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天然气站场的计量调压设计分析天然气作为一种城市生产生活重要的能源，在进入用户终端前需要经过城市门站的调压、计量等功能操作。
要提高天然气管网运行的经济收益和能源利用效率，科学配置天然气门站的计量和调压系统极为关键。
分别从天然气门站计量、调压及流量控制方面提出了工艺设计要点。
标签：天然气计量；调压系统；流量控制随着城市天然气需求的不断增长，天然气站场调压计量的稳定性和可靠性越来越受到人们的关注。
城市天然气供应的气源点通常要具备天然气过滤、调压、计量、安全切断、运行路和备用路自动切换等功能，而调压与计量系统是气源稳定、安全运行的关键，同时也是保证天然气管理部门经济效益的重要环节。
1 计量系统天然气流量的计量是保证天然气供应管理的经济效益和流量输配稳定的关键，因此，科学地设计和配置天然气城市门站计量系统，尽量提高其准确性和可靠性是计量系统设计的关键。
在进站高压流量计之间设计对比流程，在两个并联流量计之间增加串联回路。
在流量计标定门站调压计量系统工艺流程时，将其中任一路的流量计临时更换为标准气体流量计，即可对另一路流量计进行标定。
此设计方案的优点是可使标准气体流量计和被检测的流量计均在相同的压力条件下运行；缺点是由于标准气体流量计的某一组仪表常数是在与之相应的操作条件不变的情况下测得的，在对串联的被检测流量计进行标定时，运行工况会因天然气门站对外供气而发生变化，因此需对标准气体流量计本身在不同压力条件下进行检定，以保证其仪表常数的准确性和有效性。
调压单元每一调压路均采用两台调压器串联连接而成。
监控调压器给定出口压力略高于工作调压器的出口压力，正常情况下，监控调压器的阀口全开，当工作调压器失灵，出口压力上升到监控调压器的出口压力设定值时，监控调压器投入运行。
当运行路发生事故，出口压力仍然上升，运行路上的超压切断阀发生作用，将运行路关断，备用路能自动运行供气。
运行路和备用路的工作调压器和监控调压器的出口压力应为不同的设置。
天然气输气站计量系统设计中需关注的问题实践摘要：为了确保天然气输气站计量系统运行稳定性，需要根据天然气输气站计量需求完成计量系统设计工作。
与此同时，需要准确掌握天然气输气站计量系统在设计过程中必须关注的关键问题，在最大程度上提高天然气输气站计量系统设计质量，保证输气站计量系统可以稳定运行，提高天然气的综合利用效益。
关键词：输气站计量系统；设计要点；问题前言天然气输气站中的计量系统设计作为整个场站设计过程中的关键环节，每一个设计方案需要从天然气输气站的长远发展目标出发对计量管理工作的实际需求进行全面把握。
这样才能够保证天然气计量系统具有贸易交接功能，使天然气计量系统能够与输气站的实际运营需求相适应。
1天然气输气站计量系统设计内容在现场计量过程中，需要完成天然气实时参数采集并完成瞬时流量计算工作，将获取的数据向服务器上传，完成数据保存，开展报警处理、实时显示、定时报表打印等各项工作。
在对天然气输气站计量系统进行设计时，为了保证计量系统的实时性和可靠性，需要加强在天然气输气站计量系统过程中的硬件与软件系统设计。
在天然气计量监控系统设计过程中，为了确保现场计量工作的可靠性以及运行速度，需要重视硬盘和计算机设计工作。
在本次设计过程中，利用内存为128M硬盘与空工业控制计算机可以满足输气站计量系统的实际运营要求。
计算机如果出现硬件或者软件故障，会对天然气计量系统的运行效益产生影响。
而计量系统如果中断运行会产生严重的经济损失。
因此，需要加强计算机系统可靠性设计，双机热备份系统作为重要的设计内容，在具体的设计过程中，需要确保单台计算机一旦发生故障，计量系统仍然可以持续运行，同时要防止重要数据丢失，确保采集到的数据正确完整。
为了防止计量系统受停电因素影响，要加强计量系统的供电系统设计工作，确保供电电源能够在停电状态下仍然为计量系统持续供电至少1小时，同时要保证供电系统不会受雷击与工业电源浪涌影响。
在实际设计过程中，可以通过抗雷击和抗浪涌电源接线板达到这一目标[1]。
全性和稳定性，并进行准确的测量。
天然气门站有很多监测点，生产现场条件复杂多变。
为了满足天然气门站流量测量和生产监控的实时高精度要求，天然气门站流量监控系统的开发具有重要的现实意义。
为了有效设计和管理天然气门站的站点控制系统，工作人员必须对天然气门站设计的常见问题进行深入分析，然后确定有效的天然气门站应用策略。
2.1 流量计和压力调节器的选择和配置不当在设计下游市场的长期和短期天然气消费差异较大的城市门站时，如果仅以下游市场的长期天然气消费作为选择流量计的标准，则可能在压力调节器中出现问题。
首先是流量计不能满足设计测量精度要求。
在常用的涡轮流量计中，当通过流量Q 在Q min ＜Q ≤0.2Q max 时，涡轮流量计的计量精度不低于2%，当通过流量Q 在0.4Q max ＜Q ＜0.8Q max 时，涡轮流量计的测量精度最高。
当通过的流量较低时，流量计涡轮不会旋转，并且无法测量到超过涡轮流量计的最小启动流速的水平。
其次，在使用负载间接操作式调节器时，以下游市场的长期用气量为选择标准，由于短期的用气量小于调压器的最大压力。
在允许的通量下，调节器的阀芯开度很小。
当调节器的阀芯开度小于10%时，天然气在高温下会在很短的时间内高速通过调节器的阀座，并产生噪音，而且调节阀座也会出现磨损，并且调节阀芯会不断振动，打开的高度也不稳定，从而使调节器隔膜和密封结构由于磨损和劣化而缩短使用寿命[1]。
2.2 天然气预热单元的位置不合理城市天然气门站与上游燃气管道中的天然气相连，由于下游城市燃气管网在中等压力下运行，而上游压力较高，因此调节器前后的压力差较大。
在通过压力调节器调节天然气之后，在汤姆森-焦耳效应的作用下，天然气的温度下降约0.4～0.5 ℃。
如果调压器前的天然气未充分预热，则减压后天然气的温度会降低，导致调压器后段管道的外表面会发生冷凝和冻结，容易在管道内形成液态或固态混合物，从而出现“冰堵”现象，影响0 引言随着天然气管道分支项目的深入建设，我国天然气管道正逐步向各个中小型城市扩展。
浅论天然气厂调压计量站系统的设计【摘要】现代城市天然气输配系统包含着复杂的能源综合设施，输电和配电网络，并同时肩负了各类天然气厂不同的压力水平（门站、调压站等）和信息收集功能，通过管理层维护软件和硬件系统。
根据不同类型的城市天然气门站例如煤气调压站和CNG填充操作站等，其供给的不同标准特性在其调节计量系统中，采取不同的配置和选择，为此本文进行了以下讨论。
【关键词】天然气；调压站设计；流量计选型；工艺流程1 天然气体厂站系统概述1.1 天然气厂调压计量概述1.1.1 计量单位在两个平行的流量计之间增加串联电路，并在两个高压流量计之间设置相互对比的过程。
无论哪种方式的临时替代品在标准气体的流量设计方面，仪器都可以以另一种方式进行校准。
这种设计的优点是使气体标准化，在相同的压力条件下使得测试计得以运行；其缺点是由于某一组气体流量计在恒定标准下用相同的操作方式，使得相应的（ⅳ）被检测到，该操作是由于在自然的供给情况下，这一系列流量计校准时气站发生的外部变化造成的，因此需要对标准气体流量计在不同的压力条件下进行校准，以确保仪器常数的准确性和有效性。
1.1.2 调节装置每路调节器均使用两个串联的电压调节器。
监视器在调节出口压力时，大于给定工作调节压力。
一般情况下，出口压力稍高，监视调节阀口就会打开，而当工作调节器出现故障时，出口压力就会升高。
当出现操作事故时，出口压力持续上升，工作调节器和监视器通过调节出口压力，来运行的备用路径就会被重新设定。
设定压力调节器的出口降序排列为：道路监控器，运行道路工程，备用道路监控调压器，备用道路工作调压稳压器。
当监管机构在开放状态使用时出现故障，调压器出现故障，监管压力上升就开始使用监控器。
1.2 流量计选型设计天然气上游的燃气计量站通常进行交接计量，随着测量技术的不断发展，计量交接仪从过去使用孔板流量计，到现在涡街流量计被不断使用，再发展到目前的涡轮流量计和超声波流量计。
浅谈城市天然气门站的调压计量工艺设计摘要：本文结合实例，阐述了城市天然气门站中调压计量系统的工艺流程和设备选型设计。
关键词：门站工艺调压计量天然气通过长输管道输送，首先进入城市门站，由门站降压、计量后进入城市燃气管网。
门站是上、下游气源的联接点，设计应考虑多方面的因素。
结合实例（城市天然气厂站如城市天然气门站、调压站的运行和供气特点）, 在设计时其调压计量系统采取不同的配置和选型, 本文对此进行探讨。
1、天然气门站工艺流程天然气门站工艺流程简述：采用DN400/L245从一级配气站取气引至拟建门站，门站设计压力为2.5MPa。
来气进站设电动球阀,设定压力值为2.5MPa，同时在电动球阀后预留调压阀安装位置，电动球阀能够超压自动切断来气，并能实现远控和就地控制，来气经此阀后，分两路进入过滤分离器、聚结分离器，分离器设计压力2.5MPa，工作压力1.2～1.6 MPa，单座处理量7×104Nm3/h。
气体经分离后分两路调压、计量，调压装置采用监控保护形式，每一调压回路设置两个串联调节阀，一个为主调节阀，一个为监控调节阀，监控调节阀的设定值比主调节阀略高，正常情况下，主调节阀起调节作用，监控调节阀为常开阀；当主调节阀发生故障时，主调节阀全开，由监控调节阀起调节作用，为对压力、流量进行调节，主调节阀选用电动调节阀，正常工作以压力为主调对象。
为保证管道安全生产，当进站来气管道、站内管道设备、下游供气线路管道出现爆管、泄漏失压、失火等紧急事故时，切断进气管道或向下游供气管道，截断阀设为电动。
其中一路去住宅区，另外一路去农业开发区。
其中去住宅区供气管线考虑冬季夏季供气波峰较大，夏季主要为民用灶具用气，冬季用气主要为住宅壁挂炉用气，故本次设计分别计量。
两路气量分别为5000Nm3/h和4.5×104Nm3/h, 当用气量较小时（小于5000 Nm3/h），关闭DN450电动球阀，打开管径为DN150电动球阀，使DN150气路畅通;当用气量较大时（0.5～4.5×104Nm3/h,）关闭DN150电动球阀，打开管径为DN450的电动球阀，使DN450气路畅通。
城市燃气管网系统门站的设计方案1.1设计目的和作用1.1.1设计目的为向城市、居民点和工业区供应燃气，在输气干管的终端设置设燃气门站，在燃气门站将压力降至城市或工业区燃气供应系统所需的压力。
1.1.2设计作用燃气门站是长距离输气干线的终点站，是城市、工业区的气源站，在该站内接收长输管线输送来的燃气经过除尘、调压、计量和加臭后送入城市或工业区的管网。
1.2设计规模和参数1.2.1设计规模门站是为郊区供应不到的用户而设计的，考虑到城市将来的发展，该门站设计用气人数为19万人，天然气的人均用气指标定为205(MJ/人*年，该门站的设计规模为7774Nm3∕h o表1.1门站设计参数1.3工艺流程城市门站的主要功能是对信丰县高压管网来气进行过滤、计量、加臭，经调压后送往城市中压管线。
门站必须保证把来气可靠的送往城市输配系统，保证用户的正常用气。
门站的工艺流程为：正常情况下来气以压力P1=O.4Mpa进入城市门站，经过滤器除去机械性杂质，由调压器调压至0.2MPa 计量后出站，非正常情况下，当来气压力P1N16Mpa时调节管束区进气端电动蝶阀启动，保护后面的设备；当该动作有所迟缓，为设计压力的11倍时，即P1=176MPa时，进气端汇气管上安全放散阀自动打开，进行超压放散，压力正常后，各设备重新恢复工作。
站内采用的调压器稳压精度高，带安全切断功能，当出气端超压P2=0.2MPa时，出气端汇气管上安全放散阀自动打开，进行超压放散，P2=0.2MPa时，调压器安全切断发挥作用，待压力回落后，再重新恢复各设备工作。
本站设有过站总旁通管，站场事故时，关闭进出站阀门井内的手动阀，同时开启过站旁通管道上的节流阀，以保证事故情况下不中断城市供气。
由于城市燃气是具有一定毒性的爆炸性气体，又是在压力下输送和使用的，当管道及设备材质和施工方面存在的问题和使用不当，容易造成漏气，有引起爆炸、着火和人身中毒的危险。
因此，当发生漏气时能被人发觉进而消除漏气是很必要的。
城市天然气门站流量计量系统设计1 天然气流量计量系统设计原则①采用先进的流量计算机系统，实现与站控系统的数据交换、多种流量计量单位的自动转换，建立流量历史数据库，可进行历史数据检索分析；实现流量数据上传，纳入城市输配运行调度系统。
②采用稳定可靠的流量计，其计量精度、计量形式应与上游匹配，保证与上游流量校对的技术条件一致.③流量计量程比应与城市输配系统运行工况特性相匹配，保证在流量变化范围内流量计量系统综合精度＜1%。
④在防爆区运行的流量计量装置应具有可靠的防爆措施。
⑤流量计量系统具有较好的故障自诊断和保护功能。
⑥考虑可不停产维修以及远期扩容等因素。
2 天然气流量计量系统设计方案天然气流量计量系统基本方案见图1。
气体涡轮流量计检测天然气流速，向流量计算机提供高频脉冲信号；流量计算机(FLC)进行流量运算以及多种计量单位换算与显示；在线气体成分分析仪向流量计算机提供实时气体成分，以保证体积流量、质量流量的计算精度；压力变送器(PT)、温度变送器(TT)向流量计算机提供燃气压力和温度数据，使流量计算机将工况流量转化为标准状态流量；远程终端单元(RTU)对流量计量通道运行状态数据进行采集、逻辑顺序控制和数据通信控制。
3 天然气流量计选用为保证与西气东输郑州分输站流量计量系统在计量原理和精度上具有较高的一致性，以达到双方贸易结算数据校对的目的，郑州燃气门站流量计选用气体涡轮流量计，计量精度为0.5%。
①流量计口径和量程比校核计算门站工艺设计参数如下：高峰小时流量为17.0×104m3/h，平均小时流量为7.0×104m3/h，低峰小时流量为2.1×104m3/h；气体涡轮流量计进口压力为2.5～3.5MPa。
选配G4000 TRZ DN 300mm气体涡轮流量计，产品最大标定流量为6500m3/h，最小标定流量为320 m3/h。
按照该设备的选型计算，选用G4000 TRZ DN 300mm涡轮流量计可满足输气能力(2.1～17.0)×104m3/h的要求。
②气体涡轮流量计性能及特点a. 气体涡轮流量计相对误差为±0.5%。
b. 采用双径向轴承及止推轴承结构，具有特强过载能力，可长时间过载1.2倍最大流量，短时间过载1.6倍最大流量。
c. 压力损失低，当最大流量时其压力损失仅为130Pa。
d. 采用强制润滑形式，在正确使用情况下可连续运行20年以上。
e. 具有自诊断功能。
涡轮叶片端部切割磁力线(径向)发出脉冲信号，涡轮平面孔洞切割磁力线(轴向)也发出脉冲信号。
在正常情况下，两组脉冲的比值应该保持恒定，一旦涡轮内部发生故障，如叶片打坏、轴承损坏等情况，两组脉冲的比值偏离恒定值，流量计算机可立即识别并报警。
4 流量计算机选用选用F1流量计算机来完成天然气流量计算和显示。
F1流量计算机是多功能流量计算机，可选用的模块、组态软件繁多，在实际设计过程中，要密切结合计量系统的结构、运算标准等要素选择。
①流量计算机配置信号处理采用1块EXMFE4输入卡和1块MFA6输出卡，4路脉冲和开关量防爆信号输入，其中2路用于输入气体涡轮流量计高频脉冲信号，另外2路扩展备用；2路HART-bus协议输入输出接口，用于采集压力和温度变送器信号；2路RS-232接口，其中1路向RTU传送流量数据，另1路扩展备用；1路RS-485接口，预留与其他智能控制设备通信。
流量计算机组态软件选用GAS-WORKS软件进行计量系统的调试和设置系统参数，并可将系统数据存储、归档和重组。
②流量计算机性能及特点a. 计算精度为0.01%。
b. 可根据所选用的标准状态，完成标准体积流量、质量流量和能量流量等瞬时流量及天然气压缩因子的计算。
c. 存储器对数据归档间隔从1s至1h可编程调整。
若每1min存储1次，可存储30d的流量数据以及错误和更改信息200条。
d. 采用带背光的LCD显示方式，可显示标准状态下的瞬时流量、累计流量、质量流量和能量流量。
同时也能显示工作压力、温度、仪表状态等信息。
根据显示不同参数的要求，显示位数高达小数点前1～12位和小数点后1～6位，通过面板上的键盘操作，可查阅归档的资料，包括带有时间标签的累计流量等。
e. 具有多种诊断功能，包括通道诊断、卡板诊断和系统诊断等，这些信息都可上传站控系统，供管理和操作人员及时进行维护。
f. 连接现场的输入信号通道均为[EEx ib]IIC防爆等级。
5 压力变送器和温度变送器选用①压力变送器选用Smart3051S压力变送器。
测量精度为0.5%，满足系统综合误差设计的要求；测量范围为0～4.5MPa，变送器工作在量程的50%～70%范围内；可承受工作压力为6MPa，工艺设计压力为3.3MPa；可承受环境温度为-40～80℃，满足郑州地区-10～40℃的气温变化防爆等级为EEx ia IIC T4，满足安装场所防爆要求。
②温度变送器选用644H温度变送器。
精度为0.18%，满足系统综合误差设计的要求；测量范围为-200～850℃，满足天然气-2～20℃工作温度变化的要求；工作环境温度为-20～85℃，满足郑州地区-10～40℃的气温变化要求；防爆等级为EEx ia IIC T4，满足安装场所防爆要求。
6 双流量计量通道运行控制方案为了保证流量计量系统具有较高的可靠性和可维护性，采用了1开1备的双流量计量通道并联运行冗余设计，见图2。
在两个流量计量通道上分别安装电动球阀来关闭或打开流量计量通道。
RTU 采集流量数据和电动球阀开关状态并依据设计的计量通道转换控制逻辑进行运算，向电动球阀发送开关动作指令以实现双路计量通道运行模式的转换。
运行模式1：A通道工作，B通道关闭。
可对B通道流量计进行日常保养。
运行模式2：B通道工作，A通道关闭。
可对A通道流量计进行日常保养。
运行模式3：A、B通道按设定的工作周期自动转换轮流工作，保证2台气体涡轮流量计运转时间基本相同，避免某通道长期运转造成过度磨损。
运行模式4：其中一路流量计发生故障，自动切换至正常流量计通道工作，并使故障流量计通道电动球阀处于关闭锁死状态，可拆除故障流量计进行运行模式5：当流量超出单通道设定的最大值时，RTU自动切换至双通道工作，使单通道流量下降至正常工作范围。
7 数据采集与通信RTU、流量计算机、在线气体成分分析仪、温度变送器和压力变送器都是基于微处理器的可编程智能化设备和仪表，它们之间的数据通信要遵循标准化协议。
数据采集及通信方案见图3。
7.1 流量计算机数据采集与通信①采集气体涡轮流量计流量数据流量计算机通过4芯双绞屏蔽电缆与气体涡轮流量计相连接，采集主高频脉冲信号(AIS)和比较高频脉冲信号(AIR)。
主高频脉冲信号的频率对应气体流速，流量计算机通过检测频率的变化计算气体流量的变化，同时比较AIS和AIR的脉冲相位，若发现脉冲相位差超过规定值，就判定气体涡轮流量计的涡轮叶片变形损坏，及时发出气体涡轮流量计故障报警信号。
②采集压力、温度数据流量计算机通过2芯双绞屏蔽电缆与压力变送器和温度变送器相连，2芯双绞屏蔽电缆在传送数据的同时向压力变送器和温度变送器提供12V直流工作电源。
流量计算机使用HART-bus协议与压力变送器和温度变送器进行通信，采集天然气压力和温度数据。
由于HART-bus协议依据工位编号识别安装在同一环路中的不同智能仪表，压力变送器和温度变送器可以使用同一电缆进行数据传拱。
HART-bus协议最多支持在同一环路中安装16台智能仪表，在进行智能仪表编程时，要事先做好工位编号分配设计。
③采集在线气体成分数据流量计算机通过RS232通信接口和2芯双绞屏蔽电缆与在线气体成分分析仪相连接，通过Modbus协议实现数据采集。
流量计算机通信应设置为主叫状态(Master)，在线气体成分分析仪通信应设置为被叫状态(slave)，流量计算机实时向在线气体成分分析仪请求气体成分数据，在线气体成分分析仪响应并发送最新的气体成分数据。
④与备份流量计算机进行数据通信为保证流量计量系统工作的高可靠性，本系统采用流量计算机双机热备份配置。
流量计算机A和流量计算机B之间通过DSFG通信协议交换数据。
当流量计量通道工作时，流量计算机A作为流量计算主机，并向流量计算机B发送流量数据和工作状态信息。
一旦流量计算机A发生故障，流量计算机B就会自动接替流量计算机A进行流量计算。
反之，流量计算机B故障时，流量计算机A也自动接替流量计算机B进行流量计算。
7.2 RTU数据采集与通信①与流量计算机数据通信RTU使用2条RS-232通信物理链路，同时连接2台流量计算机。
使用Modbus 通信协议，从流量计算机获取流量、压力、温度、历史数据和流量计算机工作状态。
RTU作为通信控制主机应设置为主4q6t态(Master)，流量计算机通信应设置为被叫状态(slave)。
RTU向站控计算机转送相关信息，以供操作人员了解流量计量系统工作情况，同时也向加臭装置传送流量信号，控制加臭量与天然气流量成②采集流量计量通道电动阀门状态与通信RTU采集流量计量通道电动阀门全开到位、全关到位、开关转换动作和故障的逻辑信号，确定流量计量通道电动阀门状态，依据设计的控制逻辑程序向相应的电动阀门发出控制指令，改变其工作状态。
③与城市燃气输配调度系统通信RTU使用Modbus通信协议，可向城市燃气输配运行调度系统发送城市门站流量数据。
城市燃气输配运行调度系统通信控制主机应设置为主叫状态(Master)，RTU通信设置为被叫状态(s1ave)。
RTU向城市燃气运行调度系统上传瞬时流量、本小时累计流量、上小时累计流量、昨日累计流量、本日累计流量、本月累计流量、上月累计流量数据。
8 天然气流量计量系统综合精度校核天然气流量计量系统综合精度是表示流量计量系统整体性能的指标，在系统设计过程中要做好各流量计量系统综合精度按下式计算：式中X――流量计量系统综合精度x1——气体涡轮流量计精度x2——流量计算机精度x3——压力变送器精度x4——温度变送器精度本流量计量系统各计量仪表精度分配如下：气体涡轮流量计精度x1=0.5%，流量计算机精度x2=0.01%，压力变送器精度石x3=0.5%，温度变送器精度x4=0.18%。
则流量计量系统综合精度为：流量计量系统综合精度＜1%，满足设计要求。
