天然氣大流量計量方法研究

2011年管技術(shù)5設備2011第5期Pipeline Technique and Equipment天然氣大流量計量方法研究陳利瓊,溫曉峰,張虹繽(1西南石油大學(xué),四川成都6105002昆侖銀行庫爾勒分行新疆庫爾勒841000摘要:國內在能源和資源的開(kāi)發(fā)利用及國際合作中,對于大口徑、大流量流量計標準裝暹的需求十分突出。計量交接逐步發(fā)展為集中式、大口徑、高氣量的貿易交接方式,大流量天然氣的計量方式也已由單一的孔板流量計發(fā)展到孔板、渦輪、超聲流量計共用的格局。綜合分析現有的天然氣大流量計量方式,對比研究孔板、渦輪以及超聲流量計的優(yōu)缺點(diǎn),得出流量計在大流量計量方面的適用性以及流量計的發(fā)展趨勢,以達到合理有效地使用各類(lèi)計量?jì)x表的目的,提高天然氣的交接計量精確度。關(guān)鍵詞:計量方法;天然氣;大流量中圖分類(lèi)號:TE8文獻標識碼:A文章編號:1004-9614(2011)05-0019-03a Review of Mass Flow Gas Measurement MethodsCHEN Li-qiong, WEN Xiao-feng, ZHANG Hong-bin2(1. Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China; 2. Korla Branch, Bank of Kunlun, Korla 841000, China)Abstract: In the process of China' s energy and resources exploitation and intemational cooperation, the need of large-diameter and big flow meter standard device is very obvious. Measurement for trade handover is gradually developing to a centralizedlarge-diameter and high flow trade method. Mass flow gas measurement methods have been developing from single orifice measurement to a pattern jointly shared by orifice, turbine and ultrasonic measurement. By analyzing the exisiting gas mass flow measure-ment methods, and comparing the orifice measurement, the turbine measurement and the ultrasonic measurement, the suitability ofeach measurement is obtained, indicating the trend of its development and also indicating reasonable and effective use variousmeasurement instruments, improve the measuring accuracy of natural gas handover and ensure fair trade settlement.Key words: measurement method; gas; mass flow計近幾年,國內天然氣產(chǎn)量增長(cháng)較快,流量計量在1.1超聲流量計國民經(jīng)濟中的作用也更加明顯。隨著(zhù)西氣東輸三線(xiàn)氣體超聲流量計的應用始于20世紀90年代,以四線(xiàn)的動(dòng)工,預計到到2019年,這2個(gè)管線(xiàn)建設以后,前主要是用于液體測量,在超聲流量計應用于氣體測初步形成的天然氣管網(wǎng)輸氣能力將達800多億m3同量上,由于氣體聲阻抗大,氣體聲能衰減大這個(gè)課題時(shí),天然氣在一次能源結構中的比重也在加大,預計一直未能得到很好的解決氣體超聲的發(fā)展由此受到到2015年前后,國內天然氣的利用在能源結構中所占限制2。20世紀80年代以來(lái)隨著(zhù)高速數字信號處比例將達到10%以上。據統計,2008年國內用于天然氣計量的器具為計測量天然氣技術(shù)有了突破性進(jìn)展理技術(shù)和先進(jìn)的壓電陶瓷技術(shù)的發(fā)展,氣體超聲流量900多臺,預計2015年將可能達到2300多臺。從整體超聲流量計根據換能器數量分類(lèi),目前氣體超聲上來(lái)看在流量計使用上,20世紀70年代形成了孔板流量計有一至六聲道流量計;根據超聲波在管壁上的使用高峰期,20世紀80年代形成了渦輪流量計使用反射情況,又可分為直射、單反射和雙反射3種。目的高峰期,20世紀90年代中后期則形成了使用超聲前超聲波流量計一般都采用單反射技術(shù),計量不確流量計的高峰期。定度為1.0%~2.0%。圖1中,五聲道超聲流量計有1天然氣計量類(lèi)型3個(gè)聲道采用中國煤花工用旋轉方向相在大流量計量方面目前國內外采用的流量計主反的雙反射技確度較高。要有3種類(lèi)型:超聲流量計、渦輪流量計和孔板流量12渦輪流量CNMHG在歐洲和美國,渦輪流量計是繼孔板流量計之后收稿日期:2010-12-09收修改稿日期:2011-04-21的第二個(gè)法定天然氣流量計,已經(jīng)發(fā)展為多品種、全Pipeline Technique and EquipmentSep 2011系列、多規格,批量生產(chǎn)規模的天然氣流量計。渦輪表1流量計比較表流量計在用量上是僅次于孔板流量計的天然計量?jì)x流量/表僅荷蘭在天然氣管線(xiàn)上就采用了2600多臺各種尺名稱(chēng)量程比最大工作壓力/MPa寸儀表?？装辶髁坑?0(與孔板材質(zhì)有關(guān))輪流量計5~250001:10~1:50.4-10超聲流量計10-8001:20-1:10004-10名稱(chēng)準確度/%前直管要求后直管要求過(guò)濾整形孔板流量計±17D-62D(a)(b)渦輪流量計±0.5~±1.0表前安過(guò)濾器和整流器圖1五聲道超聲流量計結構圖超聲流量計±0.5渦輪流量計由渦輪流量傳感器及與之配套的計名稱(chēng)口徑/mm壓力損失優(yōu)缺點(diǎn)算儀表構成。主要研究工作集中于渦輪流量傳感器結構簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,可在極高流速下和高中壓本身和其信號的處理方法。 Shafer、 Furness Baker、Da孔板流量計50-800(m/2)·c2下使用。但誤差較大現場(chǎng)id曾分別對渦輪流量傳感器研究工作進(jìn)行過(guò)總結,提安裝條件高;附屬設備價(jià)格供了非常有價(jià)值的參考文獻。較貴為了提高渦輪流量計的計量性能和適應性,不同流量范圍大,溫度影響廠(chǎng)家都對渦輪進(jìn)行了改進(jìn),目前有如下產(chǎn)品:雙葉輪,渦輪流量計50-600200-1500Pa小,精度高,量程比大,用于中高壓。但抗臟污能力差;提高渦輪的可靠性;鋁合金葉輪,提高渦輪的靈敏度關(guān)鍵件軸承磨損,價(jià)格較貴和抗沖擊能力;一體化整流器,提高渦輪的準確度和無(wú)阻礙物,無(wú)壓損,無(wú)和抗沖擊能力;密封式軸承,提高渦輪的抗臟污能力。示值漂移現象,無(wú)可動(dòng)部件,可直接進(jìn)行清管作業(yè);13孔板流量計超聲流量計75-2000維護簡(jiǎn)單,可帶壓更換超聲孔板流量計是在20世紀初即使用的天然氣流量換能器,無(wú)須重新標定。但國內使用經(jīng)驗少;一次性購測量?jì)x表,經(jīng)過(guò)1個(gè)世紀的發(fā)展過(guò)程,它已經(jīng)是國內外入投資高研究得最早、最細,使用經(jīng)驗最豐富,試驗數據最多,3實(shí)用性分析標準化程度最高的計量?jì)x表。據估計,國外約占60%,國內占80%以上,數據點(diǎn)多(16000多個(gè)),不過(guò)天然氣計量?jì)x表的選用首先要遵循一個(gè)基本的隨著(zhù)超聲流量計在國內的逐漸使用,孔板流量計所占原則,就是所選用的計量?jì)x表一定能夠滿(mǎn)足和用于現比例有所下降。場(chǎng)實(shí)時(shí)計量。在選用流量計之前,首先需要摸清用戶(hù)目前,眾多新型流量計的出現對孔板流量計形成近期和遠期的用氣情況,每日調峰和季節性調峰多少了嚴峻的挑戰,為著(zhù)保持其主導地位,其功能在積極及現場(chǎng)的實(shí)際工藝情況,然后才可以確定選用何種流地完善著(zhù),現列舉如下量計,從而確定所選儀表的規格、型號。具體需考慮(1)孔板流量計配套的二次儀表部分。差壓變送的因素以及各流量計的性能對比如表2和表3所示。器和流量計算機在微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、新材料、表2天然氣流量計選型依據新工藝的迅速發(fā)展下,性能及可靠性顯著(zhù)提高。選型依據(2)定值節流件的采用。定值節流件是指對每種需要考慮的因素通徑測量管道配以有限數量的節流件。節流件的p儀表性能準確度、重復性線(xiàn)性度范圍度流盤(pán)范圍、信號輸出特值(直徑比)則按優(yōu)先數系選用,節流件實(shí)現批量生流體、溫度、壓力、密度、黏度、化學(xué)腐蝕磨蝕性、結垢、堵產(chǎn),降低生產(chǎn)成本,為擴大使用創(chuàng )造條件,給用戶(hù)帶來(lái)體特性塞、混相、相變、電導率聲速、導熱系數、比熱容、等熵指方便等。中宀M,上下游側直管段長(cháng)度2優(yōu)缺點(diǎn)對比安裝條件中國煤化工助設備(過(guò)濾器消氣各種流量計的分析、對比結果如表1所示。表1CNMHG環(huán)境條件環(huán)死度是度、甩慨十猶、女全防爆管道振動(dòng)等中,D為管徑,P為管道輸送介質(zhì)的密度,C為壓力損經(jīng)濟因素儀表購置費、安裝費、運行費校驗費維修費儀表使用失系數。第5期陳利瓊等:天然氣大流量計量方法研究21表3流量計性能比較表結構中所占比例達到10%以上。因此,努力搞好天然流量計對渦流對流速分測脈測雙測濕氣計量工作尤為重要。其意義體現在:搞好天然氣的壓損名稱(chēng)的敏感布敏感動(dòng)流向流氣體精確計量有利于以天然氣為原料的化工企業(yè)分析原孔板很大很敏感很敏感不適合不能不能因,改進(jìn)工藝流程更新設備,達到節能降耗的目的;為渦輪很小很敏感很敏感不適合不能不能超聲不敏感不敏感適合可以在計量上與國際接軌創(chuàng )造有利條件;為計量交接雙方流量計清洗重復度的性參安裝運行儀表提供公平合理的計量數據。數影響條件天然氣計量技術(shù)發(fā)展趨勢:智能式流量計的發(fā)孔板不能中等有影響苛刻高低展,微型微功耗計算機在流量計二次儀表的使用,可渦輪不能02%無(wú)影響一般低超聲可以0.1%無(wú)影響一般低利用校準技術(shù)提高流量計的準確度和拓寬量程;大流通過(guò)以上比較及目前的發(fā)展趨勢可以看出氣體量計量將使用工作原理簡(jiǎn)單受安裝和環(huán)境條件影響超聲流量計將是未來(lái)天然氣大流量交接計量?jì)x表的小、準確度高的流量計;各種類(lèi)型的流量計有其工作主流。使用氣體超聲流量計測量天然氣流量,尤其是原理和計量特性在不同工作條件下使用不同工作原在高壓大流量貿易交接計量的場(chǎng)合有較高的技術(shù)經(jīng)理的流量計;在國內超聲流量計渦輪流量計及孔板濟效益。多聲道超聲流量計己被氣體工業(yè)界所接受,流量計將在大中流量計量中成為主流流量計。小口可在天然氣貿易交接計量中應用。目前已部分取代徑超聲腰輪等寬量程流量計將在用量波動(dòng)大的民用了孔板流量計、渦輪流量計等傳統的氣體流量計量技氣計量中發(fā)揮作用。術(shù)。超聲流量計解決了大管徑、大流量及各類(lèi)明渠參考文獻[1] Da Paz E F. Virtual Metering System for Oil and Gas Field暗渠測量困難的問(wèn)題。Monitoring Based on a Differential Pressure Flowmeter Soci-目前,國內外在對渦輪流量計用于天然氣測量的ety of Petroleum Engineers, 2010(9): 19-22選用比例上也在不斷上升。由于其具有高精度和寬[2]楊聲強超聲波流量計計量系統性能的主要影響因素天量程等諸多優(yōu)點(diǎn),在國內成為對中低流量和城市燃氣然氣工業(yè),2006,26(3):111-13.調峰計量的首選儀表。[3]廖志敏熊珊超聲波流量計的研究和應用管道技術(shù)與孔板差壓流量計的結構簡(jiǎn)單、壽命長(cháng)、成本低等設備,2004(4):13-19特點(diǎn)更適合國情而且使用量仍占80%以上。采用先[4]o5l68-2005 Measurement of fluid nlow-procedures for進(jìn)的智能變送器網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)、數字信號處理技術(shù)the evaluation of uncertainties計算機技術(shù)、現代控制技術(shù)等進(jìn)行技術(shù)改造,是孔板5]李政盛春艷羅瑤標準孔板流量計測量天然氣流量計差壓流量計的發(fā)展方向。量附加誤差分析中國計量,2010(6):97-9作者簡(jiǎn)介陳利瓊(1976-),副教授,研究方向為油氣儲運設施4結束語(yǔ)安全技術(shù)。預計到2015年前后,國內天然氣的利用將在能源(上接第11頁(yè))度越低。當進(jìn)站溫度降低時(shí),出站溫[2]王海琴含蠟原油熱輸管道沿程溫降計算.油氣儲運,度降低。當流量、含水量、進(jìn)站溫度不變時(shí),地溫越2002,21(7):9-12低,散熱量越大,要求的出站溫度越高。[3]龔大利大慶油田高含水原油流變性研究油氣儲運針對油田內部熱油管道流量和含水量隨時(shí)變化2005,24(8):25-30的特點(diǎn),運用曲線(xiàn)圖的形式,可以對應流量和含水量[4]吳明,盧濤用數值方法求解熱油管道最大輸量管道技術(shù)與設備,1998(3):1-2方便快速地查詢(xún)合適的管道運行參數維持管道穩定5]張國忠馬志祥熱油管道安全經(jīng)濟輸油溫度研究石油運行學(xué)報,2004,25(1):106-108計算后的出站溫度較現在的出站溫度有所降低,[6]李恩田減少了熱能消耗,可節省可觀(guān)的燃料費用。表參12中國煤化工計算.管道技術(shù)與參考文獻作者簡(jiǎn)介:楊穎CNMHG氣儲運工藝及理[]楊筱蘅輸油管道設計與管理北京:中國石油大學(xué)出版論研究。社,2006:76-106.