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器準確性的幾種因章,并加以對比,提出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:q。為標準狀態(tài)下天然氣體積流量,m3/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,3.1794×10-;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;Fo為相對密度系數,e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;Fr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,MPa;△p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m3。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)流量計量的準確性,是擺在目前很多行業(yè)領(lǐng)域的一計算機,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)、效益掛鉤諧儀)等為了滿(mǎn)足各種計量的需要,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量介質(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。在一定的流量(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)(如為:標準孔板、標準噴嘴、長(cháng)徑噴嘴、經(jīng)典文丘利嘴、文丘K=f/g.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、研充最充1.22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孔板流量計理論生體流體在旋渦發(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。在一定的流量(雷諾兀,dNP數)范圍內,旋渦的分離頻率與流經(jīng)渦街流量傳感器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,m3/sc為流出方程為:系數,無(wú)量鋼;B=d/D,無(wú)量鋼;d為工況下孔板內徑,mm;D為工況下上游管道內徑,mm;e為可膨脹4sr·M·d·f式中:q為工況下的體積流量,m3/s;D為表體系數,無(wú)量鋼△P為孔板前后的差壓值PaP為工通徑,mmM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/m3對于天然氣而言,在標準狀態(tài)下天然氣積流量截面和溫生林面瀘面寬度,mm;f為的實(shí)用計算公式為:旋渦中國煤化工合爾數,無(wú)量綱FCNMHG過(guò)螺旋形導流葉收稿日期:20107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m2,二者相差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量的原理:天然氣的能量計長(cháng)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)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,m3/sf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/m3(p為脈沖E=Q×Hs式中:E—一段時(shí)間內天然氣的能量,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—一段時(shí)間內天然氣標準狀態(tài)的體積或質(zhì)流體時(shí),在同一傳播距離內,其沿順流方向和沿逆流量;m3或kg方向的傳播速度則不同。在較寬的流量(雷諾數)范Hs一天然氣高位發(fā)熱量,MJ/m3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Xx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)乘以能量(MJ)便得到金TXD L'(K而不必按發(fā)熱量對天然氣進(jìn)行分級,只需規定天然x×t×t式中,q為工況下的體積流量,m3/sV為流體氣的發(fā)熱量達到某限定值即可。例如加拿大NOvA通過(guò)超聲換能器皿1、2之間傳播途徑上的聲道長(cháng)36MJ/m3聲道長(cháng)度,m;X為傳播途徑上的軸向分量,m;t1為天然氣的能量計量是流量計量、發(fā)熱量計量和組成分析三部分的組合。流量計量是能量計量的主超聲波順流傳播的時(shí)間,;t2為超聲波逆流傳播的要部分,不再贊述。發(fā)熱量計量分直接和間接兩種方時(shí)間,s。速度式氣體流量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環(huán)組成,對溫度和壓力變化的場(chǎng)合則帶配置壓力計(傳準確度和靈敏度高,美國20世紀7年代使用水流感器或變送器)溫度計(傳感器或變送器)流量積式,80年代用氣流式取代了水流式。我國煤氣發(fā)熱算儀(溫壓補償)或流量計算機(溫壓及壓縮因子補量測量為水流式GB12206)。②間接法;發(fā)熱量間償):對準確度要求更高的場(chǎng)合如貿易無(wú)然氣)則接測量法是利用組成分析數據進(jìn)行計算國內外標值計算壓縮因子、密度、發(fā)熱量等1.3容積式流量計組分分析:天然氣的組分分析可分為在線(xiàn)分析和離線(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S010715和1S06974及GB/r13609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、轉簡(jiǎn)、刮板、橢圓齒輪、活塞、螺桿等。旋轉體在流體壓差的作用下連續轉動(dòng)4總結不斷地將流體從已知容積的小空間中排出。根據隨天然氣的進(jìn)一步廣泛利用,對天然氣計量越來(lái)越受人關(guān)注國內一些流量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),但由于工況條件限制及用戶(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)題國外采用式中,q為工況下的體積流量,m/s;n為旋轉使用天然氣的主要目得還是獲得能量來(lái)進(jìn)行計量,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/a為旋轉體每轉一周所排流體的體公平的方法,隨謄市場(chǎng)經(jīng)濟的完和我國加人wTO,在我國天然氣貿易計量中實(shí)行能量計量勢在在標準狀態(tài)下,容積式流量計的體積流量計算必行。因此采用能量作為檢驗天然氣不可以說(shuō)不作公式與速度流量計相同。氣體容積式流址計屬機被為一種思考和借鑒,國家出臺一些在相應的規范和式儀表,一般由測量體和積算器組成,對溫度和壓力政策變化的場(chǎng)合則需配置壓力計(傳感器或變送器)溫度計(傳感器或變選器)流量積算儀(溫壓補償)成配備天然氣發(fā)熱量的測量裝置,為了今后在我國逐于2影響幾種流量計計量因紊的比較(見(jiàn)下表)步實(shí)行按能量計量進(jìn)行貿易交接,應積極進(jìn)行一些3國外對天然計量的情況準備工作:①開(kāi)展天然氣能量計量配套技術(shù)研究,積極推行天然氣能量計量體系。首先應引進(jìn)消化國天然氣是一種混合氣體,它含有甲烷,乙烷,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、二氡化碳等非烴類(lèi)組分,各組分含量并不相同不同國家的天然氣組分含量可能有標準中國煤化工十量系統,②積極所不同,即使是在同一地區同二氣田的天然氣也可究制能不同,由于天然氣組成的差異,同樣體積的天然量標準皮具極測萬(wàn)法標準,與固所念下然氣產(chǎn)品質(zhì)CNMHO住和天氣,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33.90MJ/m3,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影響因素孔板流量計其它流量計渦街旋進(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氣體密度因素降低降低圍內影響不大影響不大氣體中夾帶有磨損和沉積影有沉積可能損有沉積和非流般無(wú)影響若固體顆粒響計量準確度”壞葉片需裝過(guò)線(xiàn)體磨損需裝撿測器污染有有沉積可能影干擾蓄裝過(guò)濾測量值需裝過(guò)濾可能損壞轉子,需濾器過(guò)濾器裝過(guò)濾器可能有腐蝕和液有可能腐蝕和信號受干擾變氣體中有液體積聚影響計身液體凝結,潤滑液體沉積測量壞發(fā)信和接收影響不大可能有腐蝕、凝準確度油被沖淡,轉子值受影響器被粘塞儀表結、易結垢的材料出現不平衡功能減弱受影響壓力溫度變然的壓力溫度突然壓力混度既危險又增大奧然壓力變化突然壓力溫度變測量誤差會(huì )損壞換能器增大測量誤差化會(huì )引起危險并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,大密度和渦輪慣動(dòng)頻率和幅度的收發(fā)頻率時(shí),小取決于脈動(dòng)頻脈動(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率和幅度有影響率和幅度允差內的測10:1使用高低3011氣體密30:1氣體密量范圍(量程差壓測量范圍變度大測量范圍度大測量范圍40(160):112氣體密度大測量30:1送器大范圍大超量程運行在壓差允許范圍短時(shí)間超量程短時(shí)間超量可以短時(shí)間超量程可短時(shí)間超量程可內可以可以測量能加大孔板孔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計量壓力計量壓力連續使用性流量計故障不影流量計故障不流量計故障不流量計故障不流量計故障不影流量計故障不影響供氣影響供氣影響供氣影響供氣響供氣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,依占用空間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)通常要求的直管段長(cháng)游注:D為測量管內徑(或流量計口徑中國煤化工[參考文獻][2]CNMHG計量與測試中國[1]孫淮清,天然氣流量計量,2002