韓彬 朱玉琪

必維船級社（中國）有限公司 （上海 200011）

近年來，隨著國家環(huán)保要求日趨嚴格，煤炭消耗受到越來越多的限制，天然氣在我國能源戰(zhàn)略中的地位逐步凸顯，東海、南海的油氣田項目逐漸增多。由于海底地質(zhì)情況復雜，生產(chǎn)中天然氣組分和生產(chǎn)工況與設計組分和設計工況會有較大差別，而平臺外輸流量計則是依據(jù)設計組分和設計工況進行選型安裝的。這就造成了外輸天然氣計量出現(xiàn)問題，生產(chǎn)方無法掌握可靠數(shù)據(jù)。

對東海某氣田平臺（以下簡稱“LSGP”）在實際生產(chǎn)中遇到的問題進行解析，并找到解決方法。生產(chǎn)方在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)平臺超聲流量計顯示數(shù)值大于設計正常值，與陸上終端接收站的渦街流量計讀數(shù)也有較大偏差，而終端渦街流量計已設置溫壓補償，并且終端工程師對計量數(shù)據(jù)與自耗氣、干氣產(chǎn)量、副產(chǎn)品產(chǎn)量進行了分析，物料平衡較為吻合。因此，工程人員認為渦街流量計計量較為準確,平臺超聲流量計可能存在計量不準確的問題。超聲流量計在流程圖中的設置如圖1所示。經(jīng)實地勘察，現(xiàn)場該超聲流量計已按照圖1裝設溫度傳感器和壓力傳感器，可以實時進行體積流量換算，且現(xiàn)場設備布置符合流量計安裝要求。

1 天然氣計量方法

天然氣輸量計算可劃分為一、二、三級：一級計量應用于氣田外輸氣的貿(mào)易交接計量；二級計量應用于氣田內(nèi)部集氣過程的生產(chǎn)計量；三級計量應用于氣田內(nèi)部生產(chǎn)和生活計量[1]。

圖1 超聲波流量計流程

平臺生產(chǎn)天然氣通過海管輸至陸上終端進行處理，因此平臺外輸屬于二級計量，其系統(tǒng)允許偏差為±5%。

天然氣計量實際上是天然氣流量的測量，是在天然氣流動過程中間接測量的，測量的準確度取決于整套測量系統(tǒng)的設計、建設、操作和維護等全過程的質(zhì)量。目前，天然氣計量方式主要有孔板流量計、渦街流量計、超聲波氣體流量計、設置雙流量計相互校驗及其他新型流量計量技術(shù)[2]。

在國內(nèi)，雖然孔板流量計仍占主導地位，但超聲流量計使用數(shù)量逐年遞增。LSGP天然氣外輸計量器采用外夾式超聲波流量計，其原理是在管道內(nèi)或管道外與軸向成一定方向的一組換能器進行傳送和接受聲脈沖，順流傳送的低聲脈沖被氣體加速，逆流傳送的聲脈沖則被減速，時間差與氣體軸向平均流速有關，因此通過數(shù)值計算可得到氣體流量。其優(yōu)點是測量準確度高、范圍寬、無壓損、無可動部件、安裝使用費低等。

為了便于計量，流量計讀數(shù)一般通過內(nèi)部組態(tài)換算為標準參比條件下的數(shù)據(jù)進行輸出，標準參比條件規(guī)定為：絕對壓力為101.325 kPa，溫度為20℃，干基[3]。標準參比條件下的瞬時體積流量按公式（1）進行計算。

式中：qn為標準參比條件下的瞬時體積流量，m3/h；qf為工作條件下的瞬時體積流量，m3/h；pn為標準參比條件下的絕對壓力，MPa；pf為工作條件下的絕對靜壓力，MPa；Tn為標準參比條件下的熱力學溫度，K；Tf為工作條件下的熱力學溫度，K；Zn為標準參比條件下的壓縮因子；Zf為工作條件下的壓縮因子。

由公式（1）可以看出，除了溫度壓力換算外，還有一項壓縮因子的校正。標準參比條件下的壓縮因子（Zn）由天然氣組分變化引起的變化非常小，趨近于1，可以忽略不計。但在中高壓工作條件下，尤其是地下開采出來的天然氣，其組分變化以及生產(chǎn)工況的壓力、溫度變化波動較大，導致工作條件下的壓縮因子（Zf）持續(xù)動態(tài)變化；由于其數(shù)值變化較大，因此影響不可忽略。

現(xiàn)場儀表系統(tǒng)后臺組態(tài)中并未對Zf進行實時調(diào)整，組態(tài)中的壓縮因子為設計階段根據(jù)設計工況及設計組分，通過HYSYS模擬軟件計算得到，數(shù)值為0.778 9。儀表顯示值雖然經(jīng)過溫度、壓力實時換算，但由于公式（1）中Zf的值一直未進行調(diào)整，這就造成了較大偏差，不能準確反映實際流量。因此，應根據(jù)生產(chǎn)工況及組分變化情況，重新確定壓縮因子的數(shù)值。

2 壓縮因子

2.1 壓縮因子影響因素

壓縮因子的影響因素主要有溫度、壓力、氣體組成[4]，因此需要對上述3個因素進行調(diào)整。溫度、壓力可以通過傳感器進行實時監(jiān)測，輸出至計算系統(tǒng)參與計算。但現(xiàn)場沒有在線色譜分析儀器，因此無法對壓縮因子進行調(diào)整，只能先取樣再對其進行離線分析。色譜分析數(shù)據(jù)見表1。

2.2 壓縮因子計算方法

公式（1）中壓縮因子的計算方法很多，主要有通過儀器測定、通過狀態(tài)方程計算、用經(jīng)驗公式計算、用Standing-Katz圖版確定等[5]。

表1 天然氣色譜分析數(shù)據(jù)

HYSYS模擬計算一般根據(jù)物性選擇不同狀態(tài)方程進行模擬，其物性是根據(jù)不同物質(zhì)的實驗數(shù)據(jù)擬合而得，誤差較大。

GB/T 17747.1—2011《天然氣壓縮因子的計算第1部分：導論和指南》中推薦利用AGA8-92DC和SGERG-88法進行計算。這2種方法計算精度較高，AGA8-92DC計算方法要求對氣體進行詳細的物質(zhì)的量組成分析，SGERG-88計算方法用高位發(fā)熱量和相對密度兩個物理性質(zhì)及CO2的含量作為輸入數(shù)據(jù)。對于中高壓含碳貧氣，AGA8-92DC方法的計算精確度較高，計算誤差在0.5%以內(nèi)；同時，當氣體溫度升高時，該方法的計算誤差將有所減少[6]。

綜上所述，AGA8-92DC方法更適合本次計算。通過Visual Basic編寫程序驗證計算精度并計算所需壓縮因子。

2.3 壓縮因子計算

選取GB/T 17747.2—2011《天然氣壓縮因子的計算 第2部分：用摩爾組成進行計算》附錄C中表C.1中3#氣樣、5#氣樣的氣體組成輸入程序進行計算。不同工況下的計算結(jié)果與附錄C中表C.2中的數(shù)據(jù)進行對比驗證，具體見表2。

由表2可以看出，不同組分在不同壓力下的計

表2 程序計算精度驗證

算結(jié)果與標準規(guī)范中所給真值相同，精度較高，表明軟件計算結(jié)果可靠。

根據(jù)表1數(shù)據(jù)計算壓縮因子，其值為0.84844，輸入及輸出界面見圖2。

圖2 軟件計算界面

原始設計中壓縮因子取值為0.7789，目前生產(chǎn)狀況下，其值偏高達8.9%。若超聲流量計組態(tài)中還是選取原設計值，就會造成流量計輸出值偏高。因此，定期校正組態(tài)中的壓縮因子數(shù)值非常必要。

3 結(jié)語

由于AGA8-92DC方法具有更高的可靠性，建議工藝向儀表提條件時通過AGA8-92DC計算壓縮因子，使輸入條件更加精確。

項目實施后，生產(chǎn)方應根據(jù)生產(chǎn)條件變化和天然氣產(chǎn)品組分的變化，適時調(diào)整超聲流量計中的壓縮因子數(shù)值，保證輸出流量的準確性。

對于計量要求較高的位置，可安裝在線色譜儀，將組分數(shù)據(jù)和監(jiān)測的溫度、壓力值輸入到上位機中進行計算，然后通過遠程通信的方式更新超聲波氣體流量計中的參數(shù)，這樣就可以及時調(diào)整超聲流量計輸出數(shù)值，滿足精度要求。