張利華

中國石油西南油氣田分公司 重慶氣礦（重慶 400021）

0 引言

天然氣從地下開采出來變成終端商品，在生產、加工和集、輸、配過程中存在相當數量的損耗，針對某一管網系統(tǒng)而言，天然氣輸入總量減去輸出總量的差值，習慣稱為輸差[1]。根據某氣田10 年的生產數據，輸差占天然氣總損耗的30%～55%[2]，對于一個年產天然氣數十億立方米規(guī)模的企業(yè)，輸差率0.1%都是損失巨大的，控制輸差對于降耗增效意義重大。且隨著天然氣需求的不斷增加和市場經濟觀念的不斷增強，天然氣輸差困擾供需雙方的糾紛問題越發(fā)突出[3]。但影響輸差的因素復雜繁多，天然氣的多組分、安裝條件、操作條件、環(huán)境條件的變化和多參數測量都會影響天然氣計量準確性[4]，造成輸差。所有的天然氣公司都不同程度面臨輸差問題的困擾，而繁瑣反復的輸差異常診斷過程是困擾計量人員的難點。國內外學者對影響天然氣輸差的因素及對策進行了很多研究，但目前未發(fā)現(xiàn)有序的、具有操作性的系統(tǒng)診斷方法，計量人員對輸差異常診斷一定程度憑借自己的經驗，具有隨意性，導致輸差異常診斷效率偏低，難以適應天然氣工業(yè)高效高質量發(fā)展的需要。

近年來，隨著國家管網互聯(lián)互通工作的全面開展和進程加快[5-7]，管網天然氣動向愈加錯綜復雜，流程和氣量調整頻繁，供氣狀態(tài)變化加大，同時加大了輸差管控的難度。根據多年現(xiàn)場計量工作經驗，基于目前天然氣生產現(xiàn)場使用最多、輸差影響環(huán)節(jié)最復雜的孔板流量計開展研究再引申其他流量計，對生產現(xiàn)場天然氣輸差的影響因素進行全面分析研究，并按照診斷的難易程度進行分解，規(guī)范診斷操作流程，借鑒企業(yè)標準化管理思路，最后形成系統(tǒng)診斷方法模版，在現(xiàn)場應用中取得了良好效果。

1 天然氣輸差概述

天然氣從地下開采出來，在復雜的加工、集、輸和配氣過程中有非常大的損耗，主要包括天然氣處理加工的縮減量、管線事故或作業(yè)時放空量，這些損耗量和天然氣生產量、銷售量、回注量、自耗量、管存量等都可以通過直接儀表計量或間接公式計算得到其數量，天然氣輸差則是集輸管道內平衡輸氣進出量之差值。對某一平穩(wěn)供氣具有完整計量設備的輸氣管網而言，若不考慮計量誤差，理論上進出量應相等，即輸差應為0。但由于計量設備本身存在誤差，計量方法及計量過程控制不完善也會導致計量誤差，實際輸差值不會為0，因此輸差是未被計量或計量誤差造成的，輸差是必然存在的。

天然氣輸差是某一段時間輸氣管道內平衡輸氣量之差值[8]，其理論計算公式為：

為便于理解，可簡化為

式中：Q差為某一時間輸氣管道內的輸差，m3；Q1為同一時間內的輸入氣量，m3；Q2為同一時間內的輸出氣量，m3；Q3為同一時間內輸氣單位的生產、生活用氣量，m3；Q4為同一時間內放空氣量，m3；V1為計算時間開始時，管道計算段內的儲存氣量，m3；V2為計算時間終了時，管道計算段內的儲存氣量，m3;∑Q入為同一時間內輸入總氣量，m3；∑Q出為同一時間內輸出總氣量，m3；V初存為同一時間內開始時刻的管存量，m3；V末存為同一時間內終了時刻的管存量，m3。

其中，天然氣輸出總量包括所有輸出量和損耗量之和，目前天然氣氣量結算不是以很短的時間點結算，而是以某時間段內（通常以月為時間單位）的氣量進行結算，也為了簡化計算，對日常平穩(wěn)運行、節(jié)點壓力變化不大的管網，管存變化量可以忽略不計，計算輸差時可以不考慮管存。在具體計算時，為了統(tǒng)計分析天然氣輸入和輸出量是否平衡，需要每天把某特定區(qū)域某時間段內全部輸入和輸出的天然氣量準確地列出來，監(jiān)視輸差異常走勢，可以及時發(fā)現(xiàn)和處理計量問題或管網泄漏問題，以維護企業(yè)合法利益。

因此，天然氣輸差管理是天然氣生產經營管理非常重要的環(huán)節(jié)。計量人員每天密切監(jiān)控輸差變化，發(fā)現(xiàn)輸差異常時，及時進行原因分析。

2 天然氣輸差異常原因分析

由于天然氣管網較長，進、出口眾多交錯，天然氣供氣調配變化多，造成天然氣輸差異常的原因很多，既有計量誤差引起的輸差也有未被計量引起的輸差，具體有管路系統(tǒng)內外泄漏、計量誤差、盜氣、計算和記錄不正確等。需要說明的是：設備設計、制造、安裝不合規(guī)范；設備選型不合理；設備的準確度不夠等，屬于系統(tǒng)原因，在站場、管網投產時就已經存在了，這里不做討論。主要討論天然氣在生產運行中出現(xiàn)輸差異常的非系統(tǒng)原因。

2.1 人為失誤導致數據錯誤

由于很多天然氣集輸管道、場站具有點多線長面廣的特點，且多處于人煙稀少、自然環(huán)境惡劣的地方，而且生產區(qū)域分散，有很多場站未能實現(xiàn)站控自動化，信息讀取、錄入、計算仍需人工完成，存在人為失誤導致數據錯誤的可能，從而造成輸差異常。很多單位輸差監(jiān)控表數據是鏈接在生產調度運行報表上，屬于數據二次傳遞，如果數據傳遞出現(xiàn)問題，也會造成輸差異常。這類由于人為失誤導致數據錯誤引起輸差異常占有比例比較高。

2.2 工藝流程和進出點氣量調整

天然氣管網互聯(lián)互通基本建設進程越來越快，管網調配越來越復雜，工藝流程、進出點氣量調整和變化越來越頻繁，加大了輸差管控難度。如果計量人員未能及時變更調整后的輸差進出點，就無法平衡氣量，造成輸差異常。

進出點氣量調整可能會導致孔板流量計差壓運行范圍超限，造成“小馬拉大車、大馬拉小車”的非計量漏失，引起輸差異常。

2.3 管網內外泄漏、放空、盜氣

管網泄漏分客觀因素和人為因素，客觀因素包括腐蝕穿孔泄漏、流程密閉性差泄漏、自然災害造成管道斷裂等；人為因素包括施工無意損傷、打孔盜氣等[9]，天然氣管網泄漏的損失是難以估計的。管線由于緊急情況破裂或施工作業(yè)需要人為放空，未正確記錄管線管徑、壓力變化、距離、時間等，以致于未能準確估算氣量損失。這些未計量的管網內外泄漏、放空、盜氣等原因都會造成輸差異常。

2.4 計量參數錄入錯誤

從天然氣流量計算公式可知，參與流量計算的參數有數十個，計量參數錄入不正確將對輸差影響較大。計量參數包括氣質參數（相對密度、甲烷等天然氣組分）和計量設備參數（測量管內徑D20、取壓方式、測量管內壁絕對粗糙度kD、孔板內徑d20、孔板連續(xù)使用時間（年）、孔板入口邊緣圓角半徑rk、當地大氣壓P0、流量計量狀態(tài)、靜壓量程Pm、差壓量程Hm、溫度測量范圍Tmin～Tmax、小信號切除信號H(Pa)、智能流量計儀表K系數），這些參數如果錄入錯誤，將會導致計量漏失從而引起輸差異常。

2.5 計量系統(tǒng)配套儀表誤差

計量儀表誤差對輸差有較大影響?？装辶髁坑嫷墓?jié)流件——孔板對計量準確性有非常大的影響，如果孔板表面堆積污物過多、孔板安裝方向錯誤、入口尖銳度磨損等，都會造成比較大的計量誤差。壓力、差壓、溫度、安全柵(隔離器)和A/D轉換器等儀表設備在使用過程中會出現(xiàn)示值漂移、儀表故障等問題，從而引起計量誤差造成輸差異常。

2.6 其他使用條件和環(huán)境條件變化影響

由于天然氣的氣體流態(tài)特征，各種使用條件和環(huán)境條件的變化都會對計量結果產生直接影響，從而引起輸差異常。氣舉、排水作業(yè)、清管、流量計上游端調壓閥的操作、計量前后壓縮機的啟停和運行、電磁干擾等會對天然氣的流態(tài)產生較大影響，從而引起輸差異常。

3 天然氣輸差診斷方法

一些學者和計量人員對輸差異常的診斷提出“輸差一出，儀表先行”的原則[10-12]，首先把輸差異常的原因定位于計量儀表的問題。但根據筆者多年的輸差管理經驗，儀表按周期進行了維護、檢定、校準，出現(xiàn)問題幾率相對較小；根據多年追蹤天然氣輸差異常的經驗，儀表問題占比不是特別大；天然氣場站很多在偏遠分散的地方，診斷儀表問題需要消耗人力、檢測設備和車輛成本，不利于企業(yè)提質增效。

從輸差異常出現(xiàn)問題頻率最高、成本最低和診斷相對簡單易行的數據可靠性分析最可行，“輸差一出，數據先行”是效率最高的方式，據此研究出天然氣輸差異常診斷的系統(tǒng)方法。

3.1 天然氣輸差異常診斷流程

當輸差監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生異常報警時，就需要進行密切關注。根據輸差后期的走勢進行原因診斷和處理。按照診斷的難易程度和人、物成本投入高低，從易到難進行梳理，采取步步確認方式逐項排查，診斷流程如圖1所示。

圖1 天然氣輸差異常診斷流程圖

3.2 天然氣輸差異常診斷方法模版的建立

根據天然氣輸差異常診斷流程圖（圖1），細化診斷步驟，參照標準化管理思路，建立天然氣輸差異常診斷模版（表1、表2、表3），此模版包括3部分：數據核查、計量系統(tǒng)核查、使用環(huán)境核查，建議先使用快速簡易方法核查，發(fā)現(xiàn)可疑再細致準備核查[13-19]。一旦出現(xiàn)輸差異常情況，計量人員不再隨意無序進行診斷，可以依據該模版進行排查，最后進行結論分析和處理。該模版主要根據診斷的難易程度、出現(xiàn)頻率和消耗成本的多少，按照數據（含流程）、計量系統(tǒng)（含范圍、參數、儀表）、環(huán)境、結果處理等4個方面來進行確認[20-24]。

表1 天然氣輸差異常系統(tǒng)診斷方法模版中的數據核查

表2 天然氣輸差異常系統(tǒng)診斷方法模版的計量系統(tǒng)核查

續(xù)表2

表3 天然氣輸差異常系統(tǒng)診斷方法模版的使用環(huán)境核查

4 天然氣輸差異常診斷模版的應用及效果

天然氣輸差異常診斷模版研究完成后，應用在某氣田輸差異常診斷工作上，取得了良好的效果。主要在以下幾個方面得到體現(xiàn)。

4.1 天然氣輸差異常診斷效率和準確性得到提高

由于診斷方法模版的建立，獲得天然氣輸差異常診斷的最佳秩序，遇到輸差異常問題，根據診斷模板，從數據的正確與否開始分析，再進行流程的梳理、儀表運行范圍核查、計量參數的核查、計量系統(tǒng)及儀表的校驗、流態(tài)及綜合因素的核查。通過3年來在某氣田的實際應用，天然氣輸差異常診斷的效率提高了很多。2020 年4 月中旬，發(fā)現(xiàn)進大管線的氣量計算錯誤，把578.11×104m3錯誤計算為483.63×104m3，影響氣量94.48×104m3。診斷、處理此類輸差異常問題，原來需要1～5 d，現(xiàn)在利用了診斷模板，僅僅用了不到30 min 就處理完畢，極大提高了工作效率。

診斷方法體系的構建，讓天然氣輸差異常診斷準確性也大大提高。2020 年8 月上旬，發(fā)現(xiàn)某氣田某輸氣干線的輸差突然異常報警，偏離正常值6%，通過對數據的反復核查、流程的梳理檢查，發(fā)現(xiàn)是誤把某管線反輸計量裝置的旁通閥打開，天然氣約少計量37×104m3/d，4 d少計量148×104m3。

4.2 天然氣輸差異常診斷成本降低、輸損降低，效益提高

天然氣生產場站大部分比較偏遠，有的單程都需要幾個小時，而且輸差線計量進出點多，頻繁奔波現(xiàn)場，人員、檢測設備和車輛的消耗都較高。

天然氣輸差異常診斷模版的應用，使診斷流程步驟清晰，當輸差出現(xiàn)異常時不是盲目地、重復地查找原因和反復往返于現(xiàn)場，甚至漏掉重要的環(huán)節(jié)，而是根據診斷模版有序進行診斷和處理，減少了異常輸差診斷的隨意性，減少了不必要的成本消耗。

在某天然氣產銷氣礦4 年來的實施應用，實施前一年，2016年輸差損耗為9 001×104m3，從2017年實施以來，輸差損耗得到了降低，2017～2020 年輸差損耗分別為6 845×104、5 168×104、6 604×104、6 021×104m3，年平均天然氣輸差損耗為（6 845+5 168+6 604+6 021）/4=6 160×104m3，輸差損耗年均降低30%左右，總共產生上億元的經濟效益。

4.3 計量人員能力短時間內得到顯著提升

天然氣輸差異常診斷模版是一個清晰明確的行動指南，具有可操作性，對計量人員有序高效地進行輸差異常診斷、快速提升處理問題的能力提供了有力技術支持。

診斷模板步驟清晰，技術要求明確，而且有具體的記錄填寫要求，也能有效克服計量人員不記錄或漏記錄的問題，避免了在現(xiàn)場清清楚楚，回來后又模模糊糊的低效狀態(tài)。天然氣輸差異常診斷模版的步驟，包含了計量管理的大部分系統(tǒng)綜合知識，而非零碎片面的知識。按照模版流程開展診斷后，能力提升顯著，半年到一年時間可以掌握需要幾年時間學習和積累的知識與技術。

5 結論

1）天然氣輸差異常系統(tǒng)診斷方法借鑒了標準化管理思路，并和天然氣生產實際相結合，具有可操作性，在某氣田得到了廣泛應用。當輸差監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)異常警示，按診斷方法模版進行診斷和處理，目標導向明確，工作有序、高效，為計量標準化、智慧化、低碳化發(fā)展提供技術支撐。

2）天然氣輸差異常系統(tǒng)診斷方法不僅規(guī)范了天然氣輸差異常診斷的秩序，減少了計量人員的主觀性和隨意性，而且輸差管控能力得到顯著提升，為維護企業(yè)合法效益提供了技術支撐。

3）天然氣輸差異常系統(tǒng)診斷方法是長期計量工作技術和經驗的積累，是寶貴的技術儲備，并得到了保存，轉化為企業(yè)的財富，不會因人員的流動而流失，使不同員工的工作效率和質量得到保證，也為員工教育培訓提供了實用的資源。

4）天然氣輸差異常系統(tǒng)診斷方法為廣大天然氣計量工作者提供了一種較好的管理思路，并在生產實踐中不斷豐富、完善和改進，為天然氣產銷企業(yè)輸差管理提供借鑒和參考，為天然氣高質量發(fā)展提供技術支撐。