摘  要：通過對幾種常用的天然氣流量計的優(yōu)缺點進行對比分析，引出普光氣田天然氣計量儀表選擇孔板閥的理由，并詳細闡述了普光氣田計量系統(tǒng)的組成、材料的選擇、不確定度計算。雖然仍存在一些未解決的問題，但就目前來說，用孔板閥計量酸性天然氣流量仍然是的選擇。

0 引言

普光氣田是迄今為止中國規(guī)模zui大、豐度zui高的特大型整裝海相氣田之一。普光氣田的氣質(zhì)特殊，屬高含硫化氫和二氧化碳，硫化氫含量15.16%，二氧化碳含量8.64%。

1 各類流量計及其特點

大型氣田集輸和長輸氣體管線項目，流量計量以差壓式流量計、超聲波流量計和渦輪流量計的應用zui多，以下為3種流量計的原理和優(yōu)缺點分析。

1.1 差壓式流量計

差壓式流量計是以流量守恒定律和流動連續(xù)性方程為基礎(chǔ)的，當氣體流經(jīng)節(jié)流裝置時，流速在節(jié)流裝置處形成局部收縮，從而使流速增加。靜壓力降低，在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生靜壓力差（差壓），氣流的流速越大，節(jié)流裝置前后產(chǎn)生的差壓也越大，從而可通過測量節(jié)流裝置前后差壓來計量天然氣流量。

差壓式流量計由三部分組成[1]，即將被測流體的流量變換成差壓信號的節(jié)流裝置。其中包括節(jié)流件和取壓裝置；傳輸差壓信號的管路；測量差壓值的差壓變送器及顯示儀表。

差壓式流量計通常以節(jié)流件型式分類，如孔板流量計、文丘里流量計等。測量天然氣流量時，孔板流量計zui為常用。孔板流量計按照是否可以帶壓更換孔板，分為一體式孔板流量計和孔板流量計（孔板閥）。

優(yōu)點：原理簡明，應用技術(shù)成熟，容易掌握；適應性強，更換孔板即可實現(xiàn)不同流量的測量；性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長；孔板為標準節(jié)流件，不需要標定[3]。缺點：量程比小，一般為3∶1～5∶1；壓力損失較大；計量準確度受影響因素較多；前后直管段要求，占地面積大。

1.2 超聲波流量計

超聲波流量計常用的測量方法為傳播速度差法、多普勒法等。常用的氣體超聲波流量計采用聲速差法，通過測量超聲波沿氣流順向及逆向傳播的聲速差，測量各種口徑管道內(nèi)穩(wěn)態(tài)或脈動氣流的雙向流速、流量。

超聲波流量計分為單聲道和多聲道式超聲波流量計。為保證精度，重要場合的超聲波流量計一般要求4聲道或以上。

優(yōu)點：準確度高，可達0.5%；量程范圍寬，可達100∶1以上；無壓損；對管路特性基本無干擾；無可動部件；可以相同準確度進行雙向測量（尤其適合天然氣正、反輸計量），可測脈動流。

缺點：傳播時間法只能用于清潔液體和氣體；而多勒法只能用于測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體。

1.3 渦輪流量計

渦輪流量計屬于速度式葉輪儀表，其利用置于流體中的葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成比例的關(guān)系，通過測量葉輪的轉(zhuǎn)速來反映體積流量的大小。渦輪流量計的變送器輸出與流量成正比的脈沖信號，并通過傳輸路線傳送給顯示儀表。

優(yōu)點：度高，可達015%；反應迅速，可測脈動流量；無零點漂移，抗*力強；量程比寬；壓損小。

缺點：其特性易受介質(zhì)物性和流體流動特性的影響，只能適用于潔凈氣體；渦輪轉(zhuǎn)動，軸承易于磨損，降低了穩(wěn)定性，使用壽命縮短；安裝要求高。

2 普光氣田氣體流量計的選擇

由于普光氣田的介質(zhì)為井口采出氣，氣質(zhì)較臟，渦輪流量計不適用于此。選擇流量計時主要從超聲波流量計和孔板流量計中進行選擇。超聲波流量計由于精度高、量程比寬、無壓損等優(yōu)點在大型氣田及長輸管線都得到了廣泛應用。但由于普光氣田介質(zhì)的特殊性（硫化氫含量15.16%，二氧化碳含量8.64%），我們zui終選擇了孔板流量計（孔板閥）。原因如下：通過技術(shù)交流，了解到超聲波流量計的聲楔材質(zhì)很難做到耐普光氣質(zhì)的腐蝕；硫化物以及二氧化碳對超聲波有吸音作用；孔板閥能夠?qū)崿F(xiàn)在線更換孔板，可應對氣量的變化和氣體的腐蝕。

3 普光氣田計量系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)組成

普光氣田計量系統(tǒng)為孔板計量系統(tǒng)，它由孔板閥和流量計算機（集成多變量變送器MVS）組成。孔板閥計量系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1　計量系統(tǒng)示意圖

流量計算機通過RS2485接口和標準的ModbusRTU協(xié)議將數(shù)據(jù)傳送至各集氣站的站控系統(tǒng)。

3.2　孔板閥

孔板閥可在不中斷氣體輸送、不拆卸或改動工藝管道的情況下檢查和更換孔板。技術(shù)要求應符合ISO5167[4]、API1413.3[5]和AGANo.3以及國內(nèi)規(guī)范GB/T2624[7]、SY/T6143[2]的規(guī)定?？装鍨闃藴使?jié)流元件。需要注意的一點是孔板閥的密封問題。為了zui大限度地保證安全、防止天然氣泄漏，建議孔板片的密封為雙向密封。JB/T7252294中對滑閥密封和孔板密封都做了密封試驗要求[8]。但此處滑閥密封的要求提得不太妥當，因為孔板裝置除了以DANIEL為代表的齒輪轉(zhuǎn)動式外，還有一種是以FMC為代表的螺桿提升式。而螺桿提升式的孔板閥是沒有滑閥的。

普光氣田地面集輸工程選擇的孔板閥的結(jié)構(gòu)形式如圖2所示。

圖2　孔板閥結(jié)構(gòu)簡圖

3.3　流量計算機

普光氣田集輸工程選用的流量計算機集成多變量檢測、變送以及流量計算功能為一體，多變量變送器（MVS）能夠同時檢測出壓力和差壓信號。流量計算機依照AGA3和AGA8超壓縮因子（詳細級）計算標況瞬時流量、標況累計流量、熱值和相對密度，存貯1月以上數(shù)據(jù)。流量計算機有可擴展的I/O、現(xiàn)場液晶顯示和標準的接口及通信協(xié)議，具有強大的數(shù)據(jù)歸檔能力。

3.4　材料

普光氣田的氣質(zhì)中，硫化氫含量達到15.16%，二氧化碳含量達到8.64%。為了zui大限度地保證生產(chǎn)的安全和人員安全，防止氫致開裂HIC（hydrogen2in2ducedcracking）和硫化物應力開裂SSC（sulfidestresscracking），材料的選擇至關(guān)重要。

根據(jù)NACEMR0175/ISO15156的規(guī)定，滿足普光氣田的介質(zhì)條件的有2種材料方案：①選擇實驗室已評定合格的材料，固熔退火鎳基合金或退火鎳基合金；②選擇低碳鋼材料，控制其硫、磷含量以及硬度，然后做材料評定。

由于鎳基合金的價格昂貴，一般僅接液部件為鎳基合金材質(zhì)，這樣在閥體內(nèi)部需做堆焊處理。但因為孔板閥的內(nèi)部零件較多，若堆焊不好會引起更嚴重的腐蝕，堆焊鎳基合金的方案無法做到。

因為工程設(shè)計首重工程實踐，實驗室的依據(jù)是在缺乏工程實踐的前提下給出來的參考性方案。zui后，我們選擇的材料方案是調(diào)制低碳鋼+工程經(jīng)驗評定。

4 仍存在的問題

普光氣田地面集輸工程的流量計量系統(tǒng)已經(jīng)完成設(shè)計和采購，但現(xiàn)在還存在一些未被很好解決的技術(shù)問題。如計量直管段問題：對于孔板閥廠家來說，直管段數(shù)量較少，滿足NACE規(guī)范的碳鋼管材難以采購。若由業(yè)主將采購的滿足NACE規(guī)范的工藝管材發(fā)給孔板閥工廠，工廠需要對管材進行加工達到滿足計量要求的圓度以及粗糙度，則會造成壁厚減薄，不滿足腐蝕余量的要求。

5　結(jié)束語

由于普光氣田介質(zhì)的特殊性，國內(nèi)目前尚無開發(fā)此類氣田的經(jīng)驗。由于沒有經(jīng)驗可以借鑒，很多問題都是在學習和摸索中慢慢解決。雖然仍存在一些未解決的問題，但就目前來說，用孔板閥計量酸性天然氣流量仍然是的選擇。