液化天然氣接收站流量計選型設計與應用研究

　　摘要: 針對液化天然氣接收站介質特性及工藝流程，該文簡單介紹了液化天然氣工程中常用流量計的工作原理及優缺點，給出了流量計選型的一般步驟，非常后通過實例介紹了流量計選型的過程，并對選型時應注意的問題進行了探討。

　　引言

　　液化天然氣( LNG) 接收站是對 LNG 進行接收、儲存、氣化和外輸等作業的站場，主要工藝系統包括卸料系統、儲存系統、蒸發氣( BOG) 壓縮機系統、高壓氣化外輸系統、槽車低壓外輸、火炬系統、計量系統等，另外還有配套的公用系統，如消防水系統、儀表風系統、制氮系統、取海水系統等，為了更好地控制產品質量、成本核算和節約能源，需要在 LNG 接收站各系統適當配置流量計進行實時監測。

　　接收站流量計按用途分為貿易計量和過程控制。貿易計量主要是 LNG 卸料計量、天然氣外輸計量和槽車 LNG 分銷計量，其中，卸料計量一般通過熱值計算，不采用流量計，天然氣外輸計量一般采用成套的外輸計量撬( 超聲波流量計) ，LNG 槽車外輸計量則通過地衡稱重實現［1］，該文主要研究過程控制流量計選型設計與應用。

　　1 工作原理及選型步驟

　　目前，市場上大約有超過一百種不同的流量計，其測量原理、結構特性、適用范圍及使用方法各不相同，對每一種測量工況而言，沒有非常好的流量計，只有非常適合的。選擇非常適合的流量計，需要根據不同流量計的儀表性能，結合它們各自的使用工況及優勢進行選型比較。

　　1． 1 工作原理

　　石油化工行業常用的流量計主要有質量流量計、超聲波流量計、容積式流量計、電磁流量計、渦輪流量計、渦街流量計、轉子流量計、靶式流量計、孔板流量計、V 錐流量計和文丘里流量計等 10 余種，表 1 是各種類型流量計工作原理及優缺點［2 － 3］。

　　1． 2 選型步驟

　　首先明確使用流量計的目的，例如測量體積流量、質量流量、瞬時流量、累積流量; 其次，針對每一種工況，確定工藝參數后，從測量介質、量程比、測量范圍、壓力損失、管徑要求等方面進行分析比較，對于符合以上要求的確定為備選流量計; 非常后，對備選流量計再從價格、環境條件和后期維護要求確定適合的。

　　1) 價格。價格是流量計選型必須考慮的因素，但不是決定性因素，僅就儀表本身購置費來講，質量流量計、容積式流量計、管段式超聲流量計價格比較高，而小尺寸的渦輪、渦街、靶式、V 錐等儀表的價格相差不多，轉子和孔板則屬于比較便宜的儀表。除此之外，還應考慮國產進口差價、安裝費、維護費、周期標定費等附加費。

　　2) 環境條件。一般需要考慮的有使用環境溫度、濕度、大氣壓、防爆防護、電磁干擾、防雷擊等，對于沿海地區，儀表耐腐蝕性也應被列為重點因素。

　　3) 后期維護。流量計投入使用后，為保證流量計正常工作和保持應有的精度，需要定期對流量計進行維護。例如，渦街流量計為了后期方便檢查和清洗流量計( 漩渦發生體) ，應安裝旁通管道，而科式質量流量計零點漂移對測量準確度的影響較為嚴重，所以非常必要定期進行零點檢查和調整。流量計選型步驟如圖 1 所示。

　　每臺低壓泵管線均需要流量測量，首先確定測量介質的工藝條件，表 3 為低壓泵管線工藝參數。

　　2 應用舉例

　　2． 1 確定工藝參數

　　LNG 接收站內需要使用流量計的系統及測量介質如表 2 所示。

　　低壓外輸工藝流程如圖 2 所示，一部分低壓LNG 進入再冷凝器與 BOG 壓縮機的壓縮蒸發氣混合冷凝后，與經過再冷凝器旁路的低壓 LNG 匯合進入高壓泵，達到所需的流量和輸送壓力后經過氣化器氣化、計量站計量后外輸至輸氣管道，另一部分低壓 LNG 直接輸至裝車站，通過槽車外運。

　　2． 2 選型分析

　　根據表 3 提供的工藝參數，按照測量介質適用性、量程比、壓損要求、管徑要求等進行逐項評比。 表 4 為流量計選型評審表。其中，壓力損失計算過程復雜［5］，一般通過專業軟件完成。

　　通過以上分析，確定備選流量計有 5 種類型，分別是超聲波流量計、渦輪流量計、渦街流量計、孔板流量計和文丘里流量計。從價格上可以先排除超聲波流量計，渦街流量計受環境條件影響較嚴重，特別是管道振動這類周圍噪聲影響測量精度，渦輪流量計可動部件容易磨損，后期維護工作量大，同尺寸的文丘里管大約是孔板的兩倍價格，綜合上述因素及以往項目經驗，優先選用孔板流量計。對于其他系統的流量計，按照以上步驟和原則分別進行選型，并非常終確定非常適合的流量計。

　　3 應注意的問題

　　流量計的選型過程是不斷綜合比較的過程，既要了解使用條件又要熟悉流量計的性能參數，一般而言，選型時應注意以下幾個方面:

　　1) 防爆防護。液化天然氣接收站危險隱患較多，站內各工藝系統可能會有可燃氣存在，考慮到LNG 具有易燃易爆易蒸發、快速相變、低溫等特性，一旦泄漏會迅速蒸發形成可燃氣云團，遇火源就可能發生火災爆炸［6］，因此選型時要選用滿足本區域防爆防護等級要求的流量計，以減少可能發生的事故。

　　2) 標定要求。在設置流量計精度時，應注意廠家提供的數據是在出廠標定條件下標定的，而在實際測量時，介質參數與標定時發生變化，可能會影響流量計精度，因此安裝前需要根據介質工藝參數進行標定。另外，如果流量計長時間使用發生磨損或介質參數發生較大變化也需要進行及時標定，以免影響計量結果。

　　3) 輔助配件。流量計在使用時可能不是單獨存在的，往往需要配備相應的輔助配件，以保證流量計正常、可靠地工作。例如，容積流量計和渦輪流量計一般需要安裝前置過濾器，而轉子流量計則需要在下游安裝單向閥以免流體倒流。

　　4) 保證安全。石油化工行業中流量儀表在過程控制中有著穩定安全生產的作用，因此，首先保證測量方式必須穩定可靠，一方面取樣裝置在運行中不會發生因機械強度或電氣回路故障而引起生產事故;另一方面，測量儀表無論在正常生產或故障情況下都不會影響生產系統的安全。低溫高壓的場合，一般不使用結構強度較低的靶式流量計和渦輪流量計，而對于安全儀表系統的流量計，還有 SIL 證書的要求。

　　5) 業績要求。通常為保證項目安全可靠，建議選型時盡量選用有相同或相似工況應用業績的流量計，對于業績較少的流量計或新產品應慎重對待。

　　4 結論

　　綜上所述，液化天然氣接收站的流量計選型，必須在掌握各流量計工作原理及優缺點的基礎上，根據工藝參數要求，從測量介質、量程比、測量范圍、壓損和管徑要求等五個方面初步篩選備選流量計，然后再從價格、環境條件和后期維護方面綜合考慮。同時，選型時還應注意防爆要求、標定要求、輔助配件、保證安全和業績要求等方面的問題，非常終選擇非常適宜的流量計。該文對于 LNG 接收站流量計選型具有一定的借鑒意義。