LNG接收站计量撬设计探讨.docx

lng 接收站计量撬设计探讨赵红强邓青吕志榕中海浙江宁波液化天然气有限公司 (浙江 宁波 315010)摘 要 系统介绍了计量撬装系统概念、组成及国内外计量相关的天然气计量标准，通过对天然气计量中流量计的简要分析对 比，针对目前浙江 lng 接收站贸易交接要求，选用气体超声波流量计计量撬装系统，并分析了浙江 lng 贸易计量系统的工艺 流程及计量管路尺寸设计的依据。关键词 lng 接收站 计量系统 天然气计量 流量计abstract a systematic introduction is given to the concept and composition of skid-mounted measuring system, the relevant measur- ing standards of natural gas at abroad and home. based on the brief analysis and contrast of flowmeters in the measurement of natural gas, the skid-mounted measuring system of gas ultrasonic flowmeters has been chosen according the requirements of trade transfer at lng acceptation stations in zhejiang. at last, the analysis focuses on the process flow and the basis of designing the scale of the measuring line in lng trade measuring system in zhejiang province.key words lng acceptation station; measuring system; natural gas measurement; flowmeters计量系统简介图 1 典型的计量撬装系统总体布置图计量系统即通常说的计量撬装系统 （见图 1）， 是把用于计量的各种设备、仪表、管线在工厂里预先 安装在一个基座上，出厂前对各个部分进行单项性 能测试（如压力、电气连接测试等）和整个系统的联 合测试，形成一套撬装设备，运抵现场后只需进行基 座安装、上下游管道连接并把信号连接到控制室和 仪表柜后，接通电源就可投入使用。 计量系统是一 个集成的“工程”，以其高精度、高稳定性广泛应用于 石油天然气工业，目前全球近 80%的贸易交接均采 用的是计量撬装系统的形式。 我国近几年来在石油 天然气的许多大型工业项目上也都采用计量撬装系 统，如兰成渝成品油管道、西气东输、广东 lng 等。1 用于贸易交接的天然气计量系统组成贸易计量是为了交接买卖双方之间贸易结算来 做依据的，所有买卖双方都需要将工况流量换算成 标准状况下的流量，然后再进行体积交接或者能量 交接。 我国天然气的贸易交接一直以体积流量为结 算依据， 国家石油行业标准明确规定以温度 20，压力 101 325pa 时状态为天然气计量标准状态1。 目 前国际上天然气贸易采用的是热值交易的方式，随 着中国天然气需求的增大， 对国外天然气进口的增 长，天然气的交接方式有可能与国际接轨，实现从体 积计量转变为能量计量。用于贸易交接系统的天然气计量系统主要组成 包括：（1）计量仪表: 质量流量计、超声波流量计、涡 轮、标准孔板表等；（2）变送器: 温度、压力变送器及温度表、压力表；（3） 分 析 仪 表: 自 动 取 样 器 、 气 相 色 谱 分 析 仪等；（4）带有加热装置/防爆空调及可燃气体报警器 的分析小屋；（5）在线比对回路和在线标定接口；（6）管路和阀门: 包括下游关断阀、比对阀门、 排污阀、泄放阀；（7）仪表和电路系统,比如: 电源分配箱、信号接 线箱、挠性连接管、防爆穿线管、穿线盒等；（8）控制机柜,流量计算机，plc(控制阀门和回 路切换)；（9）各种钢架支撑结构、扶梯、过道、底座等。2 天然气计量标准天然气计量实际上是对天然气流量的测量,是 在天然气流动过程中间接测量的, 测量的准确度取 决于整套测量系统的合理设计、建设、操作和维护等 全过程的质量2。 在天然气计量的相关标准中,流量计量标准是主要的,另外包括天然气密度、组成、发 热量、压缩因子等相关参数的测量和计算标准,还有 仪器仪表、设计及安全等标准。目前，北美及欧共体均制定了天然气计量的相 关标准，国际化标准组织（iso）也有一套天然气计量 的标准体系，我国天然气计量标准是根据国内天然 气计量的实践经验和上述国外的相关标准资料进行 编制的，流量计标准已基本构成完整的体系，正逐步 由单一标准向多重标准发展。 上述相关天然气计量 标准体系见表 1。天然气流量计的选择对于一个用于贸易交接的天然气计量场站，最 核心的部分就是流量计的选择。 计量的精确与否涉 及到贸易的公平公正和贸易双方的利益，而流量计 的精度往往是影响整个计量系统的关键。流量计的使用中首先遇到的是仪表的选型问 题。 在进行具体选型时,一般需要综合考虑以下几方 面的因素3:（1）仪表性能:精确度、重复性、线性度、测量范 围、压力损失、上下限流量等；（2）流体特性:流体压力、温度、密度、粘度润滑性、化学性质、腐蚀、脏污、气体压缩系数、等熵指数、 比热容、混相流、脉动流等；（3）安装要求:管道布置方向、流动方向、上下游 直管段长度、管径、维护空间、管道振动、过滤、排污 辅助设备等；（4）环境条件:环境温度、湿度、安全性、电磁干 扰、防爆等；（5）经济条件:价格、维修费、校验费、运行费、使 用期限等。目前， 在天然气流量计量交接计量的实际应用 中，主要有孔板差压式流量计、气体腰轮流量计、涡 轮流量计和超声波流量计等。 其主要流量计的性能 对比见表 24。由表 2 可得出，气体超声波流量总体性能优于 其它类型的流量计，具有如下特点：（1）适用于 dn150 以上大口径、高流量的计量；（2）测量范围宽,量程比大,测量精度优于0.5%, 重复性优于0.2%，符合贸易交接计量要求；（3）无可动部件，可直接进行清管作业；（4）安装使用方便和维修费用低等优点,能实现 双向测量；（5）各种不同声道的流量计适合多种流态计量。表 1 相关天然气计量标准国际标准化组织（iso）北美天然气计量相关标准iso 51672000差压流量计aga no2容积式流量计iso 93001990临界流文丘里喷嘴aga no3孔板流量计iso 99511993涡轮流量计aga no5燃气的能量测量iso 107901994科里奥利质量流量计aga no7涡轮流量计iso/tr 127651998传播时间法超声流量计aga no8天然气压缩因子计算iso/tr 51681998不确定度的估计aga no9多声道超声波流量计iso 12213天然气压缩因子计算aga no10天然气和其它相关烃类气体的声速iso 6976发热量、密度、相对密度和沃泊指数欧共体天然气计量相关标准中国天然气计量相关标准eniso 5176差压流量计gb/t 2624-93节流装置gb/t 1314-91流量测量仪表基本参数pren 1226l涡轮流量计gb/t 13610-1992天然气的组成分析气相色谱法pren l2480容积式流量计sy/t 6143-1996天然气流量的标准孔板计量方法iso/dis 12213天然气压缩因子计算gb/t 11062-1998热量、密度、相对密度和沃泊指数iso/tr l2764涡街流量计gb/t 17747-1999压缩因子gb 178201999天然气iso/tr 12765传播时间法超声流量计gb/t 18603-2001天然气计量系统技术要求iso 6976发热量、密度、相对密度和沃泊指数gb/t 18604-2001气体超声流量计表 2 不同类型流量计性能对比流量计类型量程比压损对涡流敏感度对流速分布敏感度测脉动流测双向流测湿气体清洗管路孔板13（4）很大很敏感很敏感不适合不能不能不能涡街140较小很敏感很敏感不适合不能不能不能涡轮150较小不敏感不敏感不适合不能不能不能超声波140（160）无不敏感不敏感适合可以可以可以浙江 lng 计量撬装系统1 浙江 lng 项目简介浙江 lng（液化天然气）接收站项目一期工程 设 计 规 模 为 300 104t/a， 二期工程设计规模将达 600104t/a。 接收站的功能是接卸由 lng 远洋输送 船运来的 lng，在 lng 储罐内储存并进行气化，气化后的天然气通过输气干线分别送到沿线地区城市 和工业用户。2 计量撬装系统选择及组成（1）计量撬装系统选择浙江 lng 接收站项目不同于广东和福建 lng 接收站项目，因为广东和福建 lng 接收站项目均包 括外输干线，即站线一家，其贸易交接计量是由城市 门站完成。 由于西气东输和东海气的原因，浙江省 管网是由另外的公司经营，接收站只需与管网公司 进行贸易交接计量。根据接收站与管网公司的协议，计量采用能量 计量，用于贸易交接的计量精度要求优于1%。 为满 足提高贸易计量的精度，降低操作、维修成本，缩短 施工工期的要求，通过比选分析，浙江 lng 接收站（2）计量管路尺寸设计对于采用超声波气体流量计进行计量， 北美天 然气计量标准 aga no9 明确规定， 需定期进行实 流标定。 目前，国内已具备标定 dn300mm 管径流 量计的能力， 配备了移动式流量标定装置， 但对于dn300mm 管径的流量计则需送至国外标定。 从实 际应用的角度出发，对 dn300mm 的流量计定期标 定需将流量计从现场拆卸下来送至国外标定中心标 定，这将增加用户的成本，也不利于接收站运营。 基于以上考虑，浙江 lng 项目计量撬装系统中计量管 路采用 12（dn300）的管径，以便满足国内目前的标 定要求。根据 gb/t 18603-2001 规定， 天然气体积计量 的标准参比条件为 293.15k 和 101.325kpa， 发热量 计量的标准参比条件为 293.15k， 计量站管道内径 应依据最大流速 20m/s 进行初算5。 因此，计量管路 最大设计流速取 20m/s。 整个撬装系统所需计量管 路数目应采用 n+1 的原则，以保证在某一计量管路 检修或标定期间保证整个接收站的外输量。 计量管 路数可采用公式（1）、（2）进行计算：项目将采用装有气体超声波流量计的计量撬装系 p*q* p1q1 统。（2）计量撬装系统组成浙江 lng 计量撬装系统主要包括计量管路、超z*t* = z t11n= 4q1 v0d2（1）（2）声波流量计、温度与压力变送器、自动取样装置、在 线气相色谱分析仪、流量计算机、监控计算机、网络 服务器、外输管线及相应阀门仪表等。3 计量撬的设计（1）设计参数浙江 lng 接收站设计中选用的 lng 外输参数 见表 3。输送压力 p1 /mpa7输送温度 t1 /0一期最高外输流量 /m3（n）h-11 350 000二期最高外输流量 /m3（n）h-11 850 000表 3 lng 接收站外输参数式中： p*标况下压力，101.235kpa； q*标况下的体积流量，m3/s； t*标况下温度，273.15k； z*标况下压缩因子； p1天然气外输压力，kpa；q1贸易交接下体积流量，m3/s；t1贸易交接温度，k；z1贸易交接条件下的压缩因子； d管内径，m； v0计量管路流速，m/s； n管路计量数。经计算，n=3.45，取整 n=4，即浙江 lng 接收站计量撬装系统在满足一期最高外输流量的情况下需 4 条管路同时计量，根据上述 n+1 原则，计量撬装系 统需配备 5 条计量管路。 二期经计算 n=4.73，取整 后 n=5， 因此二期只需在原来计量系统的基础上再 增加一条计量管路就能满足外输计量要求。4 计量撬装工艺流程图 2 浙江 lng 项目计量撬装系统流程图如图 2 所示， 经接收站气化后的天然气进入 36天然气总管后， 分成 5 路 12支管分别进入计量 管路 ae（计量管路 e 作为备用，正常工况时计量 站 e 的管线出口阀关闭）， 经计量后的天然气再次 汇成 36天然气外输总管进入输气管网。 在进入计 量站计量前的天然气总管上安装一套天然气取样系 统，对天然气进行连续取样，样气送入气体色谱仪分 析天然气组分，数据输入流量计算机。 每路支管上 设有超声波流量计、压力和温度变送器及流量计算 机，用于测量、记录经过计量站气体的总流量、瞬时 流量、压力、温度和热量，计算出用于贸易交接工况 下的能量流量，数据同时传送至 lng 接收站中央控 制室。为增加测量精度，在各个支管间设置有比对管 线。 同时，为保证计量安全，在计量管路增设一套超 声波流量计作为核查表，目的是通过对比计量用流 量计的流量数值， 包括对比声速和阀门开关时对流 量的影响，保证贸易交接的精度。核查表要求采用与 计量撬内用超声波流量计不同品牌的产品， 因为用 一种品牌的流量计，技术一样，工艺一样，在同一现 场出现的问题可能也会一样， 失去了安装核查表的 意义。计量系统同时设有一台监控计算机， 用于收集 从各个支管流量计算机来的数据， 分析统计整个外 输天然气总的体积流量、质量流量、体积流量累计、 质量流量累计、瞬时流量、日流量、热值指示、成分分 析、wobb 指数以及一般报警，数据输出至 lng 接 收站中央控制室。小结浙江 lng 接收站项目贸易计量交接采用能量 计量，充分体现天然气的使用价值。选用由先进的超 声波流量计组成的计量撬装系统， 能有效的保证计 量的整体精度；根据现行