國家管網(wǎng)集團廣東省管網(wǎng)有限公司 劉 金

1 天然氣輸差概念及計算公式

1.1 輸差概念

輸差是指在一個特定的時間內(nèi)，流體介質(zhì)輸送過程中出現(xiàn)的輸出貿(mào)易計量值與輸入貿(mào)易計量值的差值。主要分為單點輸差和系統(tǒng)輸差。

單點輸差為某一個交接計量點的輸差，即某個計量點在同一時間段內(nèi)的計量差值。單點輸差是天然氣長輸管道最常見的一種輸差統(tǒng)計形式[1]。單點輸差是產(chǎn)生系統(tǒng)輸差的主要原因之一。

系統(tǒng)輸差是指整個輸送管網(wǎng)的輸差，綜合考慮了接氣計量、輸氣計量、管網(wǎng)儲氣變化量、生活和生產(chǎn)用氣量、空氣量、損耗量等，也是長輸管道運營管理公司(以下簡稱管輸公司)氣量盈虧情況的直觀體現(xiàn)。

1.2 系統(tǒng)輸差計算公式

國家管網(wǎng)集團廣東省管網(wǎng)有限公司對所轄長輸管道系統(tǒng)輸差ΔQ按式(1)計算：

式中：Q1——同一時間段內(nèi)總輸氣量，m3；

Q2——同一時間段內(nèi)總進氣量，m3；

Q3——同一時間段內(nèi)總生活和生產(chǎn)用氣量，m3；

Q4——同一時間段內(nèi)總放空氣量，m3；

Q5——同一時間段內(nèi)管道損耗量，m3；

V1——計算開始點的儲存氣量，m3；

V2——計算結(jié)束點的儲存氣量，m3；

ΔV——計算結(jié)束點與計算開始點的管網(wǎng)儲氣變化量，m3。

正常情況下，Q1和Q2均采用日常交接并簽單確認的計量數(shù)據(jù)，即Q2為上游給管輸企業(yè)的計量憑證，Q1為管輸企業(yè)給下游的計量憑證。對于Q3、Q4、Q5，如數(shù)量太少，可以忽略不計。

式中的V1、V2很難進行精確計算，但管輸公司可以每日粗略計算輸差，然后以周或月為周期進行數(shù)據(jù)對比分析，發(fā)現(xiàn)輸差的變化規(guī)律，找出輸差變化的根源并采取相應(yīng)控制措施。

長距離輸氣管道均采用超高壓力輸氣，以國家管網(wǎng)集團廣東省天然氣管網(wǎng)為例，該管網(wǎng)干線運行壓力在4.5 MPa至5.5 MPa之間。目前有6個接氣點、沿線數(shù)十個分輸站場。從接氣點接氣后通過長距離輸送，并通過分輸站場的過濾、計量、調(diào)壓等工藝流程后分輸?shù)较掠斡脩簟２煌託恻c的氣質(zhì)組分均有所不同，且在每個接氣點或輸氣點均會產(chǎn)生單點輸差。

2 天然氣輸差原因分析

輸差問題產(chǎn)生的原因很多，只有對其進行全面剖析，并采用適當(dāng)?shù)氖侄斡枰园芽?，才能從根本上將輸差控制在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，進而有利于企業(yè)的良性發(fā)展。從式(1)中可看出，計量器具導(dǎo)致的進氣量與輸氣量計算誤差、放空、儲存氣量計算誤差等，是影響輸差的主要因素。

2.1 計量設(shè)備導(dǎo)致計量誤差

計量設(shè)備可用來測量每個場站一定時間段(一般取一天，即24 h)的進氣量和輸氣量。天然氣長輸管道所有輸氣場站的進氣量、輸氣量相加即可得式(1)中的總進氣量Q2、總輸氣量Q1。根據(jù)式(1)可知，其他條件不變的情況下，Q1越小，則輸差ΔQ越??；Q2越大，則輸差ΔQ越小。

廣東省管網(wǎng)公司使用的計量設(shè)備主要是超聲波流量計和溫度變送器、壓力變送器、流量計、色譜分析儀等計量儀表。流量計和計量儀表的精確度會直接影響到單點輸差。理論上，計量點的計量設(shè)備都不可避免存在一定的偏差，接輸氣計量點越多，該偏差會不斷累積[2]。

對于天然氣長輸管道而言，以下幾個方面也會產(chǎn)生系統(tǒng)輸差。

2.1.1 計量設(shè)備設(shè)計選型不合理

設(shè)計初期對下游用戶的提氣能力錯誤估計，導(dǎo)致對計量設(shè)備、計量管徑等規(guī)格選型不適合；流量計前后直管段長度不夠或工藝設(shè)計不合理等原因，都會導(dǎo)致計量不準(zhǔn)確。如廣東省管網(wǎng)公司部分流量計尤其是電廠的流量計量程選得比較大，當(dāng)電廠僅鍋爐小流量(瞬時流量幾百方每小時)用氣時，流量計計量不準(zhǔn)，需要以下游計量為準(zhǔn)或進行估算。

2.1.2 臟污雜質(zhì)堆積影響

隨著使用時間增長，天然氣中含有的水、硫化鐵粉末和其他臟污雜質(zhì)在管道內(nèi)和超聲波探頭上慢慢堆積，會影響超聲波流量計的計量準(zhǔn)確度。主要包括3個方面的影響：(1) 臟污雜質(zhì)使流量計表體的有效內(nèi)徑變小，導(dǎo)致計量結(jié)果偏大。(2) 探頭表面堆積減少了超聲波傳輸長度，進而傳播時間變小，導(dǎo)致流量計計量結(jié)果偏大；但腐蝕清洗后，又會使流量計內(nèi)徑增大，造成流量計的計量結(jié)果偏小。(3) 上游直管段的表面和表體內(nèi)壁粗糙度變化，流速分布也會產(chǎn)生變化，而導(dǎo)致流量計的準(zhǔn)確度受影響。有研究表明，臟污雜質(zhì)的堆積，對直徑較小的超聲波流量計的影響更大。

2.1.3 壓力變送器和溫度變送器的影響

溫度和壓力的測量是否準(zhǔn)確，直接影響到系統(tǒng)計量精度。在實驗測試中，溫度或壓力的不準(zhǔn)確使標(biāo)準(zhǔn)參比條件下體積量的誤差高達±0.5%。因此，場站運行時應(yīng)加強變送器儀表維保檢定，保證儀表正常工作，從而確保超聲波流量計計量準(zhǔn)確性。

2.2 管網(wǎng)儲氣變化量計算誤差

管網(wǎng)儲氣變化量ΔV與管網(wǎng)管段總?cè)莘e、天然氣溫度、壓力和壓縮因子有關(guān)，其公式為：

式中：ΔV——管網(wǎng)儲氣變化量

V——管網(wǎng)管段總?cè)莘e，m3；

T——氣體平均溫度，K；

T0——293.15 K；

p0——0.101 325 MPa；

p1——起始時間管道內(nèi)氣體平均絕對壓力，MPa；

p2——終止時間管道內(nèi)氣體平均絕對壓力，MPa；

Z1、Z2——對應(yīng)p1、p2時的氣體壓縮因子。

導(dǎo)致儲氣變化量誤差主要有以下幾方面影響因素：

(1) 氣體平均溫度T計量誤差。溫度測量差異對儲氣變化量計算的影響較大。通常，溫度相差1 K會造成管網(wǎng)儲氣量計算量約0.3%的差異，因此，需要正確選取溫度測量點。不能選取氣體靜態(tài)點進行測量，因為該點溫度受外界影響較大；而應(yīng)選取動態(tài)點的溫度(即天然氣流動時的溫度)，且管網(wǎng)需取同一時間點的溫度。

(2) 氣體平均壓力p1、p2的計量誤差。需在運行壓力平穩(wěn)時讀取壓力值。

(3) 氣體壓縮因子Z1、Z2的計算誤差。一般根據(jù)經(jīng)驗公式選取。在其他條件不變的情況下，壓力越大，壓縮因子越小。壓縮因子計算的準(zhǔn)確性對輸差計算影響較大。

2.3 其他原因

包括施工和運維管理不善，以及自然災(zāi)害等導(dǎo)致的系統(tǒng)輸差問題。主要有以下方面：

(1) 作業(yè)人員責(zé)任心不強。如管道系統(tǒng)泄漏、儀表故障沒及時發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)問題未及時排除等；在天然氣接輸過程中，工作人員麻痹大意，玩忽職守；輸差計算時粗心大意；巡檢驗漏不仔細以及發(fā)現(xiàn)問題后未及時整改等。

(2) 輸氣管道的施工質(zhì)量管理和運行管理不到位。主要為施工質(zhì)量不達標(biāo)造成閥門、儀表管閥件、管道焊接處等泄漏，未對計量儀表定期檢定以及生產(chǎn)運行過程中管線的腐蝕穿孔，還包括電化學(xué)腐蝕、化學(xué)腐蝕和雜散電流腐蝕等。

(3) 自然災(zāi)害原因，指泥石流、山體滑坡等自然災(zāi)害導(dǎo)致的管道泄漏。近年來國內(nèi)多次出現(xiàn)山體滑坡導(dǎo)致的天然氣管道泄漏，造成了較大的財產(chǎn)損失和人員傷亡。

3 輸差的控制措施

通過對天然氣輸差產(chǎn)生原因進行全面分析，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致輸差的眾多原因，有些是不可避免的，但有些則可采用科學(xué)合理的、有針對性的措施進行控制落實，從而降低整個系統(tǒng)輸差。

3.1 加強計量管理

3.1.1 設(shè)計階段

合理進行輸氣工藝設(shè)計及計量設(shè)備的選型，溫度變送器、壓力變送器盡量選用精度高的儀表，使得溫度、壓力的數(shù)據(jù)采集更加準(zhǔn)確。當(dāng)場站投入使用后，如因設(shè)計不合理再需對場站進行工藝改造，不管是對輸氣方還是接氣方都有諸多不便。因此在設(shè)計初期要做好市場調(diào)研，對用戶當(dāng)前提氣能力要充分掌握，對未來提氣能力要有足夠的預(yù)判，并根據(jù)提氣能力采用合適的輸氣壓力、管道管徑等，以及選擇合適的計量設(shè)備，才能保證計量準(zhǔn)確。

3.1.2 施工階段

廣東省管網(wǎng)公司目前計量設(shè)備均為撬裝設(shè)備，所以預(yù)制時超聲波流量計所在位置上下游直管段長度應(yīng)嚴格滿足如下要求：超聲波流量計距上游直管段＞10D，下游直管段＞5D，以保證天然氣的流態(tài)達到儀表精度要求。

撬裝設(shè)備安裝階段應(yīng)做好計量撬、流量計、流量計算機的到貨驗收以及基座土建施工，廠家必須按照設(shè)備技術(shù)要求安裝各種儀表設(shè)備。安裝過程中應(yīng)做好預(yù)留管口的封堵，防止灰塵雜物等進入；焊接時通過控制焊接工藝、焊后清理管道內(nèi)焊渣等措施，以避免灰塵等雜質(zhì)污染流量計探頭。

3.1.3 運行階段

(1) 建立計量管理體系。使用過程中需定期檢定流量計，并加強日常維護保養(yǎng)，及時清污；關(guān)鍵儀表如溫度變送器、壓力變送器、流量計等需定期檢定和維護保養(yǎng)，；同時，現(xiàn)場人員時刻關(guān)注計量系統(tǒng)的運行情況，對流量計算機出現(xiàn)的報警等異常情況及時上報計量工程師處理；場站與相關(guān)工程師要形成互相監(jiān)督的機制。

(2) 做好上下游計量比對。管輸企業(yè)要在與上游交接表具的下游不遠位置加裝比對計量設(shè)施，每天與上游流量表具比對。如發(fā)現(xiàn)上游表具計量偏差較大，要及時與上游企業(yè)協(xié)調(diào)，要求上游氣源單位出具表具檢驗?zāi)甓葓蟾?，確定其數(shù)據(jù)正確。同樣，管輸企業(yè)要在與用戶交接表具的上游加裝比對計量設(shè)施，確保計量偏差在合理范圍。

以廣東省管網(wǎng)公司為例，對個別新增下游用戶，因長輸管道的閥室或場站沒有預(yù)留加裝計量設(shè)備位置，只能以下游用戶的計量數(shù)據(jù)進行結(jié)算，缺少上下游計量數(shù)據(jù)的比對分析；對上游分輸站如高欄港站，因未在其下游不遠位置設(shè)置比對計量設(shè)備，導(dǎo)致此處單點輸差不確定。系統(tǒng)輸差公式按ΔQ=0反推估算，當(dāng)進氣量為1 000萬m3/d時，實際接氣量偏差(3萬～5萬)m3/d，由此一年輸差累計較為可觀。上述情況給生產(chǎn)部門分析輸差根源以及控制輸差帶來了諸多不便。

(3) 定期對計量支路進行切換，并做好切換記錄。場站定期對計量支路進行切換，切換前先進行計量比對，切換后密切關(guān)注系統(tǒng)輸差的變化。每個接輸氣計量點的計量支路可在不同時間切換，以便排查輸差原因，并第一時間解決；做好上下游計量數(shù)據(jù)的比對，發(fā)現(xiàn)問題第一時間排查原因。

(4) 生產(chǎn)調(diào)控應(yīng)加強管線輸差實時監(jiān)控。以廣東省管網(wǎng)為例，它采用了先進的數(shù)據(jù)監(jiān)控與采集系統(tǒng)(SCADA系統(tǒng))，可對所有場站及閥室的生產(chǎn)數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時采集，通過技術(shù)手段可以將這些數(shù)據(jù)納入計算程序，實現(xiàn)管線輸差的實時生成，當(dāng)輸差數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時可在第一時間發(fā)現(xiàn)并進行分析排查。這在實際工作中仍具有一定的實用意義。

3.2 加強管道和設(shè)備的運行監(jiān)控

通過加強人員管理、采用SCADA系統(tǒng)、管道安全預(yù)警系統(tǒng)、加強巡檢等技術(shù)手段和管理措施，盡量減少管道損耗量Q5。

目前廣東省管網(wǎng)公司使用SCADA系統(tǒng)，實現(xiàn)了對管線運行參數(shù)的自動采集及控制。若壓力、溫度、氣體檢測、流量等參數(shù)出現(xiàn)異常，系統(tǒng)會自動報警，及時發(fā)現(xiàn)和處理問題；同時，可以通過檢測管道中壓降速率，判斷管道是否發(fā)生泄露，并觸發(fā)管道截斷隔離功能。

管道安全預(yù)警系統(tǒng)通過沿線光纖預(yù)警，能檢測到管道周圍5 m的動土事件，自動報警，準(zhǔn)確定位，通過該系統(tǒng)及時發(fā)現(xiàn)動土事件和意外破壞事件。

建立健全場站和管道的巡檢制度，并規(guī)范作業(yè)流程。場站人員定期對工藝設(shè)備進行巡檢驗漏，發(fā)現(xiàn)設(shè)備泄漏時第一時間處理，減少泄漏損耗；在維修設(shè)備時，最大程度減少放空損耗；巡線人員定期對管道進行巡查，發(fā)現(xiàn)第三方施工或盜氣行為時第一時間采取措施；對地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)的路段定期排查，對管線周邊群眾做好安全宣貫工作。

加強長輸管道內(nèi)檢測工作，確保管道完整性，防止發(fā)生泄漏。

3.3 注重計量技術(shù)創(chuàng)新

天然氣計量交接主要通過體積計量交接、質(zhì)量計量交接、熱值計量交接3種方式。天然氣熱值計量是比體積和質(zhì)量計量更為科學(xué)和公平的計量方式。20世紀80年代以后，熱值計量技術(shù)的應(yīng)用在西歐和北美日益普遍，已成為當(dāng)今天然氣計量技術(shù)的發(fā)展方向[3]。我國大部分仍采用體積計量交接的方式。隨著天然氣行業(yè)的迅猛發(fā)展，應(yīng)加快計量技術(shù)創(chuàng)新速度，實現(xiàn)計量的科學(xué)化、智能化、自動化。

3.4 通過與上游和用戶簽訂代輸協(xié)議降低風(fēng)險

管輸公司作為代輸企業(yè)，也要承擔(dān)輸差風(fēng)險。管輸公司共有兩個計量交接點，分別是接氣計量交接點和輸氣計量交接點。行業(yè)規(guī)定計量交接以上游計量為準(zhǔn)。為了防止接氣點上游計量不準(zhǔn)導(dǎo)致輸差虧損嚴重，管輸公司可以與上游簽訂協(xié)議，當(dāng)接氣點上游計量比管輸公司計量大于 1%時，采用廣東管網(wǎng)計量為準(zhǔn)，以控制虧損，提高公司效益。

4 結(jié)語

產(chǎn)生輸差的因素很多，每個管輸企業(yè)面臨的問題可能也不一樣，控制難度較大，但是辦法總比困難多，如生產(chǎn)運營人員在做好本職工作的同時，注意身邊的跑冒滴漏，做好管道維護、巡視、巡檢驗漏等。只有管輸企業(yè)在管道項目建設(shè)運營全周期的各方面緊密把控和規(guī)范管理，方能有效控制輸差。