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如何測量天然氣流量

時間:2017/7/5閱讀:2782
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隨著環保實業的發展,天然氣的開發和利用越來越被人們所重視。天然氣作為清潔能源,在世界一次能源結構中的比重逐年上升。發達國家一般已達到30%~40%,而我國起步較晚,目前這一比例還不高。

我國是天然氣資源較豐富的國家之一,但天然氣的利用卻嚴重滯后,天然氣工業發展有著很大潛力,尤其是西氣東輸工程的建設,必將為我國經濟、社會很環境的協調發展產生強大的推動力。

(1)我國是天然氣計量的發展趨勢和主要方法 目前,天然氣貿易計量分為體積計量、質量計量和能量計量三種。工業發達國家質量計量和能量計量兩種方法都在使用。我國天然氣貿易計量是在法定要求的質量指標下以體積或能量的方法進行交接計量,目前基本上以體積計量為主。

按有關標準規定[10],天然氣的標準狀態體積流量qn以Nm3/s為單位,工作狀態體積流量qf以m3/s為單位;質量流量qm以kg/s為單位;能量流量以MJ/s為單位。

①天然氣標準體積流量計算。標準狀態體積流量qn計算式為

                qvn=qnf                     3.38

或               qvn=qm/ n                    3.39

式中  qvn――標準狀態體積流量,Nm3/s;

      qvf――工作狀態體積流量,m3/s,體積流量計實測值;

      qm――質量流量,kg/s,質量流量計實測值;

      ρf――工作狀態下的密度,kg/m3,實測或計算;

ρn――標準狀態下的密度,kg/m3,實測或計算。

天然氣在工作狀態下的密度ρf若用天然氣氣流靜壓pf、熱力學溫度Tf和壓縮系數Zf進行計算,其公式為

                                 (3.40)

式中 Mm――天然氣的摩爾質量,kg/kmol,參照標準GB/T11062計算;

     Ra――通用氣體常數,MJ/kmol·K,其值為0.000831448。

天然氣在工作狀態下的密度ρn的實用公式與式(3.40)相似,其中pf、Tf、Zf用標準狀態的 pn、Tn、Zn替代即可。

因此,天然氣標準體積流量qn的計算式還可寫成

                         qm=qvf         3.41

式中 qvf――含義同式(3.38);

      pf――工作狀態壓力,MPa,壓力實測值;

      Tf――工作狀態熱力學溫度,K,溫度實測值;

      Zf――工作狀態下天然氣的壓縮系數,按SY/T6143標準A1.4條及公式(A8)計算(或按GB/T17747.1~3標準計算);

Pn――標準狀態壓力,Mpa,其值為0.101325;

Tn――標準狀態熱力學溫度,K,其值為293.15;

Zn――標準狀態下天然氣的壓縮系數,按SY/T6143-1996標準公式(A8)計算或按GB/T17747.1~3標準計算)。

②天然氣質量流量計算。天然氣的質量流量計算式為

           qm=qvfрf                       3.42

式中  qm――天然氣的質量流量,kg/s,除由式(3.42)計算外,也可由質量流量計直接測量;

qvf――含義同式(3.38);

рf――含義同式(3.38)。

工作狀態下的天然氣密度рf可用氣體密度計在線進行天然氣氣流密度的實測,用實測值參與流量計算。如果用式(3.40)計算рf值,應有工作狀態下的靜壓pf,熱力學溫度Tf和天然氣組分分析數據yi(組分摩爾分數),按相應的標準計算天然氣的摩爾質量Mm和壓縮系數Zf,zui后才能計算出рf的值來。

③天然氣能量流量計算。天然氣的能量流量可以由標準體積流量或質量流量乘以發熱量Hs來計算。

以標準體積流量計算能量流量的計算式為

       En=qvnHsnv                         3.43

式中  En――天然氣的能量流量,MJ/s;

       qvn――天然氣的標準體積流量,由式(3.38)或式(3.41)所得結果;

       Hsnv――單位標準體積的高位發熱量,MJ/m3,實測或計算。

以質量流量計算能量流量的計算式為

                              En=qmHsnm          3.44

式中 En――含義同式(3.43);

      qm――天然氣的質量流量,由式(3.42)所得結果;

      Hsnm――單位質量的高位發熱量,MJ/s,實測或計算。

④發熱量測量。天然氣發熱量可采用直接或間接的測量方法獲得。對于管網系統,當使用直接測量不經濟時,其結算用的發熱量也可以用計算方法獲得。兩種方法都有在線和離線兩種方式。

a.直接測量法。直接測量法可按GB12206標準的要求進行。是采用水流式熱量計,由水流量穩定調節、天然氣流量穩定調節和測量、水溫氣溫測量、氣體燃燒和水計量五部分組成。儀器的具體操作方法修正系數計算請參閱GB12206-1998《天然氣發熱量、密度、相對密度和沃泊指數的計算方法》。

b.間接測量法。間接測量法是采用GB/T11062標準規定的方法測量天然氣的發熱量,它是基于對天然氣組分進行全分析,然后進行計算,各組分含量同各自發熱量的乘機之代數和即為天然氣的發熱量。組分分析一般采用氣相色譜法,具體操作方法請參閱GB/T13610-1992《天然氣的組成分析——氣相色譜法》。

⑤ 密度測量。天然氣密度可以用天然氣密度計在線直接測量,也可離線間接測量。

a.在線密度測量。在線密度測量是為了求得流過流量計的天然氣質量流量。如果要求得到天然氣的標準體積流量,還需得到標準狀態下的天然氣密度。

對于孔板流量計而言,若在密度計的樣氣從上游取壓孔取出,樣氣流入在線密度計,它應以特別低的流速流入,并保證對壓力和差壓的測量沒有影響。

除旋轉式容積流量計以外的其他流量計,在線密度計宜安裝在流量計下游,以避免流量計入口速度分布被干擾。

從取樣口到在線密度計之間的連接管線應盡量短、連接件、管線應絕熱保溫,以減小環境溫度對取樣氣的影響。

為確保在線密度計所測密度值與流經流量計的密度值相同,應將密度傳感器的露出部分和流量計的上、下游適當長度的管路進行隔熱。

在線密度計應有樣氣溫度測量,當樣氣溫度同主管道中天然氣溫度有差異時,應該用修正值進行補償。

b.離線密度計算。在計量站取樣口取出有代表性的樣氣,采用氣相色譜儀分析出天然氣的全組分分析數據,測量出主管道內天然氣靜壓力和流體溫度,然后按式(3.40)計算工作狀態下的流體密度。其中摩爾質量Mm按標準GB/T11602計算得到;工作狀態下壓縮系數Zf按標準SY/T6143-1996A1.4條及公式(A8)計算。

⑥幾種天然氣常用流量計選型指南。不同的準確度要求和不同的使用條件,天然氣流量測量可有多種儀表可選,應綜合考慮其準確性、可靠性、安全性及經濟性等因素后確定,過分追求高準確度會增加不合理的費用。

天然氣常用流量計選型指南

 

應用因素

旋轉式容積流量計

渦輪流量計

渦街流量計

超聲流量計

孔板流量計

操作條件下的氣體密度

危險增大

zui小流量隨密度增加而變得更低

zui小流量隨密度增加而變得更低

在規定密度范圍內不受影響

決定測量結果

氣中夾帶固體

可能堵塞葉輪,需要過濾器

可能有沉積物,葉片可能受損可能影響旋轉,需要過濾器

可能有沉積物,非流線體可能受侵蝕,需要過濾器

一般不受影響,如果傳感器孔被污垢堵塞,流量計功能會受到影響,建議增加過濾器

可能有侵蝕和沉積物,需要過濾器

氣中夾帶液體

可能有腐蝕。結垢、結構材料會受影響

可能有腐蝕,結垢,潤滑油被稀釋,轉子出現不平衡

測量導管內可能有液體沉積物,這會影響計量值

可能變壞的信噪比會影響功能,如果傳感器孔受阻,流量計功能會受影響

由流量計腐蝕引起的磨損會造成流量誤差,孔板端面和孔板取壓孔內有沉積物會影響準確度

壓力和流量變化

突然變化會造成損壞。因為葉輪的慣性,流量的突變會致使上游或下游管道內壓力時高時低

壓力突變可能造成損壞

不會造成損壞,但可能造成計量誤差

壓力突變會造成超聲換能器損壞

壓力突變會造成損壞

脈動流

不受影響

流量快速的周期變化會使測量結果過高,影響取決于測量變化的頻率和幅度,氣體的密度和葉輪的慣性

準確度受影響。影響的程度取決于流量變化的頻率和幅度

只要脈動的周期大于流量計的采樣周期,就不會受影響

準確度取決于儀表響應速度。準確度要受影響

允許誤差范圍內典型的量程比

30∶1

30∶1,密度越高,流量比越大

30∶1

30∶1

10∶1,如果采用雙量程差壓計

過載流動

可短時間過載

可短時間過載

可過載

可過載

可過載至孔板上的允許壓差

增大公稱設計能力

增大zui大流量需要加大流量計,或增加氣路,或提高壓力

增大zui大流量需要加大孔板流量計內徑,或增加氣路,或提高壓力

供氣安全性

流量計故障可能中斷供氣

流量計故障不造成影響

流量計及其管道所需配管設置要求

對上下游管道無特殊要求,遵照制造廠的說明,為保證連續供氣需加旁通

上下游需直管段長度,長度根據適用標準的安裝說明而定

根據GB/T18604,上下游需直管段長度

依據SY/T6143,上下游需直管段長度

典型直管長度:

上游

下游

4D

2D

5D

2D

20D

5D

(依據配置)

10D

3D

(依據配置)

30D

7D

         

注:1.流量計zui初用的型號過大會影響小流量的測量準確度。

    2.D為流量計內徑。

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