2010年第19期內(nèi)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西安石油大學石油工程學院;2.青海油田管道輸油處;3.中國石油集團設(shè)計有限公司青海分公司)摘要:隨著下游天然氣的廣泛應(yīng)用,天然氣計量成為人們關(guān)注的話題。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儀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(shù),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(shù);E為漸近速度系數(shù);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(nèi)徑,mm;Fo為相對密度系數(shù),e為可加值產(chǎn)品。天然氣的以上特性是它深受用戶青睞的膨脹系數(shù);Fz為超壓縮因子;Fr為流動濕度系數(shù);p1原因。天然氣在世界能源結(jié)構(gòu)中所占的比例不斷上為孔板上游側(cè)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)孔板時產(chǎn)生的差壓,Pa。儲量約達38萬億m3。目前啟動的西氣東輸工程將有差壓式流量計一般由節(jié)流裝置(節(jié)流件、測量利于改善華北、華中、華北地區(qū)環(huán)境的和提高人民生管、直管段、流動調(diào)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(wěn)定時還需要配置在線密度計(或色項重要課題,計量的準確直接與金錢、效益掛鉤諧儀)等為了滿足各種計量的需要,多年來人們根據(jù)不1.2速度式流量計同的測量原理,研究開發(fā)制造出了數(shù)十種不同類型速度式流量計是測量介質(zhì)流動速度來得到流量的流量計,大致分為容積式、速度式、差壓式、面積的一類流量計。常用來計量的有式、質(zhì)量式等。各種類型的流量計量原理、結(jié)構(gòu)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,在流體推力作用下渦輪受力旋轉(zhuǎn),其轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的工作范圍,選擇不同種類、不同型號的流量計,的磁阻值,檢測線圈中的磁通隨之發(fā)生周期性變化下面作簡要陳述產(chǎn)生周期性的電脈沖信號。在一定的流量(雷諾數(shù))1.1差壓式流量計范圍內(nèi),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(xù)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(jù),根據(jù)節(jié)流原理,當流體流經(jīng)節(jié)流件時(如為:標準孔板、標準噴嘴、長徑噴嘴、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(jié)流計的流量,K為渦輪流量計的儀表系數(shù)裝置差壓流量計結(jié)構(gòu)簡單、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型旋渦發(fā)分、已標準化而得到最廣泛的應(yīng)用孔板流量計理論生體流體在旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地分離釋放出兩流量計算公式為:列規(guī)則的交替排列的旋渦渦街。在一定的流量(雷諾兀,dNP數(shù))范圍內(nèi),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(shù),無量鋼;B=d/D,無量鋼;d為工況下孔板內(nèi)徑,mm;D為工況下上游管道內(nèi)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(shù),無量鋼△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(cè)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為的實用計算公式為:旋渦中國煤化工合爾數(shù),無量綱FCNMHG過螺旋形導流葉收稿日期:20107內(nèi)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強烈地m2,二者相差30.8%。作為燃料天然氣的商品價值旋轉(zhuǎn)形成旋渦輪,通過擴大管時旋渦中心沿一錐形是其所含的發(fā)熱量,即天然氣銷售使用的實質(zhì)是天螺旋形進動。在一定的流量(雷諾數(shù))范圍內(nèi),旋渦流然氣的能量,而不是體積。當天然氣作為燃料時,能的進動頻率與流經(jīng)旋進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)更科學流量成正比。旋進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:天然氣的能量計長量是通過兩個不相關(guān)的測量來完成的,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(shù),P/m3(p為脈沖E=Q×Hs式中:E—一段時間內(nèi)天然氣的能量,MJ;1.2.4時差式超聲波流量計:當超聲波穿過流動的Q—一段時間內(nèi)天然氣標準狀態(tài)的體積或質(zhì)流體時,在同一傳播距離內(nèi),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(shù))范Hs一天然氣高位發(fā)熱量,MJ/m3或MJ/kg圍內(nèi),該時差與被測流體在管道中的體積流量(平均應(yīng)注意,當采用能量計量,其單價為Xx元/流速)成正比。超聲波流量計的流量方程式為MJ,故貿(mào)易結(jié)算時單價乘以能量(MJ)便得到金TXD L'(K而不必按發(fā)熱量對天然氣進行分級,只需規(guī)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通過超聲換能器皿1、2之間傳播途徑上的聲道長36MJ/m3聲道長度,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合如貿(mào)易無然氣)則接測量法是利用組成分析數(shù)據(jù)進行計算國內(nèi)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分析和離線分析兩種。由取樣和分析兩部分組成。對應(yīng)在容積式流量計的內(nèi)部,有一構(gòu)成固定的大空的國內(nèi)外標準有S010715和1S06974及GB/r13609間和一組將該空間分割成若干個已知容積的小空間和GB/T13610的旋轉(zhuǎn)體,如腰輪、皮膜、轉(zhuǎn)簡、刮板、橢圓齒輪、活塞、螺桿等。旋轉(zhuǎn)體在流體壓差的作用下連續(xù)轉(zhuǎn)動4總結(jié)不斷地將流體從已知容積的小空間中排出。根據(jù)隨天然氣的進一步廣泛利用,對天然氣計量越來越受人關(guān)注國內(nèi)一些流量計雖然有成熟的標準定時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動的次數(shù),即可求出流體流過的以及檢測計量技術(shù),但由于工況條件限制及用戶對體積量。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題國外采用式中,q為工況下的體積流量,m/s;n為旋轉(zhuǎn)使用天然氣的主要目得還是獲得能量來進行計量,在天然氣貿(mào)易計量中,以能量的方式進行結(jié)算是最體的流速,周/a為旋轉(zhuǎn)體每轉(zhuǎn)一周所排流體的體公平的方法,隨謄市場經(jīng)濟的完和我國加人wTO,在我國天然氣貿(mào)易計量中實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(yīng)的規(guī)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(見下表)步實行按能量計量進行貿(mào)易交接,應(yīng)積極進行一些3國外對天然計量的情況準備工作:①開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(yīng)引進消化國天然氣是一種混合氣體,它含有甲烷,乙烷,丙先進的在線氣相色譜儀和流量計算機按照我國的烷等烴類組分和氮、二氡化碳等非烴類組分,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(tǒng),②積極所不同,即使是在同一地區(qū)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漩渦旋轉(zhuǎn)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(guī)定范氣體密度因素降低降低圍內(nèi)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影響若固體顆粒響計量準確度”壞葉片需裝過線體磨損需裝撿測器污染有有沉積可能影干擾蓄裝過濾測量值需裝過濾可能損壞轉(zhuǎn)子,需濾器過濾器裝過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(jié),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(zhuǎn)子值受影響器被粘塞儀表結(jié)、易結(jié)垢的材料出現(xiàn)不平衡功能減弱受影響壓力溫度變?nèi)坏膲毫囟韧蝗粔毫於燃任ｋU又增大奧然壓力變化突然壓力溫度變測量誤差會損壞換能器增大測量誤差化會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(jié)果,大小取決準確度受影響當脈動頻率高準確度受影響,大密度和渦輪慣動頻率和幅度的收發(fā)頻率時,小取決于脈動頻脈動流小取決于脈動頻于頻率、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(nèi)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間超量程短時間超量可以短時間超量程可短時間超量程可內(nèi)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(xù)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上下游需一定上下游需一定上下游需一定度直管段,依據(jù)長度直管段,依長度直管段,依長度直管段,依占用空間SY/T6143-1996據(jù)有關(guān)標準及據(jù)有關(guān)標準及據(jù)有關(guān)標準及標準產(chǎn)品說明書產(chǎn)品說明書產(chǎn)品說明書通常要求的直管段長游注:D為測量管內(nèi)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