計量失準。當兩個天然氣管網的壓力差再次大于預定值(M)時，則再次開啟計量通道。
   天然氣管網的聯通既可由自動控制系統依據檢測信號自動完成，也可由人工操作實現，方便實用，在解央兩個天然氣管網之間雙向聯通、雙向計量問題的同時，又可避免在微流量或低流量狀態下計量儀表精度失準的問題，是一種有效的雙向計量方法[5]。
2 雙向計量系統技術方案
   如圖1所示：壓力表P1、P2分別用于檢測天然氣管網A、B的壓力值p1、p2，(p1-p2)為兩個天然氣管網的壓力差值；計量儀表a與閥門Va1、Va2組成A管網向B管網輸氣的通道；計量儀表b與閥門Vb1、Vb2組成B管網向A管網輸氣的通道。計量儀表前后閥門是自動啟閉的電磁閥，也可以由人工控制。
   M為兩個天然氣管網實現雙向聯通的壓力差設定值，若兩個天然氣管網間的壓差高于該值，則兩個天然氣管網實現聯通；N為取消兩個天然氣管網聯通的流量設定值，若管網流量低于該值，則相應的閥門關閉，兩個天然氣管網處于不聯通狀態。
2.1 “自動”模式下運行的計量系統
   1) 當A、B管網壓力差較小，未達到聯網起點壓差時。即︱p1-p2︱＜M，表明兩個天然氣管網間壓力差別不大，平衡管網負荷(管網聯通)的需求不迫切。若此時聯通兩個天然氣管網，則流經計量儀表的天然氣流量較小，計量儀表處于低量程范圍(量程下限位置)，不能保證計量精度。因此，此狀態下，Va1、Va2、Vb1和Vb2關閉，切斷兩個天然氣管網間的聯系(不聯通)。兩個天然氣管網長期不聯通時，應關閉總閥V。
   2) 當兩個天然氣管網間壓力差增大，且(p1-p2)≥M，表明A管網的壓力遠大于B管網的壓力，此時B管網迫切需要從A管網得到氣源補充，提高自身管網壓力以滿足用戶的用氣需求。此時，總閥門V開啟，計量儀表前閥門V小表后閥門Va1。同時開啟，計量儀表a通道聯通；Vb1、Vb2關閉，計量儀表b通道處于斷開狀態。A管網向B管網補充供氣，并由計量儀表a進行計量。當計量儀表a的流量檢測值低于N時，總閥門V、計量儀表前閥門Va1同時關閉，A管網停止向B管網輸氣，避免計量儀表a進入低量程(量程下限)而導致計量失準[6]。
    3) 而當(p1-p2)≤-M時，A管網的壓力遠小于B管網的壓力，此時A管網迫切需要從B管網得到氣源補充，提高自身管網壓力以滿足用戶的用氣需求。此時，總閥門V開啟，計量儀表前閥門Vb1、表后閥門Vb2同時開啟，計量儀表b通道聯通；Va1、Va2關閉，計量儀表a通道處于斷開狀態。B管網向A管網供氣，并由計量儀表b進行計量。當計量儀表b的流量檢測值低于N時，總閥門V、計量儀表前閥門Vb1同時關閉，B管網停止向A管網輸氣，避免計量儀表b進入低量程(量程下限)而導致計量失準。
    4) 為避免流量快速變化而對計量儀表造成較大的沖擊，閥門Va1、Va2、Vb1和Vb2選用具有阻尼特性的慢開(關)型電磁閥。
2.2 “手動”模式下運行的計量系統
    根據兩個天然氣管網壓力的差值，手動操作各控制閥門，實現兩個天然氣管網間的聯通或斷開。聯網時，視具體情況分別由計量儀表a或計量儀表b進行計量，并避開流量計的低限流量(量程下限)值，同時解決貿易結算準確性和管網各點壓力均衡性的難題。
3 結束語
    天然氣管網雙向計量系統及其技術方案，以簡潔的工藝和較少的投資費用，實現了兩個獨立天然氣管網的互聯互通，使管網各點壓力得以均衡，大大提高了管網的利用效率，增強了天然氣管網運行的安全性和靈活性，提高了大管網的調峰儲氣能力，運行可靠，既節省了進口昂貴雙向計量儀表的費朋，又避免了低流量狀態下計量儀表精度失準的問題，是一種很有前景的計量模式。
參考文獻
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[2] 巴洪俠，沈淑麗，田哲.天然氣計量中存在的問題及對策[J].企業標準化，2007(6)：42.
[3] 周淑慧，李廣，李偉.我國城市燃氣市場發展態勢[J].煤氣與熱力，2008，28(8)：B32-B36.
[4] 安建川，梁光川.天然氣計量技術現狀及趨勢[J].內蒙古石油化工，2007，33(1)：42-45.
[5] 羅東曉.聯通不同供氣區域管網的雙向計量及聯通的方法及系統：中國，201010568415.0[P].2010-12-01.
[6] 周健，柴清云，趙金茹.關于燃氣民用計量表管理的一些探討[J].化學工程與裝備，2008(9)：169-170.
 
(本文作者：羅東曉1，2 1.新奧能源控股有限公司；2.中山大學)