焦岳娟1 韩炜鸿2
（1.济南港华万通燃气工程有限公司 山东 济南 250000
2.济南港华燃气有限公司 山东 济南 250000）
摘要： 目前燃气企业在门站与上游中石油、中石化等计量主要采用涡轮流量计及超声波流量计进行体积计量。随天然气的广泛使用，我国天然气市场呈现多元化，天然气管网互联互通，多种气源接入混输，提高供气稳定性的同时，也造成因天然气组分的较大变化，进而对涡轮、超声波流量计造成较大计量偏差。本文通过计算分析不同组分天然气对两种流量计产生的计量偏差，在门站计量管理上提出一些修改及改善建议，以达到减少天然气门站贸易计量误差，降低供销差，减少企业经济损失的目的。
关键字：天然气组分 压缩因子 流量计 色谱分析
1、引言
随天然气的广泛使用，为天然气供应保障总体平稳，天然气产供储销体系建设有序开展，西气东输、海气登陆和国家级、省级天然气干线的互联互通。随天然气市场多元化，输配气管网越来越复杂，天然气的调配越来越频繁，同一条管道在不同的位置、不同的时间段天然气组分有较大变化。
不同气质的上游气源进入天然气接收门站，通过流量计进行体积贸易计量。门站使用的流量计通过体积修正仪进行修正，该修正仪主要修正因温度、压力变化造成的计量误差，对天然气热值等物理特性自动修正。部分门站采用定期取样分析来确定天然气物理特性，然后输入流量计进行修正。使用的物理特性在一段时间内是固定不变的。
天然气组分参数对流量计的影响主要有两个方面：一是影响压缩因子Z的计算，天然气组分的变化造成压缩因子的计算误差，从而影响标况下流量的值；二是天然气组分的变化造成相对密度变化，从而造成工况下流量的计算误差。所以实时更新天然气组分及相关参数是非常有必要的，将大大减小流量计计算误差，减少贸易计量偏差。[1]
2、流量计工作原理
（1）与上游中石油、中石化贸易计量表普遍采用涡轮流量计、超声波流量计，已经很少使用孔板流量计。超声波流量计计量较准确，价格较高，所以一般情况下，对于压力较低、中小流量，与上游接管管径DN150以下时，选择涡轮流量计；对高压、大流量、与上游接管管径DN150以上时，选择超声波流量计。本文分析主要针对涡轮流量计、超声波流量计。
流量计计量公式：
式（2-1）
门站中流量计全部带有温压补偿，修正因温度、压力的变化带来的误差。由式（2-1）可知，影响计量的就是气体压缩系数，而气体压缩系数受气体组分影响。标准状况下，气体瞬时流量与Zn/Zf成正比，即不同气质组分的气体在相同的工况条件下，Zn/Zf值越大，流量计计量结果越大。[2]
（2）气体压缩系数的计算
压缩因子是表示实际气体收到压缩后与理想气体受到同样的压力压缩后在体积上的偏差。压缩因子计算公式为：
Z：压缩因子。
标准状态下的压缩系数计算公式：
3、实例分析
现在天然气供应格局已由单一的国内气田气向多气源、多类型天然气通过互联互通的输气干网混合输送并联网供应转变。以山东为例，上游气源主要有中石油冀宁联络线、中石化中济青线、中石化中济青二线、天津LNG、中俄东线等气源。不同气源的引入，长输管线内天然气组分不断变化，在这只截取其中一组组分。不同气源各组分如表一所示。
表一 不同长输管线天然气物理特性
根据门站现状实际运行状况，按门站进站压力约3.6MPa，温度约283K，计算不同长输管线不同天然气组分下的气体压缩系数，进而分析带来的计量偏差。不同组分下气体压缩系数的变化如表二所示。
表二 不同长输管线天然气物理特性对应压缩系数
北方冬季采暖季为用气高峰期，一天24h瞬时流量变化较大，为满足供应需求，需在门站之间、同一门站不同上游气源之间经常相互调配、平衡。由表二可以看出，引入中石油冀宁联络线、中石化中济青线气源的门站进站计量偏差在1.37%，按6亿m3/年气量考虑，中石油、中石化用气占比各50%考虑，仅因气源调配，门站进站贸易计量差约411万m3/年，约1100多万元。
为满足气量的需求及供气稳定可靠，各燃气公司积极引入各类气源至门站，如泰青威线、中俄东线、济青二线、LNG采购等等。同时随上游长输管线建设，全面实现陆气、海气、海外气等互联互通，造成同一长输管线气量在不同时间、不同地点组分也发生很大的变化。
以西气东输一线为例，对西一线从新疆、甘肃、山东、安徽、江苏到上海等18个站点、分输站气质进行取样和分析测试，发现甲烷含量变化范围86.98%—99.81%，有12.83%的幅度变化；相对密度范围在0.55—0.76之间。[3]
4、结论
天然气供气格局已由单一的气田气供应变为多气源联网整体调度供应，多气源供应可显著改善供气的可靠稳定性，但由此也带来了流量计计量误差等一系列问题。为减少天然气门站贸易计量偏差，降低供销差，减少企业经济损失的目的，在今后运行管理上有以下建议：
（1）在门站加色谱分析仪，对进站组分进行实时监控，流量计能及时调整计量计算数据，减少因贸易计量误差带来的经济损失。
（2）加强各门站运行人员气源调配能力，提前做好供气管网气源调配应对方案。面对不同气量需求变化，尤其是北方采暖季大流量气量变化下，避免出现频繁调配。
（3）不同气质的天然气进入输配管网中，也可能对下游用户用气设备造成损害。对燃气气质有较严格要求的燃气轮机、发电设备等，燃气公司在供气时要了解设备对气质参数的要求，给出合理的供气方案，尽量避免供应组分差异较大的气源。如M70F三菱9F机型对燃气气质要求较高，只允许甲烷组分变化2mol%[5]。
参考文献：
[1] 闵伟,李万俊,丘逢春.天然气组分变化对流量计量的影响[C]全国流量测量学术交流会.2006.
[2]汪春胜.天然气组分变化对超声波流量计的影响[J].化工管理,2014(14):7-7.
[3]周理,罗勤等.西气东输一线天然气互换性研究.[C]第三届中国LNG论坛论文集,2012-8-25.
[4] 陆锡恩.燃气轮机对天然气的气质要求及调压站的配置.[J]上海电力,2006(01):25-27.
[5] 周理,郭凯华等.中国天然气分类及互换性标准探讨.[J]石油工程技术监督,2014,30(7):18-23.