天然气计量技术

1一、工作原理超声波流量计测量原理图1-换能器1；2-声楔；3-管；4-换能器22一、工作原理让超声波在管道内向逆流和顺流沿斜线方向传播，分别测量它们的传播时间，其传播时间差与气体的轴向平均速度有关，从而应用数值计算技术得出气体流量。3二、流量计组成•超声流流量计由流量计表体、超声波换能器、电子元件及微处理器系统（信号处理单元）、、流量显示等组成。•它利用压电材料的压电效应，采用适当的发射电路，把电能加到发射换能器的压电元件上，使其产生超声波振动。超声波以某一角度射入流体中，然后由换能器接收，经压电元件转变成电信号，送入信号处理单元。4二、流量计组成及类型超声流量计系统组成5声道布置6三、主要特点•检测件内无阻碍物，无可动易损零部件，不干扰流场，不会堵塞。•无附加压损，节约能耗。•适用大管道大流量测量，仪表造价与管道尺寸无关（带测量管检测件除外）;•精度高。它已在天然气工业贸易输送，气体分配、控制和检漏等各方面广泛使用。7四、选用注意事项•超声流量计的选型是一项比较复杂的工作，它涉及换能器类型，声道设置方式，转换器及其附件的选用，现场安装设计及配套器材的准备等。•超声流量计选型包括被测介质种类，仪表性能参数，换能器类型及其适用范围，换能器夹具类型，转换器基本功能，直管段长度要求及声道设置等。8第四节旋进旋涡流量计旋进旋涡流量计是一种新颖的流量仪表，它具有流量范围宽，精度较高，无可动部件，不受介质的压力、粘度和组成等的影响，而且体积小，便于安装和维修。旋进旋涡流量计已广泛应用于天然气流量测量中。9一、工作原理旋进旋涡流量计原理图1—壳体；2—旋涡发生器；3—选择按钮开关；4—智能流量积算仪；5—压电传感器；6—出口导流体10一、工作原理沿着轴向的流体进入流量计进口时，旋叶强迫流体进入旋转运动，于是在旋涡发生体中心产生旋涡流，旋涡流在文丘里管中旋进，到达收缩段突然节流使旋流加速。当旋涡流突然进入扩散段后，因回流的作用强迫进行旋进式二次旋转，如果仪表内部具有最优化的几何结构，那么在宽量范围内，旋涡的频率就与流量成正比，并为线性。11一、工作原理旋涡的频率由压电传感器检测，压电传感器检测的微弱电信号经前置放大器放大、滤波、整形后变成频率与流量成正比的脉冲信号，最后送往智能流量积算仪进行运算与处理，显示累积流量和瞬时流量。12二、旋进旋涡流量计产品TDS系列流量计LUXZ－B型流量计13三、流量积算仪14四、主要技术参数•公称直径：20~200mm；•量程比：10︰1～15︰1；•精度等级：0.5、1.0、1.5;•环境温度为－30～50℃，介质温度为-30～110℃，相对湿度为5～95%，大气压力为86～106kPa。15五、旋进旋涡流量计的特点•无机械磨损，避免了堵、卡故障，不易腐蚀，有效地延长了正常运行寿命，直接输出脉动信号，提高了计量精度；•不受介质密度、粘度影响、量程比宽、安装使用方便、安全防爆；•安装时只需较短的直管段甚至可不用；•既可一体化安装又可将流量变送器与智能流量积算仪分离安装，实现远距离显示；信号输出可为脉冲信号或4～20mA模拟信号。16第五节天然气热值计量•天然气发热量•直接测量方法•间接测量方法17一、天然气发热量1.高位发热量规定量的气体在空气中完全燃烧时所释放出的热量。在燃烧反应时，压力p保持恒定，所有燃烧产物降至规定的反应物温度t相同的温度，除燃烧中生成的水在温度t下全部冷凝为液态外，其余所有燃烧产物为气态。18一、天然气发热量2.低位发热量规定量的气体在空气中完全燃烧时所释放出的热量。在燃烧反应时，压力p保持恒定，所有燃烧产物的温度降至指定的反应物温度t相同的温度，所有燃烧产物为气态。19一、天然气发热量3.天然气发热量计算GB/T11062《天然发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法》niidiiidHxH1)(nidreZHH理想发热量(kJ/m3)真实发热量(kJ/m3)20一、天然气发热量•计量中天然气的发热量：天然气的低位发热量（有效发热量）；•国内天然气发热量的计量参比条件、燃烧参比条件都是293.15K、101.325kPa。21二、直接测量方法•直接测量天然气发热量的主要有水流吸热法、烟气吸热法和金属膨胀法；•水流吸热法测燃气发热量是公认的最基本测试方法；•其方法采用GB12206《城市燃气发热量测定方法》。22水流吸热法测量原理测量原理是将气体燃料连续地通过量热计，使其完全燃烧，燃烧所释放出来的热量被逆流而过的水流连续吸收，根据燃烧掉的气体燃料的容积，以及在此气体燃烧时间内通过的水量和进、出水的温度差，就可以计算出气体燃料的热值。23水流吸热法测量原理Hl—天然气的低位热值，kJ／m3；C—水的比热，kJ/（kg·℃）；W—燃烧时间内通过量热计的冷却水质量，kg；ti—水的进口温度，℃；t。—为水的出口温度，℃；V—为燃烧掉的燃料气体容积，m3；Hw—量热计的冷凝水潜热，kJ／m3。wilHVttCWH)(o24三、间接测量方法•采用气相色谱仪分析天然气组分，由天然气组分计算天然气发热量。•组分分析执行GB/T13610《天然气的组成分析气相色谱法》，可在线和离线测量；•国内天然气热值计量以间接测量为主；251.热值计量系统262.在线式热值自动测试仪272.在线式热值自动测试仪上图是日本横河电机公司的CM6G型燃气热量计的组成方框图，主要由：n空气稳压部分；n燃气稳压部分；n压差检测部分，包括孔板流量检测及差压变送器；n喷嘴燃烧及热值检测部分；n密度计和运算器。28第六节计量技术进展与发展趋势•国内外天然气计量状况•我国天然气计量技术新进展•天然气计量新的观念与发展趋势29一、国内外计量状况从流量计选型上，欧洲主要使用涡轮、腰轮流量计，如在荷兰涡轮、腰轮流量计的使用约占80%，在加拿大涡轮流量计的使用约占90%，而美国则以使用孔板为主，约占80%。从整体上来看，在流量计使用上，70年代形成了孔板使用高潮，80年代形成了涡轮流量计使用的高潮，90年代中后期则掀起了超声流量计热潮。30一、国内外计量状况在流量标准方面，相继推出具有代表性的标准如天然气流量标准孔板计量标准（AGANo.3）、气体涡轮流量计标准（AGANo.7）、天然气及其他烃类气体的压缩性和超压缩性标准（AGANo.8）、用气体超声流量计测量天然气标准（AGANo.9）、用差压装置测量流体流量标准（ISO5167）、气体涡轮流量计标准（ISO9951）、气体超声波流量计标准（ISO/TR12765）以及天然气压缩因子计算标准（ISO/DIS12213）等，这些标准规程对天然气流量计量具有积极的指导意义。31一、国内外计量状况在流量检定方面：国外人们从重视干标法逐步过渡到实流检定的思维模式—重视量值溯源与量值传递工作，相继出现许多实流检定实验室，如美国科罗拉多工程实验室（CEESI）、美国西南研究院（SWRI）、荷兰国家计量研究院（NMI）、加拿大标定站（TCC）、德国（Pigsar）、英国国家工程实验室（NEL）、日本国家计量院（NRLM）。32一、国内外计量状况国内计量仪表主要使用标准孔板，其比例约占88％，采用几何检定法。从70年代以来，我国参照国外系列标准，结合自己的实际情况，在天然气仪表的设计选型、使用、安装、维护、管理、气质分析等方面作了相应的工作，得出一些较重要的结论，同时对现场阻力件、复杂工况影响，摸索出了一些成熟的经验，在标准方面形成了SY/T6143《天然气流量的标准孔板计量方法》等效采用ISO5167形成GB2624标底，但就总体水平，与国外还存在显著差距。33国内计量技术与国外的差距•天然气计量管理方面：严格地按标准进行设计、制造和安装方面尚有一定差距，故有时不能保证计量精度；没有严格执行管理规程中所要求维修和定期检验。•新型流量计量仪表在我国应用较少，推广应用困难，缺乏相应的检定部门及手段，无法解决高压、大流量的气体标定，现场标定甚少。•没有形成一个完整的量值传递体系。34二、我国天然气计量技术新进展•孔板节流装置二次仪表智能化；•适应中小流量的新型智能式流量计应用；•高压大流量计量技术研究；•实流检定技术的发展；•标准的逐步完善与统一。351.孔板计量装置二次仪表智能化1998年以来，在二次仪表方面，对部分天然气计量装置进行了改造，现场逐步采取配用智能压力变送器、温度变送器，流量计算机以取代双波纹管差压计，从而实现计量自动化。该系统变送器具有准确度高、稳定性好，可利用它的通讯功能进行在线故障诊断、组态和校验，天然气流量计量逐步走向在线、智能、实时计量。362.新型智能式流量计应用为解决部分现场在中小流量和中低压情况下流量波动较大，孔板计量准确性较差的特殊难题，国内推出智能漩进旋涡流量计、智能涡轮流量计，该类流量计能在线采集压力、温度、工况流量、标定流量、实时修正压缩因子以及自动进行温度、压力补偿。经过实流标定和在现场较大范围应用（如四川、新疆、大港、大庆等），效果较好。近期又出现了该类型的双探头智能流量计，抗干扰能力进一步增强。373.高压大流量计量技术研究随着国外气体超声流量计的迅速发展，我国及时跟踪国外先进计量技术，自1999年以来，由成都天然气流量分站牵头，对具有典型代表的美国Daniel、荷兰Instromet、美国Contronlotron所生产的气体超声流量计进行了实流测试，研究在理想安装条件、非理想安装条件、旋转不同角度安装条件、带压更换超声换能器、不同压力条件、声道故障状态的性能并进行现场应用。得出气体超声流量计干校后仍需实流检定和周期送检等重要结论。国内已逐步引进气体超声流量计约40台，口径在DN150mm～DN400mm之间，不确定度为0.5％～1.0％。384.实流检定技术的发展过去标准孔板一直沿用“几何检验法”，流量检定装置通常使用空气作介质，负压检定。1996年华阳计量分站建成，该站拥有mt原级标准装置，总不确定度为0.1％和从美国CEESI引进临界流音速喷嘴次级标准装置，总不确定度为0.25％，具备天然气流量实流检定条件。最近4年，实流检定技术日趋成熟，已建立起全套天然气实流检定方法、程序、管理制度，并与国外如美国、荷兰、英国、德国等技术和水平逐步靠近。394.实流检定技术的发展为了更好地模拟现场工况，减少装载、运输带来的系列困难，控制和合理减少现场计量误差，我国实流检定逐步从室内走向现场。如，国家原油大流量计量站（大庆）的移动式音速喷嘴标定车（压力1.6MPa、管径DN200mm、流量90000m3/h），华阳计量分站新购置的移动式气体超声流量标定车（压力6.4MPa、管径DN600mm、工况流量80-8000m3/h）。405.标准的逐步完善与统一孔板标准由SYL04－83升级为SY/T6143－1996，现正准备升为国家标准；GB/T18604-2001《用气体超声流量计测量天然气》非等效采用AGANO.9，同时也参考了ISO/TRl2765的部分内容，GB/T18603-2001《天然气计量系统技术要求》，非等效采用欧洲标准EN1776：《天然气测量系统基本要求》，2001年8月，已通过国家专标委评审。目前正准备起草《用涡轮流量计测量天然气》国家标准。41三、新的观念与发展趋势•计量方式向自动化、智能化、远程化计量方式发展；•检定方式、量值溯源从静态单参数向动态多参数溯源发展；•仪表选型从单一仪表向多元化仪表发展；•计量标准由单一标准向多重标准发展；•计量方式从体积计量向能量计量发展；•单一数据管理向计量系统管理方向发展；•从事后计量纠纷解释向事前过程管理发展。