天然氣計量的幾種方法與思考

2010年第19期內蒙古石油化工71天然氣計量的幾種方法與思考李建明12,馮玲玲3(1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院;2.青海油田管道輸油處;3.中國石油集團設計有限公司青海分公司)摘要:隨著(zhù)下游天然氣的廣泛應用,天 然氣計量成為人們關(guān)注的話(huà)題。本文介紹天然氣交接計量的幾種方法以及影響天然氣計量?jì)x器準確性的幾種因素,并加以對比,提出采用能量計量天然氣是與國際交接的發(fā)展趨勢.關(guān)鍵詞:天然氣;計量;流量計;能量中圖分類(lèi)號:GH814 ' TE863.1文獻標識碼:A文章編號: 1006--7981<2010)19- -0071- -0321世紀為天然氣的世紀,天然氣是優(yōu)質(zhì)的燃料式中:qn為標準狀態(tài)下天然氣體積流量,m'/s;和化工原料。作為燃料,它燃燒完全,單位發(fā)熱量大，As為秒計量系數,視采用計量單位而定，此式As=燃燒后產(chǎn)物對環(huán)境影響小;作為化工原料,它潔凈，3.1794X10-*;c為流出系數;E為漸近速度系數;d質(zhì)優(yōu),成本低,可用它生產(chǎn)多種精細化工產(chǎn)品和高附為工況下孔板內徑,mm;Fc為相對密度系數,為可加值產(chǎn)品。天然氣的以上特性是它深受用戶(hù)青睞的膨脹系數;Fz為超壓縮因子:FT為流動(dòng)濕度系數;p1原因。天然氣在世界能源結構中所占的比例不斷上為孔板上游側取壓孔氣流絕對靜壓,MPaOp為氣升。我國是天然氣資源豐富的國家之一,天然氣遠景流流經(jīng)孔板時(shí)產(chǎn)生的差壓,Pa.儲量約達38萬(wàn)億m'.目前啟動(dòng)的西氣東輸工程將有差壓式流量計一般由節流裝置(節流件、測量利于改善華北、華中、華北地區環(huán)境的和提高人民生管、直管段、流動(dòng)調整器、取壓管路)和差壓計組成，活水平。對工況變化、準確度要求高的場(chǎng)合則需配置壓力計1常用計量的幾種方法(傳感器或變送器)、溫度計(傳感器或變送器)流壇計量的準確性,是擺在目前很多行業(yè)領(lǐng)域的t計算機,組分不穩定時(shí)還需要配置在線(xiàn)密度計(或色項重要課題,計量的準確直接與金錢(qián)、效益掛鉤。譜儀)等。為了滿(mǎn)足各種計盤(pán)的需要,多年來(lái)人們根據不1.2速度式流量計同的測量原理,研究開(kāi)發(fā)制造出了數十種不同類(lèi)型速度式流量計是測盤(pán)介質(zhì)流動(dòng)速度來(lái)得到流量的流量計,大致分為容積式、速度式、差壓式、面積的一類(lèi)流量計。常用來(lái)計量的有:式、質(zhì)量式等。各種類(lèi)型的流量計量原理、結構不同1.2.1渦輪流量計:當流體流經(jīng)渦輪流量傳感器既有獨到之處又存在局限性。為達到較好的測量效時(shí),在流體推力作用下渦輪受力旋轉,其轉速與管道果,需要針對不同的測量領(lǐng)域,不同的測量介質(zhì)、不平均流速成正比,渦輪轉動(dòng)周期地改變磁電轉換器同的工作范圍,選擇不同種類(lèi)、不同型號的流量計.的磁阻值,檢測線(xiàn)圈中的磁通隨之發(fā)生周期性變化，下面作簡(jiǎn)要陳述.產(chǎn)生周期性的電脈沖信號。在--定的流量(雷諾數)1.1差壓式流量計范圍內，該電脈沖信號與流經(jīng)渦輪流量傳感器處流差壓式流量計是以伯努利方程和流體連續性方體的體積流量成正比。渦輪流量計的理論流量方程程為依據,根據節流原理,當流體流經(jīng)節流件時(shí)(如標準孔板、標準噴嘴、長(cháng)徑噴嘴、經(jīng)典文丘利嘴、文丘K=f/q.利噴嘴等),在其前后產(chǎn)生壓差,此差壓值與該流量式中f為渦輪流量計輸出脈沖頻率,q.為流量的平方成正比。在差壓式流量計中,因標準孔板節流計的流量,K為渦輪流量計的儀表系數。裝置差壓流量計結構簡(jiǎn)單、制造成本低、研究最充1.2.2渦街流量計;在流體中安放非流線(xiàn)型旋渦發(fā)分、已標準化而得到最廣泛的應用?？装辶髁坑嬂碚撋w，流體在旋渦發(fā)生體兩側交替地分離釋放出兩流量計算公式為:列規則的交替排列的旋渦渦街.在一定的流母(雷諾數)范圍內,旋渦的分離頻率與流經(jīng)渦街流量傳感器qr-..至A處流體的體積流量成正比。渦街流量計的理論流量式中,q為工況下的體積流量,m*/snc為流出方程為:系數,無(wú)量鋼,β=d/D,無(wú)量鋼;d為工況下孔板內q=彎●M.d.f徑,mm;D為工況下上游管道內徑,mmse為可膨脹式中:qi為工況下的體積流量,m'/s;D為表體系數,無(wú)量鋼:0p為孔板前后的差壓值,Pasp為工通徑,mm;M為旋渦發(fā)生體兩側弓形面積與管道橫況下流體的密度,kg/m'.對于天然氣而言,在標準狀態(tài)下天然氣積流量截面積之比;d為旋渦發(fā)生體迎流面寬度,mm;f為旋渦的發(fā)生頻率,Hz;Sr為斯特勞哈爾數,無(wú)量綱。的實(shí)用計算公式為:q.=A..c●E.d.Fc.e.Fz. Fr.1.2.3旋進(jìn)禍輪流量計:當流體通過(guò)螺旋形導流葉Vp. Op，收稿日期:2010-08-2172內蒙古石油化工2010年第19期片組成的起旋器后,流體被強迫圍繞中心線(xiàn)強烈地m',二者相差30.8%.作為燃料天然氣的商品價(jià)值旋轉形成旋渦輪,通過(guò)擴大管時(shí)旋渦中心沿一錐形是其所含的發(fā)熱量,即天然氣銷(xiāo)售使用的實(shí)質(zhì)是天螺旋形進(jìn)動(dòng)。在一定的流量(雷諾數)范圍內,旋渦流然氣的能量，而不是體積。當天然氣作為燃料時(shí),能的進(jìn)動(dòng)頻率與流經(jīng)旋進(jìn)渦流量傳感器處流體的體積量計量顯然比體積計量(或質(zhì)量計量)更科學(xué)。流量成正比。旋進(jìn)旋渦流量計的理論流量方程為:國外天然氣能量計盤(pán)的原理:天然然氣的量是通過(guò)兩個(gè)不相關(guān)的測量來(lái)完成的，即體積或質(zhì)q1一衣量流量的測量和體積或質(zhì)量發(fā)熱量的測量,將這兩式中,q為工況下的體積流量,m/sif為旋渦種測量合成,計算出天然氣的能量.其計算式如下:頻率,Hz;K為流量計儀表系數,P/m'(p為脈沖E=QXHs數)。式中:E- -一段時(shí)間內天然氣的能最.MJ;1.2.4時(shí)差式超聲波 流量計:當超聲波穿過(guò)流動(dòng)的Q--段時(shí)間內天然 氣標準狀態(tài)的體積或質(zhì)流體時(shí),在同-傳播距離內,其沿順流方向和沿逆流量;m'或kg方向的傳播速度則不同。在較寬的流量(雷諾數)范Hs -天然氣高位發(fā)熱量,MJ/m'或MJ/kg圍內,該時(shí)差與被測流體在管道中的體積流量(平均應注意，當采用能量計量,其單價(jià)為X x元/流速)成正比。超聲波流量計的流量方程式為:MJ,故貿易結算時(shí)單價(jià)乘以能盤(pán)(MJ)便得到金額，πXDnxD'x L(t:-t1)而不必按發(fā)熱量對天然氣進(jìn)行分級，只衢規定天然q=“20nXK-A-x 2XXtXt氣的發(fā)熱量達到某限定值即可。例如加拿大NOVA式中.q為工況下的體積流量.m'/s;V為流體公司規定管輸天然氣的高位發(fā)熱量應不小于通過(guò)超聲換能器皿1.2之間傳播途徑上的聲遭長(cháng)36MJ/m'度,m人為超聲波在換能器1.2之間傳播途徑上的天然氣的能量計量是流量計量、發(fā)熱量計量和聲道長(cháng)度.m;X為傳播途徑上的軸向分盤(pán),mt為組成分析三部分的組合。流盤(pán)計盤(pán)是能量計量的主超聲波順流傳播的時(shí)間,s;t為超聲波逆流傳播的要部分,不再贅述.發(fā)熱量計量分直接和間接兩種方時(shí)間.8.速度式氣體流盤(pán)計一般由流量傳感器和顯示儀法.①直接法:發(fā)熱量直接測量法有水流式和氣流式組成，對溫度和壓力變化的場(chǎng)合則需配置壓力計(傳兩種.氣流式對設備和環(huán)境的要求比水流式嚴格,但感器或變送器)、溫度計<傳感器或變送器)、流盤(pán)積準確度和靈敏度高。美國20世紀70年代使用水流算儀(溫壓補償)或流盤(pán)計算機(溫壓及壓縮因子補式,80年代用氣流式敢代了水流式。我國煤氣發(fā)熱量測量為水流式(GB 12206).②間接法;發(fā)熱量間償),對準確度要求更高的場(chǎng)合(如貿易天然氣),則接測量法是利用組成分析數據進(jìn)行計算,國內外標另配置在線(xiàn)色譜儀連續分析混合氣體的組分或物性準有IS06976,ASTMD3588和GB/T11062.值計算壓縮因子、密度.發(fā)熱量等。組分分析;天然氣的組分分析可分為在線(xiàn)分析1.3容積式流量計和離線(xiàn)分析兩種。由取樣和分析兩部分組成。對應在容積式流量計的內部有一構成固定的大空的國內外標準有IS010715和IS06974及GB/T13609間和一組將該空間分割成若干個(gè)已知容積的小空間和GB/T13610.的旋轉體,如腰輪、皮膜、轉筒、刮板、橢圓齒輪、活4總結塞、螺桿等。旋轉體在流體壓差的作用下連續轉動(dòng)，隨著(zhù)天然氣的進(jìn)一-步廣泛利用.對天然氣計量不斷地將流體從已知容積的小空間中排出。根據- :越來(lái)越受人關(guān)注國內一些流盤(pán)計雖然有成熟的標準定時(shí)間內旋轉體轉動(dòng)的次數即可求出流體流過(guò)的以及檢測計量技術(shù),但由于工祝條件限制及用戶(hù)對體積量。容積式流量計的理論流量計算公式:燃氣性質(zhì)的認可,不可避免存在一些問(wèn)題 .國外采用q(=n* V使用天然氣的主要目得還是獲得能量來(lái)進(jìn)行計量，式中,q為工況下的體積流量,m2/sin為旋轉在天然氣貿易計量中,以能量的方式進(jìn)行結算是最體的流速,周/s1V為旋轉體每轉- -周所排流體的體公平的方法。隨著(zhù)市場(chǎng)經(jīng)濟的完曹和我國加人積,m2/周。在標準狀態(tài)下,容積式流量計的體積流量計算WTO.在我國天然氣貿易計量中實(shí)行能量計量勢在公式與速度流最計相同。氣體容積式流量計屬機槭必行。因此采用能量作為檢驗天然氣不可以說(shuō)不作式儀表，一般由測量體和積算器組成,對溫度和壓力為一種思考和借鑒,國家出臺- -些在相應的規范和政策。變化的場(chǎng)合則需配置壓力計(傳感器或變送器)、溫天然氣的能量計量是在體積測量的基礎上,再度計(傳感器或變送器)、流量積算儀(溫壓補償)或配備天然氣發(fā)熱量的測量裝置。為了今后在我國逐流量計算機(溫壓及壓縮因子補償)。步實(shí)行按能量計量進(jìn)行貿易交接,應積極進(jìn)行些2影響幾種流量計計量因素的比較(見(jiàn)下表)準備工作;①開(kāi)展天然氣能量計量配套技術(shù)研究,積3國外對天然計劃的情況極推行天然氣能量計量體系。首先應引進(jìn)消化國外天然氣是一種混合氣體,它含有甲烷,乙燒,丙先進(jìn)的在線(xiàn)氣相色譜儀和流量計算機，按照我國的烷等烴類(lèi)組分和氮、二氧化碳等非烴類(lèi)組分,各組分標準進(jìn)一步發(fā)展適用我國的流量計量系統。②積極含盤(pán)并不相同,不同國家的天然氣組分含量可能有完善和制定天然氣計量的有關(guān)標準,特別要盡快研所不同。即使是在同一地區同一氣田的天然氣也可究制定天然氣能量計量的有關(guān)標準和天然氣產(chǎn)品質(zhì)能不同，由于天然氣組成的差異.同樣體積的天然量標準及其檢測方法標準，與國際接軌.氣，他們所產(chǎn)生的能量是不同的,我國管輸商品天然氣的高熱量最小為33. 90M]/m' ,最大為44. 35MJ/2010年第19期李建明等天 然氣計量的幾種方法與思考73其它流量計影響因素孔板流量計渦輪渦街超聲旋進(jìn)漩渦旋轉容積式計量條件下對測量值起決定密度增大流量密度增大流量密度在規定范影響不大氣體密度因素降低圍內有沉積可能損有機積和非流一般無(wú)影響，著(zhù)有沉積可能影響氣體中夾帶有磨損和沉積，影壞葉片需裝過(guò)線(xiàn)體磨損需裝檢測器污染有測量值得裝過(guò)濾可能損壞轉子,需固體顆粒響計盤(pán)準確度干擾需裝過(guò)濾裝過(guò)濾器謔器過(guò)濾器器有可能腐蝕和信號受干擾變可能有腐蝕和液可能有腐蝕、凝氣體中有液體積聚影響計盤(pán)液體凝結,潤滑液體沉積,測量壞,發(fā)信和接收結、易結垢的材料體油被沖淡,轉子值受影響器被粘塞,儀表準確度受影響出現不平衡功能減弱突然的壓力溫度突然壓力溫度突然壓力溫度變壓力溫度變變化會(huì )引起孔板變化會(huì )損壞葉既危險又增大突然壓力變化增大測母誤差化會(huì )引起危險并測量誤差會(huì )損壞換能器的變形片使測量失準引起高的測量準確度受影響,大結果,大小取決準確度受影響，當脈動(dòng)頻率高準確度受影響,大脈動(dòng)流小取決于脈動(dòng)頻于頻率、幅度、大小取決于脈于超聲流量計小取決于脈動(dòng)頻率和幅度密度和渦輪慣動(dòng)頻率和幅度的收發(fā)頻率時(shí)，有影響生允差內的測10: 1使用高低30; 1氣體密30. 1氣體密40(160)，112 氣體密度大測量量范圍(量程差壓測量范圍變度大測量范圍度大測量范圍30* 1范圍大送器大超量程運行在壓差允許范圍短時(shí)間超量程短時(shí)間超量程可以短時(shí)間超量程可短時(shí)間超量程可內可以以增大測量能加大孔板孔徑或加大流量計的加大流量計的加大流量計的加大流量計的口加大流量計的口增加計量回路或口徑或增加計口徑或增加計口徑或增加計徑或增加計量回徑或增加計量回力提高計量壓力量回路或提高量回路或提高量回路或提高路或提高計量壓路或提高計量壓.計量壓力連續使用性流量計故障不影流量計故障不流盤(pán)計故障不流量計故障不流量計故障不影流量計故障不影能響供氣影響供氣上下游需一定長(cháng)上下游需一定上下游需一定上下游需一定.占用空間度直管段,依據長(cháng)度直管段,依長(cháng)度直管段,依長(cháng)度直管段,依SY/T6143-1996據有關(guān)標準及據有關(guān)標準及據有關(guān)標準及標準產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)通常要求的30D10D20D414D直管段長(cháng)7I5D5[iD2[2D注D為測武管內徑(或流最計口徑)[2] 蘇彥勛，盛健,梁國偉.流量計量與測試.中國[參考文獻]計量出版社.[1] 孫淮清.天然氣流量計量,2002.