2011年管技術(shù)5設(shè)備2011第5期Pipeline Technique and Equipment天然氣大流量計(jì)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(kù)爾勒分行新疆庫(kù)爾勒841000摘要:國(guó)內(nèi)在能源和資源的開發(fā)利用及國(guó)際合作中,對(duì)于大口徑、大流量流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝暹的需求十分突出。計(jì)量交接逐步發(fā)展為集中式、大口徑、高氣量的貿(mào)易交接方式,大流量天然氣的計(jì)量方式也已由單一的孔板流量計(jì)發(fā)展到孔板、渦輪、超聲流量計(jì)共用的格局。綜合分析現(xiàn)有的天然氣大流量計(jì)量方式,對(duì)比研究孔板、渦輪以及超聲流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn),得出流量計(jì)在大流量計(jì)量方面的適用性以及流量計(jì)的發(fā)展趨勢(shì),以達(dá)到合理有效地使用各類計(jì)量?jī)x表的目的,提高天然氣的交接計(jì)量精確度。關(guān)鍵詞:計(jì)量方法;天然氣;大流量中圖分類號(hào):TE8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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(jì)近幾年,國(guó)內(nèi)天然氣產(chǎn)量增長(zhǎng)較快,流量計(jì)量在1.1超聲流量計(jì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用也更加明顯。隨著西氣東輸三線氣體超聲流量計(jì)的應(yīng)用始于20世紀(jì)90年代,以四線的動(dòng)工,預(yù)計(jì)到到2019年,這2個(gè)管線建設(shè)以后,前主要是用于液體測(cè)量,在超聲流量計(jì)應(yīng)用于氣體測(cè)初步形成的天然氣管網(wǎng)輸氣能力將達(dá)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(jié)構(gòu)中的比重也在加大,預(yù)計(jì)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(guó)內(nèi)天然氣的利用在能源結(jié)構(gòu)中所占限制2。20世紀(jì)80年代以來(lái)隨著高速數(shù)字信號(hào)處比例將達(dá)到10%以上。據(jù)統(tǒng)計(jì),2008年國(guó)內(nèi)用于天然氣計(jì)量的器具為計(jì)測(cè)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(tái),預(yù)計(jì)2015年將可能達(dá)到2300多臺(tái)。從整體超聲流量計(jì)根據(jù)換能器數(shù)量分類,目前氣體超聲上來(lái)看在流量計(jì)使用上,20世紀(jì)70年代形成了孔板流量計(jì)有一至六聲道流量計(jì);根據(jù)超聲波在管壁上的使用高峰期,20世紀(jì)80年代形成了渦輪流量計(jì)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(jì)90年代中后期則形成了使用超聲前超聲波流量計(jì)一般都采用單反射技術(shù),計(jì)量不確流量計(jì)的高峰期。定度為1.0%~2.0%。圖1中,五聲道超聲流量計(jì)有1天然氣計(jì)量類型3個(gè)聲道采用中國(guó)煤花工用旋轉(zhuǎn)方向相在大流量計(jì)量方面目前國(guó)內(nèi)外采用的流量計(jì)主反的雙反射技確度較高。要有3種類型:超聲流量計(jì)、渦輪流量計(jì)和孔板流量12渦輪流量CNMHG在歐洲和美國(guó),渦輪流量計(jì)是繼孔板流量計(jì)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(jì),已經(jīng)發(fā)展為多品種、全Pipeline Technique and EquipmentSep 2011系列、多規(guī)格,批量生產(chǎn)規(guī)模的天然氣流量計(jì)。渦輪表1流量計(jì)比較表流量計(jì)在用量上是僅次于孔板流量計(jì)的天然計(jì)量?jī)x流量/表僅荷蘭在天然氣管線上就采用了2600多臺(tái)各種尺名稱量程比最大工作壓力/MPa寸儀表?？装辶髁坑?jì)40(與孔板材質(zhì)有關(guān))輪流量計(jì)5~250001:10~1:50.4-10超聲流量計(jì)10-8001:20-1:10004-10名稱準(zhǔn)確度/%前直管要求后直管要求過(guò)濾整形孔板流量計(jì)±17D-62D(a)(b)渦輪流量計(jì)±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(jì)結(jié)構(gòu)圖超聲流量計(jì)±0.5渦輪流量計(jì)由渦輪流量傳感器及與之配套的計(jì)名稱口徑/mm壓力損失優(yōu)缺點(diǎn)算儀表構(gòu)成。主要研究工作集中于渦輪流量傳感器結(jié)構(gòu)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(hào)的處理方法。 Shafer、 Furness Baker、Da孔板流量計(jì)50-800(m/2)·c2下使用。但誤差較大現(xiàn)場(chǎng)id曾分別對(duì)渦輪流量傳感器研究工作進(jìn)行過(guò)總結(jié),提安裝條件高;附屬設(shè)備價(jià)格供了非常有價(jià)值的參考文獻(xiàn)。較貴為了提高渦輪流量計(jì)的計(jì)量性能和適應(yīng)性,不同流量范圍大,溫度影響廠家都對(duì)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(jì)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(zhǔn)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(xiàn)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(jì)超聲流量計(jì)75-2000維護(hù)簡(jiǎn)單,可帶壓更換超聲孔板流量計(jì)是在20世紀(jì)初即使用的天然氣流量換能器,無(wú)須重新標(biāo)定。但國(guó)內(nèi)使用經(jīng)驗(yàn)少;一次性購(gòu)測(cè)量?jī)x表,經(jīng)過(guò)1個(gè)世紀(jì)的發(fā)展過(guò)程,它已經(jīng)是國(guó)內(nèi)外入投資高研究得最早、最細(xì),使用經(jīng)驗(yàn)最豐富,試驗(yàn)數(shù)據(jù)最多,3實(shí)用性分析標(biāo)準(zhǔn)化程度最高的計(jì)量?jī)x表。據(jù)估計(jì),國(guó)外約占60%,國(guó)內(nèi)占80%以上,數(shù)據(jù)點(diǎn)多(16000多個(gè)),不過(guò)天然氣計(jì)量?jī)x表的選用首先要遵循一個(gè)基本的隨著超聲流量計(jì)在國(guó)內(nèi)的逐漸使用,孔板流量計(jì)所占原則,就是所選用的計(jì)量?jī)x表一定能夠滿足和用于現(xiàn)比例有所下降。場(chǎng)實(shí)時(shí)計(jì)量。在選用流量計(jì)之前,首先需要摸清用戶目前,眾多新型流量計(jì)的出現(xiàn)對(duì)孔板流量計(jì)形成近期和遠(yuǎn)期的用氣情況,每日調(diào)峰和季節(jié)性調(diào)峰多少了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),為著保持其主導(dǎo)地位,其功能在積極及現(xiàn)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,現(xiàn)列舉如下量計(jì),從而確定所選儀表的規(guī)格、型號(hào)。具體需考慮(1)孔板流量計(jì)配套的二次儀表部分。差壓變送的因素以及各流量計(jì)的性能對(duì)比如表2和表3所示。器和流量計(jì)算機(jī)在微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、新材料、表2天然氣流量計(jì)選型依據(jù)新工藝的迅速發(fā)展下,性能及可靠性顯著提高。選型依據(jù)(2)定值節(jié)流件的采用。定值節(jié)流件是指對(duì)每種需要考慮的因素通徑測(cè)量管道配以有限數(shù)量的節(jié)流件。節(jié)流件的p儀表性能準(zhǔn)確度、重復(fù)性線性度范圍度流盤范圍、信號(hào)輸出特值(直徑比)則按優(yōu)先數(shù)系選用,節(jié)流件實(shí)現(xiàn)批量生流體、溫度、壓力、密度、黏度、化學(xué)腐蝕磨蝕性、結(jié)垢、堵產(chǎn),降低生產(chǎn)成本,為擴(kuò)大使用創(chuàng)造條件,給用戶帶來(lái)體特性塞、混相、相變、電導(dǎo)率聲速、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、等熵指方便等。中宀M,上下游側(cè)直管段長(zhǎng)度2優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比安裝條件中國(guó)煤化工助設(shè)備(過(guò)濾器消氣各種流量計(jì)的分析、對(duì)比結(jié)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(jì)因素儀表購(gòu)置費(fèi)、安裝費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)校驗(yàn)費(fèi)維修費(fèi)儀表使用失系數(shù)。第5期陳利瓊等:天然氣大流量計(jì)量方法研究21表3流量計(jì)性能比較表結(jié)構(gòu)中所占比例達(dá)到10%以上。因此,努力搞好天然流量計(jì)對(duì)渦流對(duì)流速分測(cè)脈測(cè)雙測(cè)濕氣計(jì)量工作尤為重要。其意義體現(xiàn)在:搞好天然氣的壓損名稱的敏感布敏感動(dòng)流向流氣體精確計(jì)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(shè)備,達(dá)到節(jié)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(jì)量上與國(guó)際接軌創(chuàng)造有利條件;為計(jì)量交接雙方流量計(jì)清洗重復(fù)度的性參安裝運(yùn)行儀表提供公平合理的計(jì)量數(shù)據(jù)。數(shù)影響條件天然氣計(jì)量技術(shù)發(fā)展趨勢(shì):智能式流量計(jì)的發(fā)孔板不能中等有影響苛刻高低展,微型微功耗計(jì)算機(jī)在流量計(jì)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(zhǔn)技術(shù)提高流量計(jì)的準(zhǔn)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(shì)可以看出氣體量計(jì)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(jì)將是未來(lái)天然氣大流量交接計(jì)量?jī)x表的小、準(zhǔn)確度高的流量計(jì);各種類型的流量計(jì)有其工作主流。使用氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量,尤其是原理和計(jì)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(mào)易交接計(jì)量的場(chǎng)合有較高的技術(shù)經(jīng)理的流量計(jì);在國(guó)內(nèi)超聲流量計(jì)渦輪流量計(jì)及孔板濟(jì)效益。多聲道超聲流量計(jì)己被氣體工業(yè)界所接受,流量計(jì)將在大中流量計(jì)量中成為主流流量計(jì)。小口可在天然氣貿(mào)易交接計(jì)量中應(yīng)用。目前已部分取代徑超聲腰輪等寬量程流量計(jì)將在用量波動(dòng)大的民用了孔板流量計(jì)、渦輪流量計(jì)等傳統(tǒng)的氣體流量計(jì)量技?xì)庥?jì)量中發(fā)揮作用。術(shù)。超聲流量計(jì)解決了大管徑、大流量及各類明渠參考文獻(xiàn)[1] Da Paz E F. Virtual Metering System for Oil and Gas Field暗渠測(cè)量困難的問(wèn)題。Monitoring Based on a Differential Pressure Flowmeter Soci-目前,國(guó)內(nèi)外在對(duì)渦輪流量計(jì)用于天然氣測(cè)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(qiáng)超聲波流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)性能的主要影響因素天量程等諸多優(yōu)點(diǎn),在國(guó)內(nèi)成為對(duì)中低流量和城市燃?xì)馊粴夤I(yè),2006,26(3):111-13.調(diào)峰計(jì)量的首選儀表。[3]廖志敏熊珊超聲波流量計(jì)的研究和應(yīng)用管道技術(shù)與孔板差壓流量計(jì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、成本低等設(shè)備,2004(4):13-19特點(diǎn)更適合國(guó)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(shù)字信號(hào)處理技術(shù)the evaluation of uncertainties計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量計(jì)差壓流量計(jì)的發(fā)展方向。量附加誤差分析中國(guó)計(jì)量,2010(6):97-9作者簡(jiǎn)介陳利瓊(1976-),副教授,研究方向?yàn)橛蜌鈨?chǔ)運(yùn)設(shè)施4結(jié)束語(yǔ)安全技術(shù)。預(yù)計(jì)到2015年前后,國(guó)內(nèi)天然氣的利用將在能源(上接第11頁(yè))度越低。當(dāng)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(jì)算.油氣儲(chǔ)運(yùn),度降低。當(dāng)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(chǔ)運(yùn)針對(duì)油田內(nèi)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(yùn)用曲線圖的形式,可以對(duì)應(yīng)流量和含水量[4]吳明,盧濤用數(shù)值方法求解熱油管道最大輸量管道技術(shù)與設(shè)備,1998(3):1-2方便快速地查詢合適的管道運(yùn)行參數(shù)維持管道穩(wěn)定5]張國(guó)忠馬志祥熱油管道安全經(jīng)濟(jì)輸油溫度研究石油運(yùn)行學(xué)報(bào),2004,25(1):106-108計(jì)算后的出站溫度較現(xiàn)在的出站溫度有所降低,[6]李恩田減少了熱能消耗,可節(jié)省可觀的燃料費(fèi)用。表參12中國(guó)煤化工計(jì)算.管道技術(shù)與參考文獻(xiàn)作者簡(jiǎn)介:楊穎CNMHG氣儲(chǔ)運(yùn)工藝及理[]楊筱蘅輸油管道設(shè)計(jì)與管理北京:中國(guó)石油大學(xué)出版論研究。社,2006:76-106.