实用天然气管网双向计量系统及其技术的应用

摘 要

摘要：归属于不同业主的两个区域天然气管网联通时，解决贸易结算的“双向计量”是一道难题，仪表量程下限以及“微流动”工况决定了单从计量仪表本身入手难以
摘要：归属于不同业主的两个区域天然气管网联通时，解决贸易结算的“双向计量”是一道难题，仪表量程下限以及“微流动”工况决定了单从计量仪表本身入手难以很好解决问题，有必要另辟蹊径。为此，开发出了一种简便的双向计量系统，即采用2套常规的计量回路，通过设置相应的自动控制组件、电动阀或手动控制阀，对计量系统进行自动控制或手动控制，实现了2个独立天然气管网的互联互通，在解决管网间双向联通、双向计量问题的同时，又避免了微流量或低流量状态下计量仪表精度失准的问题。该计量系统技术可靠、工艺简单、投资少，是一种很有应用前景的计量模式。
关键词：天然气管网；联网；双向计量；计量仪表；低流量；低量程限制；计量精度；计量回路
    随着城市化进程的不断发展，原来分别供应各城市或各乡镇、各自独立的天然气供应管网如能联通起来实现互联互通，形成一个统一的供气大管网，不仅有利于平衡整个供气管网的负荷，而且能够极大地提高供气管网的利用效率，减少输配管网的投资费用，提高供气的安全性和灵活性。
    但是，这些各自独立的区域天然气管网的资产产权和经营权往往分属于不同的业主，管网联通后由于天然气的流动性，势必存在天然气贸易结算中的计量问题。天然气在管网中的流动可能是双向的，由此带来了天然气管网双向计量的难题[1]。
解决双向计量问题是天然气管网互联互通的前提和基础。按照目前天然气计量的技术现状，即便某些具备双向计量功能的高精度进口计量仪表，也不可避免地存在着仪表低量程限制问题[2]，即流经计量仪表的天然气实际流量较小时，仪表计量精度不能得到保证，或者根本就无法进行计量。可见，单从计量仪表本身的技术层入手，目前还难以很好地解决天然气管网双向计量这一难题，有必要另辟蹊径，避开仪表低量程限制这一瓶颈，开发出一种简便、实用、可靠的新技术[3～4]。
1 双向计量系统基本思路
    图1是两个天然气管网互联互通实现双向计量的工作原理图。
 

在两个天然气管网(A、B)联通处的两侧分别设置用于测量管网实际运行压力的压力表(P1、P2)，同时设置两个方向相反的单向计量通道：A管网通过计量仪表a向B管网补充天然气；B管网通过计量仪表b向A管网补充天然气。
当两个天然气管网两侧的压力差达到预定值(M)时，开启相应的计量仪表(a或b)通道计量，压力高的天然气管网向压力低的天然气管网输气，实现两个天然气管网的互联互通。而当计量仪表流量检测值降低到一定值(N，仪表量程下限值)时，该通道阀门关闭，两个天然气管网断开联通并停止计量，避免计量仪表在其量程下限位置工作而导致计量失准。当两个天然气管网的压力差再次大于预定值(M)时，则再次开启计量通道。
   天然气管网的联通既可由自动控制系统依据检测信号自动完成，也可由人工操作实现，方便实用，在解央两个天然气管网之间双向联通、双向计量问题的同时，又可避免在微流量或低流量状态下计量仪表精度失准的问题，是一种有效的双向计量方法[5]。
2 双向计量系统技术方案
   如图1所示：压力表P1、P2分别用于检测天然气管网A、B的压力值p1、p2，(p1-p2)为两个天然气管网的压力差值；计量仪表a与阀门Va1、Va2组成A管网向B管网输气的通道；计量仪表b与阀门Vb1、Vb2组成B管网向A管网输气的通道。计量仪表前后阀门是自动启闭的电磁阀，也可以由人工控制。
   M为两个天然气管网实现双向联通的压力差设定值，若两个天然气管网间的压差高于该值，则两个天然气管网实现联通；N为取消两个天然气管网联通的流量设定值，若管网流量低于该值，则相应的阀门关闭，两个天然气管网处于不联通状态。
2.1 “自动”模式下运行的计量系统
   1) 当A、B管网压力差较小，未达到联网起点压差时。即︱p1-p2︱＜M，表明两个天然气管网间压力差别不大，平衡管网负荷(管网联通)的需求不迫切。若此时联通两个天然气管网，则流经计量仪表的天然气流量较小，计量仪表处于低量程范围(量程下限位置)，不能保证计量精度。因此，此状态下，Va1、Va2、Vb1和Vb2关闭，切断两个天然气管网间的联系(不联通)。两个天然气管网长期不联通时，应关闭总阀V。
   2) 当两个天然气管网间压力差增大，且(p1-p2)≥M，表明A管网的压力远大于B管网的压力，此时B管网迫切需要从A管网得到气源补充，提高自身管网压力以满足用户的用气需求。此时，总阀门V开启，计量仪表前阀门V小表后阀门Va1。同时开启，计量仪表a通道联通；Vb1、Vb2关闭，计量仪表b通道处于断开状态。A管网向B管网补充供气，并由计量仪表a进行计量。当计量仪表a的流量检测值低于N时，总阀门V、计量仪表前阀门Va1同时关闭，A管网停止向B管网输气，避免计量仪表a进入低量程(量程下限)而导致计量失准[6]。
    3) 而当(p1-p2)≤-M时，A管网的压力远小于B管网的压力，此时A管网迫切需要从B管网得到气源补充，提高自身管网压力以满足用户的用气需求。此时，总阀门V开启，计量仪表前阀门Vb1、表后阀门Vb2同时开启，计量仪表b通道联通；Va1、Va2关闭，计量仪表a通道处于断开状态。B管网向A管网供气，并由计量仪表b进行计量。当计量仪表b的流量检测值低于N时，总阀门V、计量仪表前阀门Vb1同时关闭，B管网停止向A管网输气，避免计量仪表b进入低量程(量程下限)而导致计量失准。
    4) 为避免流量快速变化而对计量仪表造成较大的冲击，阀门Va1、Va2、Vb1和Vb2选用具有阻尼特性的慢开(关)型电磁阀。
2.2 “手动”模式下运行的计量系统
    根据两个天然气管网压力的差值，手动操作各控制阀门，实现两个天然气管网间的联通或断开。联网时，视具体情况分别由计量仪表a或计量仪表b进行计量，并避开流量计的低限流量(量程下限)值，同时解决贸易结算准确性和管网各点压力均衡性的难题。
3 结束语
    天然气管网双向计量系统及其技术方案，以简洁的工艺和较少的投资费用，实现了两个独立天然气管网的互联互通，使管网各点压力得以均衡，大大提高了管网的利用效率，增强了天然气管网运行的安全性和灵活性，提高了大管网的调峰储气能力，运行可靠，既节省了进口昂贵双向计量仪表的费朋，又避免了低流量状态下计量仪表精度失准的问题，是一种很有前景的计量模式。
参考文献
[1] 王小江，周蕾.燃气计量的管理[J].煤气与热力，2008，28(11)：B46-B48.
[2] 巴洪侠，沈淑丽，田哲.天然气计量中存在的问题及对策[J].企业标准化，2007(6)：42.
[3] 周淑慧，李广，李伟.我国城市燃气市场发展态势[J].煤气与热力，2008，28(8)：B32-B36.
[4] 安建川，梁光川.天然气计量技术现状及趋势[J].内蒙古石油化工，2007，33(1)：42-45.
[5] 罗东晓.联通不同供气区域管网的双向计量及联通的方法及系统：中国，201010568415.0[P].2010-12-01.
[6] 周健，柴清云，赵金茹.关于燃气民用计量表管理的一些探讨[J].化学工程与装备，2008(9)：169-170.
 
(本文作者：罗东晓1，2 1.新奥能源控股有限公司；2.中山大学)