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如何测量天然气流量
点击次数:1679 发布时间:2017-07-05

随着全球环保实业的发展,天然气的开发和利用越来越被人们所重视。天然气作为清洁能源,在世界一次能源结构中的比重逐年上升。发达国家一般已达到30%~40%,而我国起步较晚,目前这一比例还不高。

我国是天然气资源较丰富的国家之一,但天然气的利用却严重滞后,天然气工业发展有着很大潜力,尤其是西气东输工程的建设,必将为我国经济、社会很环境的协调发展产生强大的推动力。

(1)我国是天然气计量的发展趋势和主要方法 目前,国际天然气贸易计量分为体积计量、质量计量和能量计量三种。工业发达国家质量计量和能量计量两种方法都在使用。我国天然气贸易计量是在法定要求的质量指标下以体积或能量的方法进行交接计量,目前基本上以体积计量为主。

按有关标准规定[10],天然气的标准状态体积流量qn以Nm3/s为单位,工作状态体积流量qf以m3/s为单位;质量流量qm以kg/s为单位;能量流量以MJ/s为单位。

①天然气标准体积流量计算。标准状态体积流量qn计算式为

                qvn=qnf                     3.38

或               qvn=qm/ n                    3.39

式中  qvn――标准状态体积流量,Nm3/s;

      qvf――工作状态体积流量,m3/s,体积流量计实测值;

      qm――质量流量,kg/s,质量流量计实测值;

      ρf――工作状态下的密度,kg/m3,实测或计算;

ρn――标准状态下的密度,kg/m3,实测或计算。

天然气在工作状态下的密度ρf若用天然气气流静压pf、热力学温度Tf和压缩系数Zf进行计算,其公式为

                                 (3.40)

式中 Mm――天然气的摩尔质量,kg/kmol,参照标准GB/T11062计算;

     Ra――通用气体常数,MJ/kmol·K,其值为0.000831448。

天然气在工作状态下的密度ρn的实用公式与式(3.40)相似,其中pf、Tf、Zf用标准状态的 pn、Tn、Zn替代即可。

因此,天然气标准体积流量qn的计算式还可写成

                         qm=qvf         3.41

式中 qvf――含义同式(3.38);

      pf――工作状态压力,MPa,压力实测值;

      Tf――工作状态热力学温度,K,温度实测值;

      Zf――工作状态下天然气的压缩系数,按SY/T6143标准A1.4条及公式(A8)计算(或按GB/T17747.1~3标准计算);

Pn――标准状态压力,Mpa,其值为0.101325;

Tn――标准状态热力学温度,K,其值为293.15;

Zn――标准状态下天然气的压缩系数,按SY/T6143-1996标准公式(A8)计算或按GB/T17747.1~3标准计算)。

②天然气质量流量计算。天然气的质量流量计算式为

           qm=qvfрf                       3.42

式中  qm――天然气的质量流量,kg/s,除由式(3.42)计算外,也可由质量流量计直接测量;

qvf――含义同式(3.38);

рf――含义同式(3.38)。

工作状态下的天然气密度рf可用气体密度计在线进行天然气气流密度的实测,用实测值参与流量计算。如果用式(3.40)计算рf值,应有工作状态下的静压pf,热力学温度Tf和天然气组分分析数据yi(组分摩尔分数),按相应的标准计算天然气的摩尔质量Mm和压缩系数Zf,zui后才能计算出рf的值来。

③天然气能量流量计算。天然气的能量流量可以由标准体积流量或质量流量乘以发热量Hs来计算。

以标准体积流量计算能量流量的计算式为

       En=qvnHsnv                         3.43

式中  En――天然气的能量流量,MJ/s;

       qvn――天然气的标准体积流量,由式(3.38)或式(3.41)所得结果;

       Hsnv――单位标准体积的高位发热量,MJ/m3,实测或计算。

以质量流量计算能量流量的计算式为

                              En=qmHsnm          3.44

式中 En――含义同式(3.43);

      qm――天然气的质量流量,由式(3.42)所得结果;

      Hsnm――单位质量的高位发热量,MJ/s,实测或计算。

④发热量测量。天然气发热量可采用直接或间接的测量方法获得。对于管网系统,当使用直接测量不经济时,其结算用的发热量也可以用计算方法获得。两种方法都有在线和离线两种方式。

a.直接测量法。直接测量法可按GB12206标准的要求进行。是采用水流式热量计,由水流量稳定调节、天然气流量稳定调节和测量、水温气温测量、气体燃烧和水计量五部分组成。仪器的具体操作方法修正系数计算请参阅GB12206-1998《天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法》。

b.间接测量法。间接测量法是采用GB/T11062标准规定的方法测量天然气的发热量,它是基于对天然气组分进行全分析,然后进行计算,各组分含量同各自发热量的乘机之代数和即为天然气的发热量。组分分析一般采用气相色谱法,具体操作方法请参阅GB/T13610-1992《天然气的组成分析——气相色谱法》。

⑤ 密度测量。天然气密度可以用天然气密度计在线直接测量,也可离线间接测量。

a.在线密度测量。在线密度测量是为了求得流过流量计的天然气质量流量。如果要求得到天然气的标准体积流量,还需得到标准状态下的天然气密度。

对于孔板流量计而言,若在密度计的样气从上游取压孔取出,样气流入在线密度计,它应以特别低的流速流入,并保证对压力和差压的测量没有影响。

除旋转式容积流量计以外的其他流量计,在线密度计宜安装在流量计下游,以避免流量计入口速度分布被干扰。

从取样口到在线密度计之间的连接管线应尽量短、连接件、管线应绝热保温,以减小环境温度对取样气的影响。

为确保在线密度计所测密度值与流经流量计的密度值相同,应将密度传感器的露出部分和流量计的上、下游适当长度的管路进行隔热。

在线密度计应有样气温度测量,当样气温度同主管道中天然气温度有差异时,应该用修正值进行补偿。

b.离线密度计算。在计量站取样口取出有代表性的样气,采用气相色谱仪分析出天然气的全组分分析数据,测量出主管道内天然气静压力和流体温度,然后按式(3.40)计算工作状态下的流体密度。其中摩尔质量Mm按标准GB/T11602计算得到;工作状态下压缩系数Zf按标准SY/T6143-1996A1.4条及公式(A8)计算。

⑥几种天然气常用流量计选型指南。不同的准确度要求和不同的使用条件,天然气流量测量可有多种仪表可选,应综合考虑其准确性、可靠性、安全性及经济性等因素后确定,过分追求高准确度会增加不合理的费用。

天然气常用流量计选型指南

 

应用因素

旋转式容积流量计

涡轮流量计

涡街流量计

超声流量计

孔板流量计

操作条件下的气体密度

危险增大

zui小流量随密度增加而变得更低

zui小流量随密度增加而变得更低

在规定密度范围内不受影响

决定测量结果

气中夹带固体

可能堵塞叶轮,需要过滤器

可能有沉积物,叶片可能受损可能影响旋转,需要过滤器

可能有沉积物,非流线体可能受侵蚀,需要过滤器

一般不受影响,如果传感器孔被污垢堵塞,流量计功能会受到影响,建议增加过滤器

可能有侵蚀和沉积物,需要过滤器

气中夹带液体

可能有腐蚀。结垢、结构材料会受影响

可能有腐蚀,结垢,润滑油被稀释,转子出现不平衡

测量导管内可能有液体沉积物,这会影响计量值

可能变坏的信噪比会影响功能,如果传感器孔受阻,流量计功能会受影响

由流量计腐蚀引起的磨损会造成流量误差,孔板端面和孔板取压孔内有沉积物会影响准确度

压力和流量变化

突然变化会造成损坏。因为叶轮的惯性,流量的突变会致使上游或下游管道内压力时高时低

压力突变可能造成损坏

不会造成损坏,但可能造成计量误差

压力突变会造成超声换能器损坏

压力突变会造成损坏

脉动流

不受影响

流量快速的周期变化会使测量结果过高,影响取决于测量变化的频率和幅度,气体的密度和叶轮的惯性

准确度受影响。影响的程度取决于流量变化的频率和幅度

只要脉动的周期大于流量计的采样周期,就不会受影响

准确度取决于仪表响应速度。准确度要受影响

允许误差范围内典型的量程比

30∶1

30∶1,密度越高,流量比越大

30∶1

30∶1

10∶1,如果采用双量程差压计

过载流动

可短时间过载

可短时间过载

可过载

可过载

可过载至孔板上的允许压差

增大公称设计能力

增大zui大流量需要加大流量计,或增加气路,或提高压力

增大zui大流量需要加大孔板流量计内径,或增加气路,或提高压力

供气安全性

流量计故障可能中断供气

流量计故障不造成影响

流量计及其管道所需配管设置要求

对上下游管道无特殊要求,遵照制造厂的说明,为保证连续供气需加旁通

上下游需直管段长度,长度根据适用标准的安装说明而定

根据GB/T18604,上下游需直管段长度

依据SY/T6143,上下游需直管段长度

典型直管长度:

上游

下游

4D

2D

5D

2D

20D

5D

(依据配置)

10D

3D

(依据配置)

30D

7D

         

注:1.流量计zui初用的型号过大会影响小流量的测量准确度。

    2.D为流量计内径。

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