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天然气流量计工程设计
点击次数:750 发布时间:2014-07-19

1.1 站场选择
针对中国石化天然气流量计的压力等级、流量范围以及现有天然气输气站场的设计压力、输气压力、流量、站场用地和辅助设施等站址选择条件,通过调研和现场勘察,zui终确定中国石化榆济管道的齐河末站满足检定台位系统的选址条件。
齐河末站原工艺系统设计压力为IOMPa,建有2台并联的DN250超声流量计计量橇,2台并联的DN400调压管路橇,高压天然气经计量后,可调节降低到(4—6)MPa,再用DN500输气管线输往下游管网,设计输气量≤5000m3/h。另外,在齐河末站内,还有一块1500m2的预留空地(65m×23m),并且电力系统、消防系统、放空、排污系统、综合办公楼、进出站道路和交通条件等都可依托,可节省投资和缩短时间。
1.2 取气回气方案及工艺流程
检定台位系统是在齐河末站调压橇下游的DN500输气管线上进行取气和回气,即在DN500输气管线上设置1台DN500球阀,在该球阀的上游、下游管线安装三通,分别在2个异径三通处连接1台DN300阀门及管线,作为检定台位系统的取气和回气管线。当需要把齐河末站的天然气引人到检定台位系统时,可将DN500输气管线上的球阀关闭,天然气通过DN500球阀上游DN300取气管线进入到检定台位系统,再从下游的DN300回气管线回到DN500输气管线出站,实现取气和回气操作;当不需要检定时,则把DN500输气管线上的球阀打开,同时关闭其上、下游的DN300阀门,齐河末站将正常输气,具体见图1。

天然气通过进出站阀组及旁通流量调节系统后,天然气流经取气管线、立式过滤器、流量计检定台位、移动标准装置、流量调节系统后,再由回气管线回气至齐河末站DN500输气管线,zui后外输出站。另外,本工程还设有放空、排污和氮气流程,其中在DN50放空管线上设置单流阀,可防止回火回气保证放空操作安全。
1.3 基本组成
天然气流量计计量检定台位系统主要有9个部分组成:(1)进出站阀组及旁通流量调节系统;(2)立式过滤器;(3)流量计检定台位测量管路;(4)移动标准装置;(5)流量调节系统;(6)温度压力测量仪表;(7)防爆仪表接线箱;(8)氮气系统;(9)放空及排污系统。
另外,还有控制系统、配电系统、气动工具系统及检定区防晒防雨棚、库房等辅助设施。
1.4 移动标准装置技术指标
(1)设计压力:10MPa;
(2)天然气介质工作温度:(-5~30)℃;
(3)天然气工况流量:(20 8OOO)m3/h;
(4)流量测量不确定度:优于0.33% ;
(5)流量测量重复性:优于0.1% ;
(6)进口、出口管路直径:DN300;
(7)防爆等级:优于ExdlIBT4;
(8)防护等级:优于IP65;
(9)总体尺寸:长度12.5m X宽度2.5m X高度3.7m;
(10)总重量:24t。
1.5 检定台位系统设计参数
(1)检定台位系统设计压力:10MPa;
(2)天然气输气压力:(4~6)MPa;
(3)天然气介质工作温度:(-5~30)℃;
(4)可检定的天然气工况流量:(20 8OOO)m3/h;
(5)检定台位管道口径:DN150、DN300。
1.6 流量量值溯源和传递
按照国家计量标准管理要求,移动标准装置应定期到国家石油天然气大流量计量站南京分站用次级标准装置进行周期校准,完成量值溯源;再用移动标准装置对被检流量计进行现场实流检定,其量值溯源和传递过程见图2。

1.7 检定台位设置
设置了常用的DN300、DN150两种口径的被检流量计台位,这2路测量管路为并联设置,检定其他口径的流量计可通过大小头变径来实现。在每路被检流量计前后设置较长的前后直管段测量管路,前直管段长度大于20D(D为管道内径)、后直管段长度大于10D,并在前直管段IOD处安装板孔整流器。为了保证天然气介质流动状态稳定,直管段采用深孔镗床加工,内表面粗糙度优于Ra=3.2tan,圆度公差优于0.3%,垂直度优于0.05mm,并进行化学镀镍处理。
可对超声流量计、涡轮流量计、质量流量计和容积式流量计等进行检定校准,可采集脉冲信号(频率信号)、(4~20)mA信号、RS485信号。在每个被检流量计台位处分别设置1个防爆仪表接线箱,以便将被检流量计的流量信号、温度信号、压力信号接人到检定台位系统中完成对现场测量数据的采集处理和计算。
在被检流量计台位处还设置气动工具台位系统,可方便快速的拆装DN25一DN400口径的被检流量计。
1.8 流量调节
在计量和检定过程中,天然气流量调节的准确性和流动状态的稳定性是检定台位系统设计的核心内容之一,选用合适的调节阀是其关键所在,通过调研,选用了性能可靠、调节精度高、流动稳定、噪音低、调节比大、压力损失小,并且在国内外天然气计量检定站都广泛使用的轴流式调节阀。
主流量调节台位系统采用2台不同口径的轴流式调节阀(DN300和DN80)并联设置,可满足被检流量计(20~ 8000)m3/h的全量程流量调节;在进出站阀组区设置DN300旁通流量调节阀,把多余的流量调节分输到下游,可确保检定中流量调节而不影响齐河末站的正常输气。
1.9 仪表设备选用和要求
(1)工艺系统、配电系统按照天然气防火防爆要求设计,仪表设备也选用隔爆或本安型,防爆等级优于ExdI—IBT4、防护等级优于IP65。
(2)压力测量选用电容原理、智能型绝压变送器,zui大允许误差优于-I-0.o4%。温度测量选用智能型温度变送器,zui大允许误差优于-1~0.1℃,配套A级铂电阻温度传感器。
(3)选用调节精度高、流动稳定、噪音低、压损小的轴流式调节阀,用于检定流量调节控制。
(4)在每个被检流量计后直管段下游处都设置手动液压伸缩器,其zui大伸缩长度≥100mm,以调节连接管线的长度,可方便快速的拆装被检流量计。
(5)氮气台位系统用于在拆卸安装被检流量计时,对前后直管段内的天然气进行吹扫和空气置换,以保证检定和生产安全。通过对液氮设备、制氮设备和氮气钢瓶组等三种氮气设备的性能比较,选用了经济适用的氮气瓶组方案,即把4个氮气瓶固定安装在一个橇座上,分别用4个减压阀连接到1根高压软管上,再与工艺台位系统上的氮气管线相连,以便给工艺台位系统管路提供氮气。
(6)为防止天然气流经汇气管时产生扰流,汇气管采用拔制工艺制造,其主管和支管之间的连接处为圆滑过渡,要求主管流速不超过10m/s,支管流速不超过20m/s,支管直径与主管直径的比值≤O.70。
(7)为了天然气站场操作安全,选用2台防爆柴油叉车,在检定时拆装被检流量计和直管段。
1.10 主要设计措施
(1)根据有关检定规程规范要求,在每个流量点的每一次检定过程中,检定用天然气的温度变化不能超过±0.2K,压力变化不能超过±(10~20)mbar,流量变化不能超过±0.5%。即在计量检定过程中,地面上的工艺设备和管道不能受环境条件影响(管道内流动的天然气介质不受管道内壁温度影响),针对此要求采取二项措施,一是对地面上铺设的工艺管道、立式过滤器、汇气管等设备都进行保温处理,并用铝合金薄板作外护层处理,以防止地面上的工艺管线和设备在检定过程中受环境条件影响,使得在管道中流动的天然气介质的温度变化较小、相对稳定。二是设置钢结构防晒防雨棚,把室外安装的工艺管道和仪表设备全部遮罩在钢结构防晒防雨棚下,防止阳光直射造成工艺管道和设备的表面温度升高。
(2)在工艺台位系统设计布置时,减少被检流量计和移动标准装置之间的管气容,可实现陕速准确的计量检定。
(3)设计专用立式滤篮过滤器,保证被检涡轮流量计和移动标准装置中的标准涡轮流量计的叶轮不被损坏。
1.1 1 与移动式天然气流量标准装置的连接方法
把检定台位系统与移动标准装置按照图1的方式进行串联连接,就可利用移动标准装置对安装在检定台位上的被检流量计进行检定。由于移动标准装置的DN300进出口法兰和现场工艺管线的法兰面的垂直高度和水平宽度都不相同。所以在检定台位系统与移动标准装置的进出口连接管线之间主要采取了2项措施:
(1)专门设计了s型弯管,可以起到三个作用,一是可以调整2个不同高度管线之间的距离,二是调节检定台位系统进出口管线与移动标准装置进出1:3管线之间的水平宽度,三是利用s型弯管一端的法兰可转动特点,通过转动法兰,确保2个连接法兰面的螺栓孔准确的对位。
(2)设置手动液压伸缩器,可微调2个法兰面之间的距离。
由于在检定台位系统的进口和出口管线上,分别设置了手动液压伸缩器和s型弯管,可以确保与移动标准装置进行快速、准确、严密的连接。
为了提供稳定的天然气流动状态,保证流量测量准确可靠,在移动标准装置进出口处都设计了10D直管段。另外,还设计了专用防爆仪表接线箱、防爆配电箱、承载力≥25t的停车场地。

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