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章,并加以对比,提出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:q。为标准状态下天然气体积流量,m3/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,3.1794×10-;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;Fo为相对密度系数,e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;Fr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,MPa;△p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m3。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)流量计量的准确性,是摆在目前很多行业领域的一计算机,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、效益挂钩谐仪)等为了满足各种计量的需要,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量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。在一定的流量(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(如为:标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、经典文丘利嘴、文丘K=f/g.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、研充最充1.22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。在一定的流量(雷诺兀,dNP数)范围内,旋涡的分离频率与流经涡街流量传感器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,m3/sc为流出方程为:系数,无量钢;B=d/D,无量钢;d为工况下孔板内径,mm;D为工况下上游管道内径,mm;e为可膨胀4sr·M·d·f式中:q为工况下的体积流量,m3/s;D为表体系数,无量钢△P为孔板前后的差压值PaP为工通径,mmM为旋涡发生体两侧弓形面积与管道横况下流体的密度,kg/m3对于天然气而言,在标准状态下天然气积流量截面和温生林面瀘面宽度,mm;f为的实用计算公式为:旋涡中国煤化工合尔数,无量纲FCNMHG过螺旋形导流叶收稿日期:20107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m2,二者相差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量的原理:天然气的能量计長量是通过两个不相关的测量来完成的,即体积或质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,m3/sf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/m3(p为脉冲E=Q×Hs式中:E—一段时间内天然气的能量,MJ;1.2.4时差式超声波流量计:当超声波穿过流动的Q—一段时间内天然气标准状态的体积或质流体时,在同一传播距离内,其沿顺流方向和沿逆流量;m3或kg方向的传播速度则不同。在较宽的流量(雷诺数)范Hs一天然气高位发热量,MJ/m3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Xx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量(MJ)便得到金TXD L'(K而不必按发热量对天然气进行分级,只需规定天然x×t×t式中,q为工况下的体积流量,m3/sV为流体气的发热量达到某限定值即可。例如加拿大NOvA通过超声换能器皿1、2之间传播途径上的声道长36MJ/m3声道长度,m;X为传播途径上的轴向分量,m;t1为天然气的能量计量是流量计量、发热量计量和组成分析三部分的组合。流量计量是能量计量的主超声波顺流传播的时间,;t2为超声波逆流传播的要部分,不再赞述。发热量计量分直接和间接两种方时间,s。速度式气体流量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环组成,对温度和压力变化的场合则带配置压力计(传准确度和灵敏度高,美国20世纪7年代使用水流感器或变送器)温度计(传感器或变送器)流量积式,80年代用气流式取代了水流式。我国煤气发热算仪(温压补偿)或流量计算机(温压及压缩因子补量测量为水流式GB12206)。②间接法;发热量间偿):对准确度要求更高的场合如贸易无然气)则接测量法是利用组成分析数据进行计算国内外标值计算压缩因子、密度、发热量等1.3容积式流量计组分分析:天然气的组分分析可分为在线分析和离线分析两种。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S010715和1S06974及GB/r13609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、转簡、刮板、椭圆齿轮、活塞、螺杆等。旋转体在流体压差的作用下连续转动4总结不断地将流体从已知容积的小空间中排出。根据随天然气的进一步广泛利用,对天然气计量越来越受人关注国内一些流量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,但由于工况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式中,q为工况下的体积流量,m/s;n为旋转使用天然气的主要目得还是获得能量来进行计量,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/a为旋转体每转一周所排流体的体公平的方法,随誊市场经济的完和我国加人wTO,在我国天然气贸易计量中实行能量计量势在在标准状态下,容积式流量计的体积流量计算必行。因此采用能量作为检验天然气不可以说不作公式与速度流量计相同。气体容积式流址计属机被为一种思考和借鉴,国家出台一些在相应的规范和式仪表,一般由测量体和积算器组成,对温度和压力政策变化的场合则需配置压力计(传感器或变送器)温度计(传感器或变选器)流量积算仪(温压补偿)成配备天然气发热量的测量装置,为了今后在我国逐于2影响几种流量计计量因紊的比较(见下表)步实行按能量计量进行贸易交接,应积极进行一些3国外对天然计量的情况准备工作:①开展天然气能量计量配套技术研究,积极推行天然气能量计量体系。首先应引进消化国天然气是一种混合气体,它含有甲烷,乙烷,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、二氡化碳等非烃类组分,各组分含量并不相同不同国家的天然气组分含量可能有标准中国煤化工十量系统,②积极所不同,即使是在同一地区同二气田的天然气也可究制能不同,由于天然气组成的差异,同样体积的天然量标准皮具極测万法标准,与固所念下然气产品质CNMHO住和天气,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33.90MJ/m3,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影响因素孔板流量计其它流量计涡街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气体密度因素降低降低围内影响不大影响不大气体中夹带有磨损和沉积影有沉积可能损有沉积和非流般无影响若固体颗粒响计量准确度”坏叶片需装过线体磨损需装捡测器污染有有沉积可能影干扰蓄装过滤测量值需装过滤可能损坏转子,需滤器过滤器装过滤器可能有腐蚀和液有可能腐蚀和信号受干扰变气体中有液体积聚影响计身液体凝结,润滑液体沉积测量坏发信和接收影响不大可能有腐蚀、凝准确度油被冲淡,转子值受影响器被粘塞仪表结、易结垢的材料出现不平衡功能减弱受影响压力温度变然的压力温度突然压力混度既危险又增大奥然压力变化突然压力温度变测量误差会损坏换能器增大测量误差化会引起危险并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,大密度和涡轮惯动频率和幅度的收发频率时,小取决于脉动频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率和幅度有影响率和幅度允差内的测10:1使用高低3011气体密30:1气体密量范围(量程差压测量范围变度大测量范围度大测量范围40(160):112气体密度大测量30:1送器大范围大超量程运行在压差允许范围短时间超量程短时间超量可以短时间超量程可短时间超量程可内可以可以测量能加大孔板孔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计量压力计量压力连续使用性流量计故障不影流量计故障不流量计故障不流量计故障不流量计故障不影流量计故障不影响供气影响供气影响供气影响供气响供气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度直管段,依据长度直管段,依长度直管段,依长度直管段,依占用空间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直管段长游注:D为测量管内径(或流量计口径中国煤化工[参考文献][2]CNMHG计量与测试中国[1]孙淮清,天然气流量计量,2002