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摘要：当前城市人口的增加以及城市生活质量的提升，对于天然气有了越来越多的需求，所以天然气场站调压计量的安全可靠性能已经得到了社会广泛的重视。当前对于天然气场站而言，调压以及计量系统是确保气源供应稳定、安全的关键，对于经济利益的提升具有重要的影响意义。本文我们将针对天然气场站计量调压设计要点展开分析及探究。
关键词：天然气场站；计量调压；设计；计量
一、计量仪器的选择
由于计量数据是用于结算，所以必须准确、可靠。为获得准确、可靠和安全的计量，设计上应该考虑以下因素：最大和最小流量、操作压力、流量分布情况、操作和维护情况、未来流量增加以及公司政策等方面。根据这些因素，一般从5种常用流量计形式中选择流量计：孔板流量计、涡轮流量计、旋进漩涡流量计、转子流量计或体积式流量计。
单台孔板流量计提供的量程比为1：3，应尽量满足使用流量为满量程的30%～80%。涡轮流量计和转子流量计具有较大的测量范围，占空间小，条件合适时比孔板流量计更准确，用于相对洁净的天然气干气，最佳使用流量是满量程的10%～80%之间。不过由于这种流量计有活动部件，如涡轮、转子等，要求的维护量较孔板流量计的多。为了保证计量的可靠和准确，涡轮和转子流量计上游需安装过滤器，且流量计和过滤器需要按时维护。
旋进漩涡流量计的测量范围也比较大，占空间小，而且没有活动部件，计量准确性和涡轮流量计相当，操作和维护比较方便，最佳使用流量也是满量程的80%以下，必须大于流量计的最小流量。但是由于这种计量装置存在起步流量的问题，不适合用于民用气计量，对稳定的流量来说旋进漩涡流量计还是比较可靠的。
体积式流量计具有较大的测量量程比，安装空间相对较小，但测量能力也较小，约为700m3/h，且压力等级较低，约为017MPa（表压）。这种流量计可以提供优质的测量，但对气体质量要求很高（不能有固体杂质的干气），所以必须在上游安装过滤装置，使气质符合计量要求。设计这种仪表应使其工作范围低于其最大量程的75%，这样可以避免允许流量增加时仪表超转速而引起的超限误差。为限制流量，可以考虑在计量上游设置控制阀或限流孔板以控制仪表最大通过能力为满量程的75%。
以上几种流量计都需要电子或机械测量装置。电子测量装置更精确、维护量更小，但费用高。大型流量计一般适用电子测量装置。为了用机械计数器得到准确的测量，使用自力式、液压或控制器操作的控制阀在流量计上游控制一个没有波动的稳定压力是很有必要的。
二、调压流程方案的确定
调压和超压保护装置是保证计量调压站功能和安全性的重要系统。目前输气管道常用的调压流程方案主要有 5 种：单台工作调节阀；单台工作调压阀+串联一个监控调压阀；单台工作调节阀+串联一个安全切断阀；工作监控调压阀+安全切断阀；工作调节阀+监控调压阀+安全切断阀。单台工作调节阀方案流程简单，操作方便，量程比小，但需要运行人员随时调整，安全性较差，气量波动时人员调整不及时将导致下游压力波动。单台工作调压阀+串联一个监控调压阀方案是通过两个调压阀串联，分级调节和监控，实现对下游压力的监控；其安全性较好，流程简单，操作方便，但需要运行人员随时调整，两台调压器的压力设定要合理。单台工作调节阀+串联一个安全切断阀和工作监控调压阀+安全切断阀这两种方案均采用了安全切断阀设置，安全性较高，能确保下游压力不超压，且占地和投资均不高。正常情况下，安全切断阀和监控调压阀处于全开位置，由工作调节阀对下游压力进行控制。当控制器接收到站控系统的信号，供气流量超过设定值时，控制器和工作调节阀则切换到流量控制状态，此时控制器输出控制信号，限制分输流量；当工作调节阀出现故障，无法控制下游压力时，监控调压阀开始工作，以维持下游压力的安全范围；若监控调压阀也出现故障，不能控制下游压力时，安全切断阀则自动切断气源，同时控制器开启备用回路，以保证下游管道和设备的安全。
三、压力流量控制系统的设计
天然气在管道中运行流通，这种工况环境下，天然气的压力与流量之间存在着正比的对应关系：在供气条件一样的情况下，相同的管道中气流量越大，压力也越大。在天然气站中的压力预留量控制不可能同时达到控制压力和流量，一般在实际的设计中会在不同的工况中来分别设定相应的参數进行控制。天然气场站中常用的压力控制系统为串联监控，增加流量控制功能只是在调节阀程序控制上增加控制环节，因此一般压力流量控制系统包括：安全切断阀、监控调压器、调节阀、专用压力流量控制器、压力变送器、压力表及相关设备、大小头、管路附件等。安全切断阀、监控调压器、调节阀为相互独立的设备，按照从上游至下游的顺序，串联在一起组成的安全、监控式控制系统。压力流量控制系统为无人操作设计，采用以 PLC（带 PID 调节模块）为基础组成独立的压力流量控制器，对站场出站压力、流量进行控制：
①当供气流量低于流量上限设定值时，安全切断阀和监控调压器处于全开位置，控制器和调节阀处于压力调节状态。此时，控制器和调节阀的作用是控制对下游的供气压力在规定的范围内，即在允许的波动范围内、按照压力上限设定值对下游用户供气。
②当供气流量增加到接近或超过流量上限值时，安全截断阀和监控调压阀处于全开位置，控制器和调节阀处于流量控制状态。控制器输出控制信号，减小调节阀开度，控制供气流量不超过流量上限值；此时，对下游供气压力将低于设定的压力值。
③在对下游供气压力低于压力上限值的情况下，如果供气流量出现波动，则控制器根据站控系统反馈的供气流量和压力参数输出控制信号，控制供气流量已设定的流量上限值、在允许的波动范围内稳定供气。
④当供气流量从设定的流量上限值减少时，压力流量控制系统增加调节阀开度以稳定供气流量；当供气流量继续减小，调节阀开度继续增加导致对下游供气压力达到设定的出口压力值后，压力流量控制系统进入上述①所述的压力调节状态；当供气流量增加到接近或超过流量上限值时，压力流量控制系统进入上述②，③所述的流量控制状态。
⑤当调节器出现故障导致供气压力超过压力上限值达到一定范围时，监控调压器自动（或由专用控制器启动）投入工作，以维持下游供气压力在一个安全、合理范围。此时，系统处于自力式压力调节状态，不能控制供气流量。
⑥若调节阀出现故障后，监控调压器也出现故障，不能控制下游压力时，安全切断阀则自动（或由专用控制器/站控系统）切断该回路气源，并由站控系统开启备用回路，关闭故障回路，以确保连续供气及下游管道、设备和系统的安全。
四、结束语
总的来说，在现代化的城市天然气输配系统中，调压与计量都是较为关键和复杂的设施，在其工艺设计中必须综合考虑各方面的影响，保证天然气在生产运行中可以灵活调配以实现不同的供气要求。在天然气场站的计量调压工艺中，通过压力控制与流量调节相结合的控制逻辑，能够有效保证城市供气的安全稳定和调节性需求，对于保证沿线的天然气稳定供应并维持良好的经济收益起到了十分关键的作用。因此，天然气场站的计量调压方案设计中，应充分考虑工艺配置和城市供求关系，以实现最优化的方案。
参考文献：
[1]徐冀林. 石油天然气场站应急安全指示装备的设计[D].电子科技大学，2011.
[2]于东升 郭东升 江涛 李方圆. 天然气场站工艺系统技术改进[J]. 油气储运，2012，11：.
[3]皇甫立霞，郭开华. 液化天然气场站安全技术标准规范及发展动态[J]. 化工学报，2009，S1：11-15.
[4]何爱赟. 如何加强天然气场站电气自动化设备的可靠性[J]. 中国石油和化工标准与质量，2013，14：220.
关键词：天然气场站；计量调压；设计；计量
一、计量仪器的选择
由于计量数据是用于结算，所以必须准确、可靠。为获得准确、可靠和安全的计量，设计上应该考虑以下因素：最大和最小流量、操作压力、流量分布情况、操作和维护情况、未来流量增加以及公司政策等方面。根据这些因素，一般从5种常用流量计形式中选择流量计：孔板流量计、涡轮流量计、旋进漩涡流量计、转子流量计或体积式流量计。
单台孔板流量计提供的量程比为1：3，应尽量满足使用流量为满量程的30%～80%。涡轮流量计和转子流量计具有较大的测量范围，占空间小，条件合适时比孔板流量计更准确，用于相对洁净的天然气干气，最佳使用流量是满量程的10%～80%之间。不过由于这种流量计有活动部件，如涡轮、转子等，要求的维护量较孔板流量计的多。为了保证计量的可靠和准确，涡轮和转子流量计上游需安装过滤器，且流量计和过滤器需要按时维护。
旋进漩涡流量计的测量范围也比较大，占空间小，而且没有活动部件，计量准确性和涡轮流量计相当，操作和维护比较方便，最佳使用流量也是满量程的80%以下，必须大于流量计的最小流量。但是由于这种计量装置存在起步流量的问题，不适合用于民用气计量，对稳定的流量来说旋进漩涡流量计还是比较可靠的。
体积式流量计具有较大的测量量程比，安装空间相对较小，但测量能力也较小，约为700m3/h，且压力等级较低，约为017MPa（表压）。这种流量计可以提供优质的测量，但对气体质量要求很高（不能有固体杂质的干气），所以必须在上游安装过滤装置，使气质符合计量要求。设计这种仪表应使其工作范围低于其最大量程的75%，这样可以避免允许流量增加时仪表超转速而引起的超限误差。为限制流量，可以考虑在计量上游设置控制阀或限流孔板以控制仪表最大通过能力为满量程的75%。
以上几种流量计都需要电子或机械测量装置。电子测量装置更精确、维护量更小，但费用高。大型流量计一般适用电子测量装置。为了用机械计数器得到准确的测量，使用自力式、液压或控制器操作的控制阀在流量计上游控制一个没有波动的稳定压力是很有必要的。
二、调压流程方案的确定
调压和超压保护装置是保证计量调压站功能和安全性的重要系统。目前输气管道常用的调压流程方案主要有 5 种：单台工作调节阀；单台工作调压阀+串联一个监控调压阀；单台工作调节阀+串联一个安全切断阀；工作监控调压阀+安全切断阀；工作调节阀+监控调压阀+安全切断阀。单台工作调节阀方案流程简单，操作方便，量程比小，但需要运行人员随时调整，安全性较差，气量波动时人员调整不及时将导致下游压力波动。单台工作调压阀+串联一个监控调压阀方案是通过两个调压阀串联，分级调节和监控，实现对下游压力的监控；其安全性较好，流程简单，操作方便，但需要运行人员随时调整，两台调压器的压力设定要合理。单台工作调节阀+串联一个安全切断阀和工作监控调压阀+安全切断阀这两种方案均采用了安全切断阀设置，安全性较高，能确保下游压力不超压，且占地和投资均不高。正常情况下，安全切断阀和监控调压阀处于全开位置，由工作调节阀对下游压力进行控制。当控制器接收到站控系统的信号，供气流量超过设定值时，控制器和工作调节阀则切换到流量控制状态，此时控制器输出控制信号，限制分输流量；当工作调节阀出现故障，无法控制下游压力时，监控调压阀开始工作，以维持下游压力的安全范围；若监控调压阀也出现故障，不能控制下游压力时，安全切断阀则自动切断气源，同时控制器开启备用回路，以保证下游管道和设备的安全。
三、压力流量控制系统的设计
天然气在管道中运行流通，这种工况环境下，天然气的压力与流量之间存在着正比的对应关系：在供气条件一样的情况下，相同的管道中气流量越大，压力也越大。在天然气站中的压力预留量控制不可能同时达到控制压力和流量，一般在实际的设计中会在不同的工况中来分别设定相应的参數进行控制。天然气场站中常用的压力控制系统为串联监控，增加流量控制功能只是在调节阀程序控制上增加控制环节，因此一般压力流量控制系统包括：安全切断阀、监控调压器、调节阀、专用压力流量控制器、压力变送器、压力表及相关设备、大小头、管路附件等。安全切断阀、监控调压器、调节阀为相互独立的设备，按照从上游至下游的顺序，串联在一起组成的安全、监控式控制系统。压力流量控制系统为无人操作设计，采用以 PLC（带 PID 调节模块）为基础组成独立的压力流量控制器，对站场出站压力、流量进行控制：
①当供气流量低于流量上限设定值时，安全切断阀和监控调压器处于全开位置，控制器和调节阀处于压力调节状态。此时，控制器和调节阀的作用是控制对下游的供气压力在规定的范围内，即在允许的波动范围内、按照压力上限设定值对下游用户供气。
②当供气流量增加到接近或超过流量上限值时，安全截断阀和监控调压阀处于全开位置，控制器和调节阀处于流量控制状态。控制器输出控制信号，减小调节阀开度，控制供气流量不超过流量上限值；此时，对下游供气压力将低于设定的压力值。
③在对下游供气压力低于压力上限值的情况下，如果供气流量出现波动，则控制器根据站控系统反馈的供气流量和压力参数输出控制信号，控制供气流量已设定的流量上限值、在允许的波动范围内稳定供气。
④当供气流量从设定的流量上限值减少时，压力流量控制系统增加调节阀开度以稳定供气流量；当供气流量继续减小，调节阀开度继续增加导致对下游供气压力达到设定的出口压力值后，压力流量控制系统进入上述①所述的压力调节状态；当供气流量增加到接近或超过流量上限值时，压力流量控制系统进入上述②，③所述的流量控制状态。
⑤当调节器出现故障导致供气压力超过压力上限值达到一定范围时，监控调压器自动（或由专用控制器启动）投入工作，以维持下游供气压力在一个安全、合理范围。此时，系统处于自力式压力调节状态，不能控制供气流量。
⑥若调节阀出现故障后，监控调压器也出现故障，不能控制下游压力时，安全切断阀则自动（或由专用控制器/站控系统）切断该回路气源，并由站控系统开启备用回路，关闭故障回路，以确保连续供气及下游管道、设备和系统的安全。
四、结束语
总的来说，在现代化的城市天然气输配系统中，调压与计量都是较为关键和复杂的设施，在其工艺设计中必须综合考虑各方面的影响，保证天然气在生产运行中可以灵活调配以实现不同的供气要求。在天然气场站的计量调压工艺中，通过压力控制与流量调节相结合的控制逻辑，能够有效保证城市供气的安全稳定和调节性需求，对于保证沿线的天然气稳定供应并维持良好的经济收益起到了十分关键的作用。因此，天然气场站的计量调压方案设计中，应充分考虑工艺配置和城市供求关系，以实现最优化的方案。
参考文献：
[1]徐冀林. 石油天然气场站应急安全指示装备的设计[D].电子科技大学，2011.
[2]于东升 郭东升 江涛 李方圆. 天然气场站工艺系统技术改进[J]. 油气储运，2012，11：.
[3]皇甫立霞，郭开华. 液化天然气场站安全技术标准规范及发展动态[J]. 化工学报，2009，S1：11-15.
[4]何爱赟. 如何加强天然气场站电气自动化设备的可靠性[J]. 中国石油和化工标准与质量，2013，14：220.