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天然氣流量計發(fā)展
天然氣流量計
——我國天然氣工業(yè)的發(fā)展
1．二十一世紀(jì)為天然氣的世紀(jì)，天然氣是的燃料和化工原料。作為燃料，它燃燒*，單位發(fā)熱量大，燃燒后產(chǎn)物對環(huán)境影響??；作為化工原料，它潔凈，質(zhì)優(yōu)，成本低，可用它生產(chǎn)多種精細化工產(chǎn)品和高附加值產(chǎn)品，天然氣的以上特性是它深受用戶青睞的原因。天然氣在世界能源結(jié)構(gòu)中所占的比例不斷上升，據(jù)統(tǒng)計1970年為17.7%，1980年為18.8%，1990年為21.5%，2000年為 22.3%，預(yù)計2010年為24.3%。
19世紀(jì)煤經(jīng)歷100年超過柴薪成為*能源；20世紀(jì)石油經(jīng)歷 60年超過煤；天然氣將用40年在2010年至2020年超過石油成為*能源。天然氣可采儲量現(xiàn)在己達145萬億立方米，目前年產(chǎn)量約為2.2-2.3萬億立方米，儲采比高達65，豐富的資源為天然氣工業(yè)的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)；目前有兩大趨勢正在促進天然氣消費量的增加。首先是各國政府為保護環(huán)境正在大量地以天然氣替代傳統(tǒng)的能源煤和油；其次是正在開拓天然氣新的應(yīng)用領(lǐng)域（如作為車用燃料）。由此在1987年至1997年10年中天然氣的消費量已增長25%，而油品為15%，煤則為4.5%。為克服天然氣生產(chǎn)地區(qū)和消費地區(qū)地理位置相距遙遠的困難，液化天然氣（LNG）己成為天然氣貿(mào)易中的重要產(chǎn)品，年貿(mào)易量約為1000億立方米，而其價格己可與油品相競爭。隨著管道建設(shè)和儲運技術(shù)的進步，輸氣成本亦在不斷下降，因此天然氣的貿(mào)易量亦在上升，目前已達到約4400億立方米左右，約占總量的20%。
2．我國是天然氣資源豐富的國家之一，天然氣遠景儲量約達38萬億立方米，其中陸上占79%，海上占21%。雖然我國有豐富的天然氣資源，天然氣的利用卻嚴(yán)重滯后，在能源結(jié)構(gòu)中僅占約2%，而工業(yè)發(fā)達國家一般為30-40%。我國仍然處于以煤為主的能源結(jié)構(gòu)，隨著國民經(jīng)濟快速發(fā)展，己帶來一系列嚴(yán)重問題，如環(huán)境惡化，交通運輸不堪重負，人民生活質(zhì)量不高等。由于我國油資源己不能滿足經(jīng)濟發(fā)展的需要，我國己成為油品進口國，并且進口比重在不斷上升。能源結(jié)構(gòu)調(diào)整已迫在眉睫，國家確定能源結(jié)構(gòu)將進行戰(zhàn)略性調(diào)整，使煤、油、氣的應(yīng)用比例趨于合理。目前啟動的西氣東輸工程就是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的序幕，今后幾十年內(nèi)天然氣的使用百分比將持續(xù)快速地上升，在2015年前后，預(yù)計將達到10%以上。
3．西氣東輸工程主要是指新疆塔里木盆地等西部的天然氣輸送到上海以及整個長江三角洲地區(qū)的工程。整個工程包括上游氣田開發(fā)，輸氣管道干線建設(shè)和下游利用配套建設(shè)。西氣東輸工程是一項上中下游一體化的特大型國家基礎(chǔ)工程，它與西電東送，南水北調(diào)，青藏鐵路并列為世紀(jì)初我國四項偉大工程，是西部大開發(fā)的重要組成部分，它將對我國國民經(jīng)濟發(fā)展起到有力的促進作用。
塔里木盆地面積56萬平方米，天然氣資源量8.39萬億立方米，占全國天然氣資源量的22%，占全國陸上天然氣資源量的28%，是我國天然氣資源zui豐的盆地之一。據(jù)國土資源部油氣儲量評估中心評審認(rèn)定，作為西氣東輸主供氣田所在的庫車-塔北地區(qū)，探明儲量為3900億立方米（包括中國石化集團的250億立方米），可采儲量2700億立方米，基本可滿足向長江三角洲以及沿線地區(qū)年供120億立方米商品氣，預(yù)計穩(wěn)定供氣11-13年，經(jīng)過進一步勘探，從塔里木盆地資源條件看使累計探明儲量達到7900億立方米，實現(xiàn)年供200億立方米供氣30年是可能的。
西氣東輸主干線西起塔里木盆地的輪南油氣田，向東經(jīng)過庫爾勒、鄯善、哈密、柳園、張掖、武威、干塘、中寧、靖邊、柳林、鄭州、尉氏、淮南、南京和常州，zui終達到上海；全長4167公里，途經(jīng)九個省市區(qū)，輸氣壓力8.4 Mpa，管線直徑1016毫米，總計年輸氣量120億立方米，穩(wěn)定供氣30年，zui終達到年輸氣量200億立方米。預(yù)計2003年底全線貫通。由于天然氣市場開拓是一個漸進過程，預(yù)計用戶達到120億立方米，輸氣管道設(shè)計負荷時間為7-8年。
西部天然氣的開發(fā)除西氣東輸工程外，目前已建成陜京天然氣管線，還建青海澀北到甘肅蘭州，重慶忠縣到湖北武漢的天然氣管線，工程建設(shè)正在論證規(guī)劃中。
根據(jù)天然氣用氣市場需求，工程擬建若干條支線管道，其中合肥—定遠，常州—杭州，南京—蕪湖支線納入干線建設(shè)。工程的輸氣站場有工藝站場31座，其中：首站1座，中間壓氣站17座，分輸站10座，末站1座，清管站2座。西氣東輸上中下游總投資初步估算為 1463億元左右。
4．西氣東輸工程對過程檢測控制儀表的需求
天然氣是埋藏于地下，通過氣井開采出來的烴類和少量非烴類混合氣體的總稱，必須經(jīng)集氣，氣液分流，單井計量，脫硫，脫水，回收輕烴，膨脹制冷，換熱，吸附和精餾，外輸計量等工藝加工處理過程后才能保證氣體混合物的露點，水含量，熱值含量，CO2和H2S的zui大允許濃度等技術(shù)規(guī)定，成為商品天然氣銷售給天然氣管道公司，管道公司作為儲運部門將天然氣輸送到各城市，由城市天然氣公司經(jīng)城市管網(wǎng)銷售給用戶，整個天然氣集輸，加工處理，儲運銷售，綜合利用需要眾多的過程檢測控制儀表。
4．1．上游氣田檢測控制儀表的要求
塔里木氣田地面建設(shè)一期產(chǎn)能建設(shè)規(guī)模為每年120億立方米和90萬噸輕烴。大約開發(fā)250口到300口氣井，氣井壓力均在45Mpa以上，需建立15-28個天然氣集氣站和4-6個天然氣處理廠，這些地面工程需有配套的檢測控制儀表。
l） 單井計量和監(jiān)控技術(shù)，必須監(jiān)測單井的產(chǎn)氣量，產(chǎn)液量，壓力，溫度和含水率等參數(shù)，井口的檢測儀表處于極為惡劣的工作環(huán)境下，如高壓（45Mpa以上），腐蝕（含有CO2、H2S多等腐蝕介質(zhì)）混相（含有輕烴類和飽和水蒸氣等）。
2）集氣站的過程檢測和SCADA（Superrisory control and data acquisition）（管理控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）
集氣站的功能是將幾個至十幾個單井氣集中到站進行凈化處理，脫去天然氣中的水分和酸性氣體，這些工藝過程需要的儀表與化工廠相類似，有壓力，溫度，流量，液位，界位，天然氣密度，露點等檢測和控制，SCADA系統(tǒng)除控制集氣站的處理工廠外，還應(yīng)通過RTU遠距終端裝置遠距離監(jiān)視所轄的氣井和計量站的生產(chǎn)狀態(tài)和有關(guān)數(shù)據(jù)，一旦出現(xiàn)事故狀態(tài)，立即啟動集氣站中的應(yīng)急關(guān)閉和火炬系統(tǒng)。集氣站的高中低略統(tǒng)在發(fā)生故障時必須先關(guān)閉系統(tǒng)，將高、中、低壓系統(tǒng)自動切換到火炬系統(tǒng)，自動點火。充分燃燒，保護環(huán)境和保障系統(tǒng)安全。
3）天然氣處理廠的DCS集散控制系統(tǒng)
天然氣處理廠包括天然氣分離廠，液化輕烴加工廠，天然氣、輕烴儲罐區(qū)，熱電聯(lián)供設(shè)備，含油污水處理廠等。它們的過程檢測和控制系統(tǒng)是典型的DCS集散控制系統(tǒng)，生產(chǎn)工藝過程相對分散，每個工廠都有自己獨立的生產(chǎn)工藝過程，各工廠之間又互為上、下游提供原料和能源。作為整個天然氣處理廠，它的檢測和控制除了保證各工廠平穩(wěn)運行，還應(yīng)考慮到全系統(tǒng)的熱量和質(zhì)量平衡以達到對給定原料氣為的生產(chǎn)過程控制。
4．2．天然氣長輸管道的檢測控制儀表的要求
天然氣長輸管線要穿越山地、峽谷、河流、沼澤、鹽堿地等多種復(fù)雜地段，管道自動控制采用SCADA系統(tǒng)，首末站，中間壓氣站和分輸站控制系統(tǒng)按無人操作有人值守的原則設(shè)計，實現(xiàn)全線管道輸送工藝過程的監(jiān)控，調(diào)度管理及優(yōu)化運行；管道通訊采用主備用方式，主用通訊擬采用光纜，備用通訊租用公網(wǎng)電路，在公網(wǎng)不能覆蓋地區(qū)建設(shè)衛(wèi)星地面站；SCADA系統(tǒng)除一般輸送過程的壓力、溫度、流量、天然氣密度、天然氣露點等參數(shù)的檢測和調(diào)節(jié)以及中間站的監(jiān)視控制外，還應(yīng)考慮管道設(shè)備的腐蝕和防護，以及管線的安全操作等技術(shù)，特別是當(dāng)發(fā)生大災(zāi)和設(shè)備事故，或者被偷盜時，為保護系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的應(yīng)急處理技術(shù)。
天然氣作為一種商品在氣田的外輸首站需經(jīng)商品計量交接給天然氣長輸管道公司，管道公司將天然氣輸送到沿途的九個省市區(qū)時也要進行分輸給各省市的天然氣利用公司，各省市的天然氣利用公司將天然氣銷售給各類用戶都需要進行計量，其計量數(shù)據(jù)是財務(wù)結(jié)算的憑證，它應(yīng)具有科學(xué)性、準(zhǔn)確性和公正性。目前，天然氣計量有兩種：質(zhì)量計量和能量計量。在工業(yè)發(fā)達國家兩種計量方法都在使用，一般是供需雙方以合同方式約定質(zhì)量指標(biāo)，如發(fā)熱量、硫化物含量、主要組分含量、烴露點和水露點等，或按法定要求的質(zhì)量指標(biāo)以體積或能量的方法進行交接計量。我國天然氣貿(mào)易計量方法是在法定要求的質(zhì)量指標(biāo)以體積或能量的方法進行交接計量。
天然氣主要用于發(fā)電、化工、工業(yè)燃料和城市燃氣四個方面。城市天然氣管網(wǎng)需用SCADA系統(tǒng)監(jiān)視，控制和數(shù)據(jù)采集。管線網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)有樹型、環(huán)型、星型等多種組合形式，整個過程檢測和控制系統(tǒng)要根據(jù)工藝流程合理設(shè)計各RTU遠距離終端裝置，根據(jù)用戶所需的天然氣壓力和流量調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)平衡運行，保證及時準(zhǔn)確地計量天然氣各用戶的用量。
4．3．過程檢測控制儀表要求的特殊性
天然氣是易燃易爆氣體，一旦出現(xiàn)事故，危及人民的生命安全，需要提供安全保護儀表如可燃氣體報警儀，自動滅火系統(tǒng)和工藝過程中連鎖應(yīng)急關(guān)閉系統(tǒng)等。
天然氣開發(fā)、儲運、銷售整個過程要實施環(huán)境保護全過程生產(chǎn)控制，強化對排放點的達標(biāo)考核，過程檢測儀表需提供如H2S，CO2，水中含油，水中含醇等控制生產(chǎn)過程的分析儀表。
塔里木氣田位于天山以南山地，地理位置相對分散，氣候異常惡劣，氣井井口壓力達50～60Mpa，單井zui高產(chǎn)量達150萬米3/天，氣夾帶地層沙，要求檢測儀表能耐高壓，耐沖蝕，承受高溫差沖擊，對于凝析氣田，高壓高產(chǎn)情況下壓力和溫度降低幅度大，易形成水化物，因此要求檢測儀表能耐高壓、防凍和加注防凍液的一體化產(chǎn)品，長輸管線需高壓、大口徑能承受惡劣環(huán)境的流量計和調(diào)節(jié)閥，應(yīng)急關(guān)閉閥等。
天然氣長輸管線既穿越荒無人煙的山地、峽谷、河流、沼澤，又要經(jīng)過村莊城鎮(zhèn)，要防止天災(zāi)、地震、管線腐蝕、管線斷裂等造成的外漏引起的火災(zāi)和人員傷害，又要防止人為盜氣，要有天然氣泄漏的預(yù)警系統(tǒng)，以保證天然氣管線安全運行。對于安裝于室外的儀表要有較高可靠性、安全性和防盜性，防止人為偷盜造成停產(chǎn)、停輸?shù)葠盒允鹿省?/p>