李增材 郭保玲

1.國家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司 2.北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)研究院

貿(mào)易交接計(jì)量系統(tǒng)(lease automatic custody transfer system,LACT)用于企業(yè)間貿(mào)易交接計(jì)量,普遍用于長輸管道首末站、分輸站、油庫和油田外輸站場等場所。貿(mào)易交接計(jì)量系統(tǒng)通常把涉及計(jì)量的各部分進(jìn)行集成,預(yù)先安裝在同一個(gè)或多個(gè)鋼制基座上,以橇裝形式進(jìn)行設(shè)計(jì)和整體供貨。貿(mào)易交接計(jì)量橇在出廠前需做試壓及各項(xiàng)功能測試,并取得計(jì)量檢定證書,到達(dá)現(xiàn)場后只需和上下游管道連接并把信號連接到控制室的儀表柜后便可以投入運(yùn)行,計(jì)量橇已成為交接計(jì)量系統(tǒng)的主要供貨形式。

目前,全球新建項(xiàng)目中原油貿(mào)易交接系統(tǒng)采用橇裝形式的約占80%。我國近幾年在石油天然氣工業(yè)的許多大型項(xiàng)目上也都采用了計(jì)量橇裝系統(tǒng),例如:蘭成渝成品油管道、珠江三角洲成品油管道及我國在國外投資的哈薩克斯坦原油項(xiàng)目、肯尼亞成品油項(xiàng)目、委內(nèi)瑞拉MPE3原油處理站項(xiàng)目等[1-2]。

1 主要設(shè)備及工藝流程

1.1 主要設(shè)備

LACT主要由計(jì)量單元和標(biāo)定單元組成。根據(jù)介質(zhì)特性、計(jì)量要求和運(yùn)行需求(見圖1)。

具體選用以下元件[3]:

(1)計(jì)量單元:應(yīng)選用計(jì)量精度和重復(fù)性高的高準(zhǔn)確度流量計(jì),包括質(zhì)量流量計(jì)、容積式流量計(jì)、超聲流量計(jì)等,準(zhǔn)確度等級應(yīng)不低于0.2級,最大允許誤差不大于±0.2%。

(2)標(biāo)定設(shè)備:體積管、四通閥、標(biāo)定回路及接口等。重復(fù)性為衡量體積管的重要技術(shù)指標(biāo),通常體積管最大允許誤差為±0.05%,重復(fù)性為0.02%。

(3)計(jì)量儀表:溫度表、壓力表及溫度變送器、壓力變送器。通常,流量計(jì)出口側(cè)安裝分度值不大于0.1 ℃的溫度計(jì),不低于0.4級的壓力表,溫度變送器最大允許誤差為±0.2%,壓力變送器最大允許誤差為±0.2%。

(4)分析儀表:自動(dòng)取樣器(包括取樣循環(huán)泵)、水分析儀、密度計(jì)、H2S分析儀等。

(5)管路和閥門:控制閥宜選用電動(dòng)閘閥、流量控制蝶閥等,截?cái)嚅y選用排污閥、DBB閥等,保護(hù)用閥包括泄放閥、截止閥等。

(5)儀表電路系統(tǒng):電源分配箱、信號接線箱、撓性連接管、防爆穿線管、穿線盒等。

(6)控制機(jī)柜:流量計(jì)算機(jī)、PLC控制器、標(biāo)定計(jì)算機(jī)(含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、標(biāo)定評價(jià)兼操作終端等功能)、UPS。

(7)其他設(shè)備:消氣器、穩(wěn)流器、過濾器等。

計(jì)量單元出口匯管通常設(shè)有水分析儀和自動(dòng)取樣裝置,以檢測油品含水率、硫含量或其他物性指標(biāo),每條計(jì)量管路出口設(shè)置DBB雙截?cái)嚅y門。

1.2 工藝流程

計(jì)量及標(biāo)定系統(tǒng)撬裝內(nèi)的工藝流程分為計(jì)量工藝流程和標(biāo)定工藝流程(見圖2)。

油品交接計(jì)量通過計(jì)量單元完成,計(jì)量單元中的計(jì)量工藝流程通常采用N+1形式(即N路運(yùn)行、1路備用),保證檢修或故障時(shí)不間斷運(yùn)行。每路計(jì)量管路上都設(shè)置流量計(jì)、溫度變送器、壓力變送器及部分就地儀表等,可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、顯示和流量的溫壓補(bǔ)償。取樣口及分析儀表宜設(shè)在計(jì)量橇出口匯管各儀表原件之后,以減少油品擾動(dòng)對測量結(jié)果的影響。

在計(jì)量工藝流程下游的旁路上設(shè)置標(biāo)定工藝流程,流量計(jì)標(biāo)定通過標(biāo)定單元完成。正常計(jì)量時(shí)斷開標(biāo)定工藝流程,標(biāo)定時(shí)則斷開正常計(jì)量通道,開啟標(biāo)定工藝流程,確保標(biāo)定工藝流程與計(jì)量工藝流程呈串連連接。標(biāo)定工藝流程包括100%、75%、50%、25%流量計(jì)輸出的標(biāo)定。對于流量計(jì)每個(gè)輸出值的標(biāo)定,球形置換器在原油的推動(dòng)下從收發(fā)球筒沿體積管運(yùn)動(dòng),通過標(biāo)準(zhǔn)體積段,先后觸發(fā)兩個(gè)檢測開關(guān)并計(jì)數(shù);當(dāng)球被推到體積管另一側(cè)的收發(fā)球筒后,四通閥換向進(jìn)行反向標(biāo)定,一個(gè)來回通球行程為一個(gè)標(biāo)定循環(huán),以上連續(xù)循環(huán)通常重復(fù)2～5次,采用平均值數(shù)據(jù)法或平均流量計(jì)系數(shù)法確定標(biāo)定結(jié)果[3]。標(biāo)定流程可與計(jì)量流程同步進(jìn)行,實(shí)現(xiàn)不停產(chǎn)在線標(biāo)定。

2 計(jì)量及標(biāo)定系統(tǒng)

2.1 計(jì)量系統(tǒng)

高準(zhǔn)確度流量計(jì)為計(jì)量系統(tǒng)核心設(shè)備,主要類型有質(zhì)量流量計(jì)、容積式流量計(jì)(即PD流量計(jì))和超聲流量計(jì)。其中,容積式流量計(jì)包括腰輪流量計(jì)、雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)、橢圓齒輪流量計(jì)、刮板流量計(jì)與渦輪流量計(jì)等,質(zhì)量流量計(jì)常采用科里奧利流量計(jì)。通常,根據(jù)原油黏度、流量范圍和化學(xué)成分等特性選擇適宜的流量計(jì)類型。其中,API MPMS《原油檢測標(biāo)準(zhǔn)手冊》給出了容積式流量計(jì)和渦輪流量計(jì)的選用原則,高黏流體宜選用容積式流量計(jì),成品油計(jì)量或雷諾數(shù)大于10 000的油品宜選用渦輪式流量計(jì)。超聲流量計(jì)在國外原油貿(mào)易交接計(jì)量中的應(yīng)用較為成熟,近年來在國內(nèi)海上原油外輸計(jì)量系統(tǒng)中也得到了應(yīng)用,實(shí)測最大誤差小于0.18%。目前,國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系還不健全,但因壓降小、量程比高、對油品無擾動(dòng)、便于維護(hù)等優(yōu)勢,具有良好的應(yīng)用前景[5]。質(zhì)量流量計(jì)直接測量原油質(zhì)量,不受溫度和壓力的影響,具有準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、量程比大等特點(diǎn),但其壓損大、價(jià)格昂貴、零點(diǎn)不穩(wěn)定、對外部振動(dòng)等干擾敏感性高。

國際貿(mào)易交接計(jì)量以體積計(jì)量為主,我國原油交接計(jì)量沿用蘇聯(lián)和東歐的質(zhì)量計(jì)量方式?？评飱W利質(zhì)量流量計(jì)具有更好的計(jì)量性能,通過密度儀、溫度傳感器和流量計(jì)算機(jī)等設(shè)備也可以實(shí)現(xiàn)向體積流量的轉(zhuǎn)化[6]。通常流量計(jì)生產(chǎn)商依托核心設(shè)備的專有技術(shù)實(shí)現(xiàn)了LACT成橇設(shè)計(jì)和整體供貨。

原油貿(mào)易交接計(jì)量技術(shù)指標(biāo)根據(jù)用戶需要而確定,國際上原油動(dòng)態(tài)計(jì)量執(zhí)行API和ISO標(biāo)準(zhǔn),跨加拿大與美國的Keystone原油管道和里海歐亞地區(qū)的Baku-Tbilisi-Ceyhan原油管道計(jì)量系統(tǒng)最大允許誤差為±0.25%、流量計(jì)最大允許誤差為±0.15%,伊拉克納西里耶油庫原油貿(mào)易交接計(jì)量用流量計(jì)最大允許誤差為±0.15%,委內(nèi)瑞拉PDVSA國家石油公司貿(mào)易交接計(jì)量流量計(jì)最大允許誤差為±0.1%,貿(mào)易交接計(jì)量用流量計(jì)最大允許誤差通常為±0.2%[7-8]。GB/T 9109.1-2016《石油和液體石油產(chǎn)品動(dòng)態(tài)計(jì)量第1部分:一般原則》規(guī)定了用于我國貿(mào)易交接計(jì)量的流量計(jì)最大允許誤差為±0.2%、計(jì)量系統(tǒng)凈油標(biāo)準(zhǔn)體積擴(kuò)展不確定度不大于0.25%、凈油表觀質(zhì)量擴(kuò)展不確定度不大于0.35%,以及流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)和體積管的設(shè)計(jì)、安裝技術(shù)要求等。

2.2 計(jì)算機(jī)控制單元

計(jì)算機(jī)控制單元由流量計(jì)算機(jī)、標(biāo)定計(jì)算機(jī)和服務(wù)器終端組成。

流量計(jì)算機(jī)主要接收流量、溫度和壓力信號,進(jìn)行流量瞬時(shí)和累計(jì)運(yùn)算、控制管路,控制閥門開度,調(diào)節(jié)標(biāo)定和計(jì)量流量等。計(jì)量單元至少設(shè)置1臺流量計(jì)算機(jī),通常為提高可靠性,每路計(jì)量管路設(shè)置1臺流量計(jì)算機(jī),對采集的工藝參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算和控制,在線輸出計(jì)量數(shù)據(jù)。

標(biāo)定計(jì)算機(jī)接收四通閥信號并控制其運(yùn)動(dòng)方向,接收體積管溫度、壓力、含水率和密度等信號,控制流量的比例,進(jìn)行取樣和標(biāo)定,計(jì)算校準(zhǔn)的標(biāo)定體積、儀表系數(shù)M和流量系數(shù)K。標(biāo)定單元設(shè)置標(biāo)定計(jì)算機(jī)1臺,基于計(jì)量單元流量計(jì)算機(jī)的運(yùn)算結(jié)果,調(diào)節(jié)四通閥開度導(dǎo)通體積管開始標(biāo)定流程,調(diào)整流程可進(jìn)行單臺流量計(jì)的標(biāo)定。

2.3 標(biāo)定系統(tǒng)

流量計(jì)的標(biāo)定主要包括體積管法、容積法、稱量法和標(biāo)準(zhǔn)表法,其中體積管法最為常用,且雙向球形體積管常作為LACT橇的一部分進(jìn)行整體設(shè)計(jì)和供貨(見圖3)。對于體積管的檢定需使用二等標(biāo)準(zhǔn)量器[9],其不確定度為2.5×10-4。

3 橇裝化設(shè)計(jì)及供貨特點(diǎn)

國內(nèi)外工程關(guān)于LACT成橇形式存在差異,國內(nèi)油田和原油長輸管道通常采用自行設(shè)計(jì)計(jì)量單元的形式,但標(biāo)定單元需專業(yè)廠家提供,該種方式占地往往較大,設(shè)備體積大需要專用建筑物。目前,國際上交接計(jì)量大都采用專業(yè)供應(yīng)商采用國際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的計(jì)量橇,關(guān)于橇裝化設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和特點(diǎn)如下。

3.1 橇裝化設(shè)計(jì)難點(diǎn)

(1)流量計(jì)和流量計(jì)算機(jī)是核心部件,在成橇緊湊的條件下,應(yīng)考慮如何合理選型、正確安裝和保障可維護(hù),若處理不好則會嚴(yán)重影響計(jì)量橇的性能。

(2)標(biāo)定系統(tǒng)是核心部件之一,用于定期標(biāo)定流量計(jì),通常由專有技術(shù)供應(yīng)商成橇供貨,如設(shè)計(jì)條件和要求不到位易影響后期使用且難以調(diào)整。因此,應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)條件和現(xiàn)場運(yùn)行條件進(jìn)行合理選型、充分考慮標(biāo)定系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)及管理要求、設(shè)備安裝條件等,并在訂貨條件中予以明確。

(3)對于貿(mào)易交接計(jì)量設(shè)備,國內(nèi)和國際相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范存在差異,往往需要得到用戶所在地政府或用戶的審批和認(rèn)證,且需滿足當(dāng)?shù)氐臉?biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

(4)管道裝配情況影響測量性能,必須通過模擬和計(jì)算將渦流等復(fù)雜工況、儀表、設(shè)備與配管統(tǒng)一考慮,保證計(jì)量橇結(jié)構(gòu)緊湊、計(jì)量及標(biāo)定準(zhǔn)確可靠。

(5)選用的流量計(jì)算機(jī)需得到相關(guān)機(jī)構(gòu)認(rèn)證后方可用于貿(mào)易交接計(jì)量,國際認(rèn)可的貿(mào)易計(jì)量認(rèn)證機(jī)構(gòu)包括OIML、PTB、NEL或API等。

(6)國際貿(mào)易用交接計(jì)量單元需要選用國際上具有標(biāo)定資格的機(jī)構(gòu)進(jìn)行送檢,主要有荷蘭鹿特丹NMI、德國PIGSAR、美國CEESI IOWA、加拿大TCC[10]。

3.2 橇裝化設(shè)計(jì)特點(diǎn)

(1)保證計(jì)量精度,降低經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn):整體供貨可以保證一體化的設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的整體測試,所有儀表、設(shè)備、管道可以得到整體評估,避免單臺設(shè)備組裝不當(dāng)導(dǎo)致的滲漏、不嚴(yán)密、儀表調(diào)試不準(zhǔn)確、計(jì)量精度不達(dá)標(biāo)等問題,規(guī)避貿(mào)易糾紛和責(zé)任界面不清帶來的經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)。

(2)有利于保障工期和質(zhì)量:國內(nèi)外生產(chǎn)制造商和成橇集成商已普遍形成標(biāo)準(zhǔn)化橇塊設(shè)計(jì),均可為供應(yīng)商提供整體解決方案,避免工程公司設(shè)計(jì)帶來的關(guān)鍵設(shè)備廠家、成橇集成商和工程公司界面管理不清等問題;貿(mào)易交接計(jì)量系統(tǒng)涉及諸多專利技術(shù)和專有設(shè)備,專業(yè)化程度要求高,由專業(yè)生產(chǎn)制造商或成橇集成商整體供貨,有利于保障工程建設(shè)工期和質(zhì)量。

(3)服務(wù)專業(yè),便于維護(hù):專業(yè)化供應(yīng)商整體橇裝化供貨可以提供設(shè)計(jì)制造、專業(yè)認(rèn)證、安裝調(diào)試、保養(yǎng)維護(hù)等全過程的專業(yè)化服務(wù)和整體技術(shù)解決方案,通常在設(shè)備所在地區(qū)設(shè)有專業(yè)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)設(shè)備維護(hù)和咨詢服務(wù),有利于貿(mào)易計(jì)量橇整體和各部件的專業(yè)化維護(hù)。

(4)對設(shè)計(jì)和采購要求高:國內(nèi)外貿(mào)易交接計(jì)量橇供應(yīng)商設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、理念存在差異,國際供應(yīng)商通常需要與工程所在國家的企業(yè)合作或以代理的形式供貨,以保障設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)滿足當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)規(guī)范和法律法規(guī)要求。國內(nèi)供應(yīng)商通常采購國際品牌關(guān)鍵設(shè)備并進(jìn)行橇裝化組裝,往往需要設(shè)計(jì)單位的介入且專業(yè)化程度也有待提高。

(5)貿(mào)易交接計(jì)量橇價(jià)格高昂:在選用相同設(shè)備材料的情況下,成橇供貨費(fèi)用比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)組裝的方式高出30%左右,且需要供貨商專業(yè)的保養(yǎng)維護(hù),后期維護(hù)成本高。

4 結(jié)語

(1)貿(mào)易交接計(jì)量橇作為國際上交接計(jì)量系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)和供貨形式,具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、服務(wù)專業(yè)等特點(diǎn),橇裝化設(shè)備費(fèi)用高,對設(shè)計(jì)和采購要求高,但由專業(yè)化供應(yīng)商整體橇裝化設(shè)計(jì)和供貨有利于降低經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)、提升整體性能、提高維護(hù)保障能力。

(2)流量計(jì)、計(jì)算機(jī)和體積管作為LACT的核心設(shè)備,其選型和配置是保證計(jì)量系統(tǒng)性能的主要因素,必須進(jìn)行專業(yè)化設(shè)計(jì)和選型。

(3)LACT及內(nèi)部設(shè)備的選型、認(rèn)證、配管、安裝等方面存在的技術(shù)難題是原油貿(mào)易交接計(jì)量及標(biāo)定系統(tǒng)設(shè)計(jì)和評估過程中的重要考慮因素,需要結(jié)合經(jīng)營需求,合理優(yōu)化、嚴(yán)格把關(guān)。