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天然氣流量計發展
天然氣流量計
——我國天然氣工業的發展
1．二十一世紀為天然氣的世紀，天然氣是的燃料和化工原料。作為燃料，它燃燒*，單位發熱量大，燃燒后產物對環境影響小；作為化工原料，它潔凈，質優，成本低，可用它生產多種精細化工產品和高附加值產品，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構中所占的比例不斷上升，據統計1970年為17.7%，1980年為18.8%，1990年為21.5%，2000年為 22.3%，預計2010年為24.3%。
19世紀煤經歷100年超過柴薪成為*能源；20世紀石油經歷 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。天然氣可采儲量現在己達145萬億立方米，目前年產量約為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的發展奠定了堅實的基礎；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境正在大量地以天然氣替代傳統的能源煤和油；其次是正在開拓天然氣新的應用領域（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%。為克服天然氣生產地區和消費地區地理位置相距遙遠的困難，液化天然氣（LNG）己成為天然氣貿易中的重要產品，年貿易量約為1000億立方米，而其價格己可與油品相競爭。隨著管道建設和儲運技術的進步，輸氣成本亦在不斷下降，因此天然氣的貿易量亦在上升，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，天然氣的利用卻嚴重滯后，在能源結構中僅占約2%，而工業發達國家一般為30-40%。我國仍然處于以煤為主的能源結構，隨著國民經濟快速發展，己帶來一系列嚴重問題，如環境惡化，交通運輸不堪重負，人民生活質量不高等。由于我國油資源己不能滿足經濟發展的需要，我國己成為油品進口國，并且進口比重在不斷上升。能源結構調整已迫在眉睫，國家確定能源結構將進行戰略性調整，使煤、油、氣的應用比例趨于合理。目前啟動的西氣東輸工程就是能源結構調整的序幕，今后幾十年內天然氣的使用百分比將持續快速地上升，在2015年前后，預計將達到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的工程。整個工程包括上游氣田開發，輸氣管道干線建設和下游利用配套建設。西氣東輸工程是一項上中下游一體化的特大型國家基礎工程，它與西電東送，南水北調，青藏鐵路并列為世紀初我國四項偉大工程，是西部大開發的重要組成部分，它將對我國國民經濟發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。據國土資源部油氣儲量評估中心評審認定，作為西氣東輸主供氣田所在的庫車-塔北地區，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年供120億立方米商品氣，預計穩定供氣11-13年，經過進一步勘探，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，途經九個省市區，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，穩定供氣30年，zui終達到年輸氣量200億立方米。預計2003年底全線貫通。由于天然氣市場開拓是一個漸進過程，預計用戶達到120億立方米，輸氣管道設計負荷時間為7-8年。
西部天然氣的開發除西氣東輸工程外，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，工程建設正在論證規劃中。
根據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。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大允許濃度等技術規定，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城市管網銷售給用戶，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一期產能建設規模為每年120億立方米和90萬噸輕烴。大約開發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） 單井計量和監控技術，必須監測單井的產氣量，產液量，壓力，溫度和含水率等參數，井口的檢測儀表處于極為惡劣的工作環境下，如高壓（45Mpa以上），腐蝕（含有CO2、H2S多等腐蝕介質）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）（管理控制數據采集系統）
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系統除控制集氣站的處理工廠外，還應通過RTU遠距終端裝置遠距離監視所轄的氣井和計量站的生產狀態和有關數據，一旦出現事故狀態，立即啟動集氣站中的應急關閉和火炬系統。集氣站的高中低略統在發生故障時必須先關閉系統，將高、中、低壓系統自動切換到火炬系統，自動點火。充分燃燒，保護環境和保障系統安全。
3）天然氣處理廠的DCS集散控制系統
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，熱電聯供設備，含油污水處理廠等。它們的過程檢測和控制系統是典型的DCS集散控制系統，生產工藝過程相對分散，每個工廠都有自己獨立的生產工藝過程，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運行，還應考慮到全系統的熱量和質量平衡以達到對給定原料氣為的生產過程控制。
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、鹽堿地等多種復雜地段，管道自動控制采用SCADA系統，首末站，中間壓氣站和分輸站控制系統按無人操作有人值守的原則設計，實現全線管道輸送工藝過程的監控，調度管理及優化運行；管道通訊采用主備用方式，主用通訊擬采用光纜，備用通訊租用公網電路，在公網不能覆蓋地區建設衛星地面站；SCADA系統除一般輸送過程的壓力、溫度、流量、天然氣密度、天然氣露點等參數的檢測和調節以及中間站的監視控制外，還應考慮管道設備的腐蝕和防護，以及管線的安全操作等技術，特別是當發生大災和設備事故，或者被偷盜時，為保護系統和生態環境系統的應急處理技術。
天然氣作為一種商品在氣田的外輸首站需經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，其計量數據是財務結算的憑證，它應具有科學性、準確性和公正性。目前，天然氣計量有兩種：質量計量和能量計量。在工業發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量指標，如發熱量、硫化物含量、主要組分含量、烴露點和水露點等，或按法定要求的質量指標以體積或能量的方法進行交接計量。我國天然氣貿易計量方法是在法定要求的質量指標以體積或能量的方法進行交接計量。
天然氣主要用于發電、化工、工業燃料和城市燃氣四個方面。城市天然氣管網需用SCADA系統監視，控制和數據采集。管線網絡的拓樸結構有樹型、環型、星型等多種組合形式，整個過程檢測和控制系統要根據工藝流程合理設計各RTU遠距離終端裝置，根據用戶所需的天然氣壓力和流量調節整個系統平衡運行，保證及時準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，自動滅火系統和工藝過程中連鎖應急關閉系統等。
天然氣開發、儲運、銷售整個過程要實施環境保護全過程生產控制，強化對排放點的達標考核，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品，長輸管線需高壓、大口徑能承受惡劣環境的流量計和調節閥，應急關閉閥等。
天然氣長輸管線既穿越荒無人煙的山地、峽谷、河流、沼澤，又要經過村莊城鎮，要防止天災、地震、管線腐蝕、管線斷裂等造成的外漏引起的火災和人員傷害，又要防止人為盜氣，要有天然氣泄漏的預警系統，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、停輸等惡性事故。