天然气组成变化对流量计量精度的影响分析

 天然气组成变化对流量计量精度的影响分析

张瑛  ,王春艳   ,李容

中国石油长庆油田分公司第二采气厂  陕西 榆林 719000

摘要：天然气组成是采气厂天然气流量计量中不可缺少的计量参数，许多没有在线色谱仪的计量站基本采用每哥一段时间取样的方式进行离线分析。由于近几年天然气田采出气性质的多样性，导致采气厂输气管网天然气组成变化很大，每月一次或每季度一次取样离线分析已不能满足相关质量标准的要求。本文以采气厂在线色谱仪对某天然气管网某站点天然气组成分析的数据为例，以国家相关标准的技术要求为依据，讨论天然气组成变化对天然气流量计量特别是孔板流域计的影响，提出减少组成变化影响的方法建议，供大家参考。

关键词：天然气组成；流量计量；采样频率

0前言

天然气组成是天然气流量计量中不可缺少的计量参数，由于分析条件和现场技术条件的限制，在许多计量站没有条件安装在线色谱仪或累积取样设备的情况下，基本采用每月或每季度取样一次离线分析，并以该组成数据作为下一个计量周期的计量参数。在以前采气厂天然气田开发初期，天然气的组成相对稳定，所以每季取一次天然气样品，离线分析获得天然气组成数据用于天然气流量计量，可以满足《天然气计量系统技术要求》相关标准中对密度和压缩因子测量准确度的要求。但近几年所随着采气厂天然气气田开发进入中后期，各类型气藏及各种采气工艺措施的应用，导致井口产出的天然气组成发生了很大的变化，这些性质不易的天然气进入采气厂输气管网后受天然气组分含量变化较大影响，其对天然气流量计量的也产生了不小影响，及如何减少变化对计量的影响并确保计量精度准备受到了大家的关注。

1计量系统对密度和压缩因子的要求

国家标准对天然气流量计量系统各分量的计昔测量仪表的准确度给出了具体规定，其中密度和压缩因子由天然气组成数据计算得到，其不确定度不仅与色谱分析结果的不确定度有关，还与所取样品的代表性及分析采样频率有关。只要严格按照国标进行分析和取样，色谱分析的不确定度和所取样品的代表性这两项因素的影响均能控制在可接受的范围内，但采样频率则必须根据计量现场天然气组成变化的情况来确定。

2天然气组成变化情况分析示例

本文以采气厂输气管网中某站点测得某天数据为例，探讨天然气组成变化导致其密度和压缩因子的变化情况。

该站点上游为多气源配气站，常会根据用户用气量调配不同天然气，从而导致天然气组成波动。图l为某日天然气密度变化图，由图中数据可得，其平均密度为0.7027kg／m3，相对标准偏差为0．85％，最大值为0．7167kg／m3，最小值为0．6915kg／m3，极差为0．0252kg／m3，最大值与平均值的偏差为2.0％。当天天然气组成变化很大，由此造成密度的测量偏差已经远远的超出了国家标准对A级计量站密度测量0.25％的要求。

图1 某日天然气密度变化图

图2为当日天然气压缩因子的变化图，由图中数据可得，其平均值为0.9980，相对标准偏差为0.01％。最大值为0.9981，最小值为0.9979，极差为0.0002。虽然天然气组成变化较大，但对标准参比条件下的压缩因子的影响还在可接受的范围内。

图2 天然气压缩因子变化图

3组成变化对流量计量准确度的影响

目前许多没有在线色谱仪的计量站场都是定期(一个月或一个季度一次)采样，离线分析得到天然气组成数据，如果采样间隔时间过长，或采样时间点选择不合适，都会影响最终流量计量结果。组成变化对速度式流量计的影响主要体现在标况流量上，在此不再敖叙。而差压式流量计中以孔板流量计最具代表性。本文以孔板流量计和一天的组成变化数据为例，讨论不同采样时间点对天然气流量计量的影响。

3.1孔板流量计的计算依据

孔板流量计的计算依据为(用标准孔板流量计测量天然气流量》，其中计算天然气工况流量和标准流量的方法见式(1)和式(2)。

式中ρ1——天然气在操作条件下上游取压孔处的密度；

ρn——天然气在标准参比条件下的密度。

3.2不同采样时间点的组成数据对孔板流量计的影响实例

假设C，β，d，ε，△p都不变的情况下，工况流量和标准流量的不确定度主要与天然气密度有关。现以该日当天采得的最大密度的对应时间点的组分数据(例一)和最小密度的对应时间点的组成数据(例二)，及与平均密度偏差最小的对应时间点的组成数据(例三)为例(见表1)，计算孔板流量计的工况流量和标况流量。

表1 天然气组成示例表(体积分数)

若以例三组成作为当天有代表性的组成，从计算流量结果可知，当采样时间点选在例一点时，仅由天然气组成变化引入的工况流量偏差就达到了0.92％；或把采样时间点选在例二处，其与例三的工况流量偏差也达到了0.78％，均已超出了A级计量系统工况流量计量允许0.75％的要求。

4减小天然气组成变化对天然气计量影响的建议

虽然单气源的天然气管道，天然气组成相对稳定，气质变化不会这么显著，但对于多气源天然气管网，气质变化对流量计量的影响是不可忽视的。因此，用于贸易计量的A级站场、天然气管网进气交汇口计量站应充分重视采样频率和采样时间点的选择，建议最好应配置在线色谱仪，以确保流量计量准确。

由于国标对天然气流量计量中各分量的计量测量仪表的准确度的具体要求不同，由于各计量站所承担的任务和实际使用上游组成的变化情况的不同，对于A级计量站，我们给出以下建议：应采用在线色谱仪进行在线分析，并将组成分析结果送人流量计最系统对流量进行实时修正。对于主要交接计量站还可再增加一套累积取样器，以便出现计量纠纷时备查。 对于气源单一的计量站，如长输天然气管道下游计量站，也可采取定期取样，离线分析方式。

对于定期取样离线分析的计量站点，在确定取样周期前，应根据上游站点的在线色谱分析数据，分析设定周期内气体组分平均值与采用值的偏差，确保其满足国标对各计量级站密度、压缩因子和发热量分量计量准确度的要求。对于使用在线色谱仪在线实时分析的计量站点，应每天检查并记录在线色谱仪的运行，定期用离线色谱仪与在线色谱仪进行比较，确保在线色谱运行正常。

参考文献：

[1] 陈建军.天然气计量[M].北京：石油工业出版社.2008.06.