天然气计量的几种方法与思考

2010年第19期内蒙古石油化工71天然气计量的几种方法与思考李建明12,冯玲玲3(1.西安石油大学石油工程学院;2.青海油田管道输油处;3.中国石油集团设计有限公司青海分公司)摘要:随着下游天然气的广泛应用,天 然气计量成为人们关注的话题。本文介绍天然气交接计量的几种方法以及影响天然气计量仪器准确性的几种因素,并加以对比,提出采用能量计量天然气是与国际交接的发展趋势.关键词:天然气;计量;流量计;能量中图分类号:GH814 ' TE863.1文献标识码:A文章编号: 1006--7981<2010)19- -0071- -0321世纪为天然气的世纪,天然气是优质的燃料式中:qn为标准状态下天然气体积流量,m'/s;和化工原料。作为燃料,它燃烧完全,单位发热量大，As为秒计量系数,视采用计量单位而定，此式As=燃烧后产物对环境影响小;作为化工原料,它洁净，3.1794X10-*;c为流出系数;E为渐近速度系数;d质优,成本低,可用它生产多种精细化工产品和高附为工况下孔板内径,mm;Fc为相对密度系数,为可加值产品。天然气的以上特性是它深受用户青睐的膨胀系数;Fz为超压缩因子:FT为流动湿度系数;p1原因。天然气在世界能源结构中所占的比例不断上为孔板上游侧取压孔气流绝对静压,MPaOp为气升。我国是天然气资源丰富的国家之一,天然气远景流流经孔板时产生的差压,Pa.储量约达38万亿m'.目前启动的西气东输工程将有差压式流量计一般由节流装置(节流件、测量利于改善华北、华中、华北地区环境的和提高人民生管、直管段、流动调整器、取压管路)和差压计组成，活水平。对工况变化、准确度要求高的场合则需配置压力计1常用计量的几种方法(传感器或变送器)、温度计(传感器或变送器)流坛计量的准确性,是摆在目前很多行业领域的t计算机,组分不稳定时还需要配置在线密度计(或色项重要课题,计量的准确直接与金钱、效益挂钩。谱仪)等。为了满足各种计盘的需要,多年来人们根据不1.2速度式流量计同的测量原理,研究开发制造出了数十种不同类型速度式流量计是测盘介质流动速度来得到流量的流量计,大致分为容积式、速度式、差压式、面积的一类流量计。常用来计量的有:式、质量式等。各种类型的流量计量原理、结构不同1.2.1涡轮流量计:当流体流经涡轮流量传感器既有独到之处又存在局限性。为达到较好的测量效时,在流体推力作用下涡轮受力旋转,其转速与管道果,需要针对不同的测量领域,不同的测量介质、不平均流速成正比,涡轮转动周期地改变磁电转换器同的工作范围,选择不同种类、不同型号的流量计.的磁阻值,检测线圈中的磁通随之发生周期性变化，下面作简要陈述.产生周期性的电脉冲信号。在--定的流量(雷诺数)1.1差压式流量计范围内，该电脉冲信号与流经涡轮流量传感器处流差压式流量计是以伯努利方程和流体连续性方体的体积流量成正比。涡轮流量计的理论流量方程程为依据,根据节流原理,当流体流经节流件时(如标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、经典文丘利嘴、文丘K=f/q.利喷嘴等),在其前后产生压差,此差压值与该流量式中f为涡轮流量计输出脉冲频率,q.为流量的平方成正比。在差压式流量计中,因标准孔板节流计的流量,K为涡轮流量计的仪表系数。装置差压流量计结构简单、制造成本低、研究最充1.2.2涡街流量计;在流体中安放非流线型旋涡发分、已标准化而得到最广泛的应用。孔板流量计理论生体，流体在旋涡发生体两侧交替地分离释放出两流量计算公式为:列规则的交替排列的旋涡涡街.在一定的流母(雷诺数)范围内,旋涡的分离频率与流经涡街流量传感器qr-..至A处流体的体积流量成正比。涡街流量计的理论流量式中,q为工况下的体积流量,m*/snc为流出方程为:系数,无量钢,β=d/D,无量钢;d为工况下孔板内q=弯●M.d.f径,mm;D为工况下上游管道内径,mmse为可膨胀式中:qi为工况下的体积流量,m'/s;D为表体系数,无量钢:0p为孔板前后的差压值,Pasp为工通径,mm;M为旋涡发生体两侧弓形面积与管道横况下流体的密度,kg/m'.对于天然气而言,在标准状态下天然气积流量截面积之比;d为旋涡发生体迎流面宽度,mm;f为旋涡的发生频率,Hz;Sr为斯特劳哈尔数,无量纲。的实用计算公式为:q.=A..c●E.d.Fc.e.Fz. Fr.1.2.3旋进祸轮流量计:当流体通过螺旋形导流叶Vp. Op，收稿日期:2010-08-2172内蒙古石油化工2010年第19期片组成的起旋器后,流体被强迫围绕中心线强烈地m',二者相差30.8%.作为燃料天然气的商品价值旋转形成旋涡轮,通过扩大管时旋涡中心沿一锥形是其所含的发热量,即天然气销售使用的实质是天螺旋形进动。在一定的流量(雷诺数)范围内,旋涡流然气的能量，而不是体积。当天然气作为燃料时,能的进动频率与流经旋进涡流量传感器处流体的体积量计量显然比体积计量(或质量计量)更科学。流量成正比。旋进旋涡流量计的理论流量方程为:国外天然气能量计盘的原理:天然然气的量是通过两个不相关的测量来完成的，即体积或质q1一衣量流量的测量和体积或质量发热量的测量,将这两式中,q为工况下的体积流量,m/sif为旋涡种测量合成,计算出天然气的能量.其计算式如下:频率,Hz;K为流量计仪表系数,P/m'(p为脉冲E=QXHs数)。式中:E- -一段时间内天然气的能最.MJ;1.2.4时差式超声波 流量计:当超声波穿过流动的Q--段时间内天然 气标准状态的体积或质流体时,在同-传播距离内,其沿顺流方向和沿逆流量;m'或kg方向的传播速度则不同。在较宽的流量(雷诺数)范Hs -天然气高位发热量,MJ/m'或MJ/kg围内,该时差与被测流体在管道中的体积流量(平均应注意，当采用能量计量,其单价为X x元/流速)成正比。超声波流量计的流量方程式为:MJ,故贸易结算时单价乘以能盘(MJ)便得到金额，πXDnxD'x L(t:-t1)而不必按发热量对天然气进行分级，只衢规定天然q=“20nXK-A-x 2XXtXt气的发热量达到某限定值即可。例如加拿大NOVA式中.q为工况下的体积流量.m'/s;V为流体公司规定管输天然气的高位发热量应不小于通过超声换能器皿1.2之间传播途径上的声遭长36MJ/m'度,m人为超声波在换能器1.2之间传播途径上的天然气的能量计量是流量计量、发热量计量和声道长度.m;X为传播途径上的轴向分盘,mt为组成分析三部分的组合。流盘计盘是能量计量的主超声波顺流传播的时间,s;t为超声波逆流传播的要部分,不再赘述.发热量计量分直接和间接两种方时间.8.速度式气体流盘计一般由流量传感器和显示仪法.①直接法:发热量直接测量法有水流式和气流式组成，对温度和压力变化的场合则需配置压力计(传两种.气流式对设备和环境的要求比水流式严格,但感器或变送器)、温度计<传感器或变送器)、流盘积准确度和灵敏度高。美国20世纪70年代使用水流算仪(温压补偿)或流盘计算机(温压及压缩因子补式,80年代用气流式敢代了水流式。我国煤气发热量测量为水流式(GB 12206).②间接法;发热量间偿),对准确度要求更高的场合(如贸易天然气),则接测量法是利用组成分析数据进行计算,国内外标另配置在线色谱仪连续分析混合气体的组分或物性准有IS06976,ASTMD3588和GB/T11062.值计算压缩因子、密度.发热量等。组分分析;天然气的组分分析可分为在线分析1.3容积式流量计和离线分析两种。由取样和分析两部分组成。对应在容积式流量计的内部有一构成固定的大空的国内外标准有IS010715和IS06974及GB/T13609间和一组将该空间分割成若干个已知容积的小空间和GB/T13610.的旋转体,如腰轮、皮膜、转筒、刮板、椭圆齿轮、活4总结塞、螺杆等。旋转体在流体压差的作用下连续转动，随着天然气的进一-步广泛利用.对天然气计量不断地将流体从已知容积的小空间中排出。根据- :越来越受人关注国内一些流盘计虽然有成熟的标准定时间内旋转体转动的次数即可求出流体流过的以及检测计量技术,但由于工祝条件限制及用户对体积量。容积式流量计的理论流量计算公式:燃气性质的认可,不可避免存在一些问题 .国外采用q(=n* V使用天然气的主要目得还是获得能量来进行计量，式中,q为工况下的体积流量,m2/sin为旋转在天然气贸易计量中,以能量的方式进行结算是最体的流速,周/s1V为旋转体每转- -周所排流体的体公平的方法。随著市场经济的完曹和我国加人积,m2/周。在标准状态下,容积式流量计的体积流量计算WTO.在我国天然气贸易计量中实行能量计量势在公式与速度流最计相同。气体容积式流量计属机槭必行。因此采用能量作为检验天然气不可以说不作式仪表，一般由测量体和积算器组成,对温度和压力为一种思考和借鉴,国家出台- -些在相应的规范和政策。变化的场合则需配置压力计(传感器或变送器)、温天然气的能量计量是在体积测量的基础上,再度计(传感器或变送器)、流量积算仪(温压补偿)或配备天然气发热量的测量装置。为了今后在我国逐流量计算机(温压及压缩因子补偿)。步实行按能量计量进行贸易交接,应积极进行些2影响几种流量计计量因素的比较(见下表)准备工作;①开展天然气能量计量配套技术研究,积3国外对天然计划的情况极推行天然气能量计量体系。首先应引进消化国外天然气是一种混合气体,它含有甲烷,乙烧,丙先进的在线气相色谱仪和流量计算机，按照我国的烷等烃类组分和氮、二氧化碳等非烃类组分,各组分标准进一步发展适用我国的流量计量系统。②积极含盘并不相同,不同国家的天然气组分含量可能有完善和制定天然气计量的有关标准,特别要尽快研所不同。即使是在同一地区同一气田的天然气也可究制定天然气能量计量的有关标准和天然气产品质能不同，由于天然气组成的差异.同样体积的天然量标准及其检测方法标准，与国际接轨.气，他们所产生的能量是不同的,我国管输商品天然气的高热量最小为33. 90M]/m' ,最大为44. 35MJ/2010年第19期李建明等天 然气计量的几种方法与思考73其它流量计影响因素孔板流量计涡轮涡街超声旋进漩涡旋转容积式计量条件下对测量值起决定密度增大流量密度增大流量密度在规定范影响不大气体密度因素降低围内有沉积可能损有机积和非流一般无影响，着有沉积可能影响气体中夹带有磨损和沉积，影坏叶片需装过线体磨损需装检测器污染有测量值得装过滤可能损坏转子,需固体颗粒响计盘准确度干扰需装过滤装过滤器谑器过滤器器有可能腐蚀和信号受干扰变可能有腐蚀和液可能有腐蚀、凝气体中有液体积聚影响计盘液体凝结,润滑液体沉积,测量坏,发信和接收结、易结垢的材料体油被冲淡,转子值受影响器被粘塞,仪表准确度受影响出现不平衡功能减弱突然的压力温度突然压力温度突然压力温度变压力温度变变化会引起孔板变化会损坏叶既危险又增大突然压力变化增大测母误差化会引起危险并测量误差会损坏换能器的变形片使测量失准引起高的测量准确度受影响,大结果,大小取决准确度受影响，当脉动频率高准确度受影响,大脉动流小取决于脉动频于频率、幅度、大小取决于脉于超声流量计小取决于脉动频率和幅度密度和涡轮惯动频率和幅度的收发频率时，有影响生允差内的测10: 1使用高低30; 1气体密30. 1气体密40(160)，112 气体密度大测量量范围(量程差压测量范围变度大测量范围度大测量范围30* 1范围大送器大超量程运行在压差允许范围短时间超量程短时间超量程可以短时间超量程可短时间超量程可内可以以增大测量能加大孔板孔径或加大流量计的加大流量计的加大流量计的加大流量计的口加大流量计的口增加计量回路或口径或增加计口径或增加计口径或增加计径或增加计量回径或增加计量回力提高计量压力量回路或提高量回路或提高量回路或提高路或提高计量压路或提高计量压.计量压力连续使用性流量计故障不影流量计故障不流盘计故障不流量计故障不流量计故障不影流量计故障不影能响供气影响供气上下游需一定长上下游需一定上下游需一定上下游需一定.占用空间度直管段,依据长度直管段,依长度直管段,依长度直管段,依SY/T6143-1996据有关标准及据有关标准及据有关标准及标准产品说明书产品说明书产品说明书通常要求的30D10D20D414D直管段长7I5D5[iD2[2D注D为测武管内径(或流最计口径)[2] 苏彦勋，盛健,梁国伟.流量计量与测试.中国[参考文献]计量出版社.[1] 孙淮清.天然气流量计量,2002.