王吉開(中國石化天然氣分公司計(jì)量研究中心，湖北 武漢 430000)

國家石油天然氣大流量計(jì)量站武漢分站標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)防護(hù)措施

王吉開(中國石化天然氣分公司計(jì)量研究中心，湖北 武漢 430000)

本文介紹了國家石油天然氣大流量計(jì)量站武漢分站新建立的高壓天然氣大流量工作級標(biāo)準(zhǔn)級標(biāo)準(zhǔn)裝置的組成和技術(shù)指標(biāo)，針對渦輪流量計(jì)的特殊性，本文提出了日常的維護(hù)保養(yǎng)措施，以及渦輪流量計(jì)在超出流量計(jì)上限時(shí)的自動(dòng)處理措施，提高了計(jì)量檢定站的管理水平和自動(dòng)化水平，確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性，滿足現(xiàn)場檢定的需要。

高壓天然氣；標(biāo)準(zhǔn)裝置；渦輪流量計(jì)；超速保護(hù)

近年來，我國天然氣工業(yè)快速發(fā)展，為了解決高壓天然氣流量計(jì)量檢定的需求，經(jīng)國家質(zhì)檢總局批準(zhǔn)，中國石化決定依托川氣東送管道在武漢建立國家石油天然氣大流量計(jì)量站武漢分站（以下簡稱“武漢分站”）。

武漢分站建立了HPPP（High Pressure Piston Prover）法原級標(biāo)準(zhǔn)裝置、標(biāo)準(zhǔn)表法工作標(biāo)準(zhǔn)裝置和移動(dòng)式標(biāo)準(zhǔn)裝置，三套流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的設(shè)計(jì)壓力均為10MPa，直接以高壓天然氣為介質(zhì)對口徑為DN500及以下的氣體流量計(jì)進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)。

1 工作級標(biāo)準(zhǔn)裝置組成及設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 裝置組成

工作標(biāo)準(zhǔn)裝置采用標(biāo)準(zhǔn)表法原理，主要由標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)、核查超聲流量計(jì)、溫度變送器、壓力變送器、在線氣相色譜儀和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)等組成[1-2]。

為了減小管容對檢定結(jié)果的影響，工作標(biāo)準(zhǔn)裝置分區(qū)域設(shè)計(jì)：由1路DN80、4路DN100標(biāo)準(zhǔn)表管路和1路DN80、1路DN100的檢定臺位組成小流量檢定系統(tǒng)；由6路DN200標(biāo)準(zhǔn)表管路和1路DN150、1路DN200、1路DN300、2路DN400檢定臺位以及1路DN300口徑移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定接口組成大流量檢定系統(tǒng)。通過組合測量的流量范圍達(dá)到（20～9600）m3/h，每路標(biāo)準(zhǔn)表管路由1臺標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)和1臺核查超聲流量計(jì)串聯(lián)安裝構(gòu)成。

主要技術(shù)指標(biāo)

1）工作壓力：（2.5～10）MPa；2）流量范圍：（20～9600）m3/h；3）擴(kuò)展不確定度：U≤0.29%（k=2）；4）被檢流量計(jì)口徑：DN50～DN500。

1.2 操作方法

1）渦輪流量計(jì)啟用前，前后直管段必須經(jīng)吹掃干凈后方可投入使用。2）啟用渦輪流量計(jì)前，應(yīng)設(shè)定渦輪流量計(jì)的儀表系數(shù)，此系數(shù)記載于渦輪流量計(jì)的檢定證書上。3）渦輪流量計(jì)投運(yùn)時(shí)應(yīng)緩慢地先手動(dòng)開啟入口閥門，待管線完全充滿氣且壓力平衡后手動(dòng)開啟出口閥門，防止瞬間氣流沖擊而損壞渦輪。嚴(yán)禁快速開啟或關(guān)閉閥門，壓力劇烈震蕩或過快的高速加壓會損壞流量計(jì)。為了保護(hù)氣體渦輪流量計(jì)，加到渦輪流量計(jì)上的壓力升高不能超過35kPa/s。如現(xiàn)場不能測量壓力變化，則監(jiān)視流量計(jì)流量不能超限[3-4]。4）渦輪流量計(jì)投運(yùn)時(shí)，要求同一管線下游處調(diào)壓撬已完全調(diào)壓完畢，不會出現(xiàn)冰堵現(xiàn)象，渦輪流量計(jì)前后壓差不能過大，常用流量范圍為最大流量的70～80%，最大流量為允許最大流量的120%，最小流量不能低于流量計(jì)的工作下限，防止流量計(jì)在低限工作時(shí)計(jì)量失準(zhǔn)。

1.3 安全操作注意事項(xiàng)

1）在啟用流量計(jì)前，應(yīng)對前后管段進(jìn)行吹掃干凈后，方可使用流量計(jì)。2）在啟用流量計(jì)前，應(yīng)按照檢定證書上的值設(shè)備流量計(jì)的儀表系數(shù)。3）為提過流量計(jì)計(jì)量的準(zhǔn)確性，安裝流量計(jì)時(shí)，應(yīng)保證流量計(jì)上游有不小于10倍D的直管段，下游不小于5倍D的直管段。4）啟用流量計(jì)時(shí)，應(yīng)緩慢開啟流量計(jì)上下游閥門，氣體緩慢充入直到渦輪流量計(jì)下游電動(dòng)強(qiáng)制密封球閥。壓力劇烈震蕩或過快的高速加壓會損壞渦輪流量計(jì)。為了保護(hù)氣體渦輪流量計(jì)，加到渦輪流量計(jì)上的壓力升高不能超過35kPa/s。如現(xiàn)場不能測量壓力變化，則監(jiān)視渦輪流量計(jì)流量不能超限。5）流量計(jì)使用時(shí)，應(yīng)保證在計(jì)量范圍內(nèi)工作，不要超量程范圍工作。6）在日常使用過程中，嚴(yán)禁更改流量計(jì)的設(shè)定值。7）用于貿(mào)易交接的流量計(jì)應(yīng)每兩年對儀表檢定一次，檢定合格后，方可投入使用。

2 渦輪超速保護(hù)系統(tǒng)

2.1 工作原理

超速狀態(tài)在渦輪機(jī)上軸的速度超過規(guī)定范圍后出現(xiàn)。在超速狀態(tài)期間，渦輪機(jī)通常經(jīng)歷可能導(dǎo)致突變故障的強(qiáng)大機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力。通常，渦輪機(jī)配備有保護(hù)系統(tǒng)，其試圖使超速狀態(tài)的影響最小化。渦輪機(jī)的調(diào)節(jié)器系統(tǒng)通常作為第一級的保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)檢測到超速狀態(tài)時(shí)，調(diào)節(jié)器試圖降低渦輪機(jī)的速度[5]。通常還可具有兩個(gè)獨(dú)立的第二級保護(hù)：a）超速保護(hù)系統(tǒng)跳閘，通常設(shè)置為運(yùn)轉(zhuǎn)軸速度的大約110%；b）緊急保護(hù)系統(tǒng)跳閘，通常設(shè)置為運(yùn)轉(zhuǎn)軸速度的大約113%。

2.2 操作流程

三取二電子超速保護(hù)系統(tǒng)由轉(zhuǎn)速測量部分、三取二電子超速保護(hù)器、跳車電磁閥3個(gè)部分組成。其工作原理：3個(gè)磁阻式探頭與專門的測速盤配合安裝，可以檢測到汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速；3個(gè)獨(dú)立的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號分別送入電子超速保護(hù)器，電子超速保護(hù)器實(shí)時(shí)監(jiān)測3個(gè)通道的轉(zhuǎn)速信號，當(dāng)監(jiān)測到2個(gè)通道的轉(zhuǎn)速值，同時(shí)超過內(nèi)部設(shè)定值后，其內(nèi)部的繼電器動(dòng)作，觸發(fā)停車電磁閥動(dòng)作，電磁閥快速泄放掉速關(guān)油，引風(fēng)機(jī)的速關(guān)閥在彈簧力的作用下快速關(guān)閉，切斷引風(fēng)機(jī)的進(jìn)汽，引風(fēng)機(jī)快速停機(jī)，從而起到防止引風(fēng)機(jī)超速的目的。

圖1 電子式超速保護(hù)系統(tǒng)原理框圖

上圖中各環(huán)節(jié)的作用如表所示：

表1 系統(tǒng)中各設(shè)備作用

為了避免在管路切換時(shí)出現(xiàn)流量超限損壞標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)，特設(shè)置了渦輪超速保護(hù)功能，系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視每條管路的瞬時(shí)流量，當(dāng)其中某一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)渦輪管路的流量超出一定限值時(shí)，系統(tǒng)會報(bào)警并做出相應(yīng)的措施。

2.3 渦輪超速保護(hù)連鎖邏輯

MTL5532可以同時(shí)將工作級標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的信號轉(zhuǎn)換成電壓脈沖和4-20mA電流型號，我們將電壓脈沖信號接入檢定系統(tǒng)供計(jì)量檢定使用，4-20mA信號接入控制系統(tǒng)供渦輪的超速保護(hù)使用。

為了避免在管路切換時(shí)出現(xiàn)流量超限，系統(tǒng)會實(shí)時(shí)監(jiān)視每條管路的瞬時(shí)流量，當(dāng)其中某一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)渦輪管路的流量超出設(shè)定的上限值的80%（可設(shè)定）時(shí)，系統(tǒng)會產(chǎn)生高報(bào)警，并且在上位機(jī)顯示；當(dāng)其中某一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)渦輪管路的流量超出設(shè)定的上限值的100%（可設(shè)定）時(shí)，系統(tǒng)會產(chǎn)生高高報(bào)警，自動(dòng)關(guān)閉檢定回路流量調(diào)節(jié)閥FV-602A、FV-602B、FV-602C（流量調(diào)節(jié)閥設(shè)定為手動(dòng)，同時(shí)給定0%閥位），打開流量旁通閥FV-601A、FV-601B（流量旁通閥設(shè)定為手動(dòng)，同時(shí)給定100%閥位），同時(shí)周期性檢測流量值，如果在80%（可設(shè)定）報(bào)警點(diǎn)以內(nèi)，檢定回路調(diào)節(jié)閥停止關(guān)閥，旁通回路停止開閥，保持當(dāng)前狀態(tài)，等待繼續(xù)檢定。

當(dāng)其中某一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)渦輪管路的流量超出設(shè)定的上限值的120%時(shí)，則控制系統(tǒng)立即切斷自驅(qū)式安全切斷閥PSDV-203A、PSDV-203B，打開球閥ROV103，以保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)。

圖2 渦輪超速保護(hù)聯(lián)鎖示意圖

3 結(jié)語

通過加強(qiáng)對標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的日常維護(hù)和系統(tǒng)保護(hù)邏輯，加強(qiáng)對標(biāo)準(zhǔn)表的監(jiān)控，保證標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的良好性能，同時(shí)避免了因?yàn)槿藶槭д`出現(xiàn)流量超出流量計(jì)范圍，打壞渦輪流量計(jì)的葉輪，保護(hù)了標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。

[1]丁建林,國明昌,邱惠,等.高壓天然氣流量標(biāo)準(zhǔn)裝置[J].計(jì)量學(xué)報(bào)，2008,29(5):479-483.

[2]李紹谷．天然氣實(shí)流標(biāo)準(zhǔn)裝置[J]．計(jì)量與測試技術(shù)，1994，4:35-36.

[3]趙璟,濮新宏.原油流量計(jì)在檢定中存在的問題及對策[J].中國計(jì)量,2010(4):112-113.

[4]趙璟,濮新宏,陳祥斌.原油流量計(jì)檢定中的問題與對策[J].油氣儲運(yùn),2010,29(3):236-237.

[5]何哲峰,高世飛,楊煥誠.天然氣流量計(jì)檢測自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì),2015(21):103,107.