2010年第19期內(nèi)蒙古石油化工71天然氣計量的幾種方法與思考李建明12,馮玲玲3(1.西安石油大學石油工程學院;2.青海油田管道輸油處;3.中國石油集團設(shè)計有限公司青海分公司)摘要:隨著下游天然氣的廣泛應用,天 然氣計量成為人們關(guān)注的話題。本文介紹天然氣交接計量的幾種方法以及影響天然氣計量儀器準確性的幾種因素,并加以對比,提出采用能量計量天然氣是與國際交接的發(fā)展趨勢.關(guān)鍵詞:天然氣;計量;流量計;能量中圖分類號:GH814 ' TE863.1文獻標識碼:A文章編號: 1006--7981<2010)19- -0071- -0321世紀為天然氣的世紀,天然氣是優(yōu)質(zhì)的燃料式中:qn為標準狀態(tài)下天然氣體積流量,m'/s;和化工原料。作為燃料,它燃燒完全,單位發(fā)熱量大，As為秒計量系數(shù),視采用計量單位而定，此式As=燃燒后產(chǎn)物對環(huán)境影響小;作為化工原料,它潔凈，3.1794X10-*;c為流出系數(shù);E為漸近速度系數(shù);d質(zhì)優(yōu),成本低,可用它生產(chǎn)多種精細化工產(chǎn)品和高附為工況下孔板內(nèi)徑,mm;Fc為相對密度系數(shù),為可加值產(chǎn)品。天然氣的以上特性是它深受用戶青睞的膨脹系數(shù);Fz為超壓縮因子:FT為流動濕度系數(shù);p1原因。天然氣在世界能源結(jié)構(gòu)中所占的比例不斷上為孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對靜壓,MPaOp為氣升。我國是天然氣資源豐富的國家之一,天然氣遠景流流經(jīng)孔板時產(chǎn)生的差壓,Pa.儲量約達38萬億m'.目前啟動的西氣東輸工程將有差壓式流量計一般由節(jié)流裝置(節(jié)流件、測量利于改善華北、華中、華北地區(qū)環(huán)境的和提高人民生管、直管段、流動調(diào)整器、取壓管路)和差壓計組成，活水平。對工況變化、準確度要求高的場合則需配置壓力計1常用計量的幾種方法(傳感器或變送器)、溫度計(傳感器或變送器)流壇計量的準確性,是擺在目前很多行業(yè)領(lǐng)域的t計算機,組分不穩(wěn)定時還需要配置在線密度計(或色項重要課題,計量的準確直接與金錢、效益掛鉤。譜儀)等。為了滿足各種計盤的需要,多年來人們根據(jù)不1.2速度式流量計同的測量原理,研究開發(fā)制造出了數(shù)十種不同類型速度式流量計是測盤介質(zhì)流動速度來得到流量的流量計,大致分為容積式、速度式、差壓式、面積的一類流量計。常用來計量的有:式、質(zhì)量式等。各種類型的流量計量原理、結(jié)構(gòu)不同1.2.1渦輪流量計:當流體流經(jīng)渦輪流量傳感器既有獨到之處又存在局限性。為達到較好的測量效時,在流體推力作用下渦輪受力旋轉(zhuǎn),其轉(zhuǎn)速與管道果,需要針對不同的測量領(lǐng)域,不同的測量介質(zhì)、不平均流速成正比,渦輪轉(zhuǎn)動周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器同的工作范圍,選擇不同種類、不同型號的流量計.的磁阻值,檢測線圈中的磁通隨之發(fā)生周期性變化，下面作簡要陳述.產(chǎn)生周期性的電脈沖信號。在--定的流量(雷諾數(shù))1.1差壓式流量計范圍內(nèi)，該電脈沖信號與流經(jīng)渦輪流量傳感器處流差壓式流量計是以伯努利方程和流體連續(xù)性方體的體積流量成正比。渦輪流量計的理論流量方程程為依據(jù),根據(jù)節(jié)流原理,當流體流經(jīng)節(jié)流件時(如標準孔板、標準噴嘴、長徑噴嘴、經(jīng)典文丘利嘴、文丘K=f/q.利噴嘴等),在其前后產(chǎn)生壓差,此差壓值與該流量式中f為渦輪流量計輸出脈沖頻率,q.為流量的平方成正比。在差壓式流量計中,因標準孔板節(jié)流計的流量,K為渦輪流量計的儀表系數(shù)。裝置差壓流量計結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、研究最充1.2.2渦街流量計;在流體中安放非流線型旋渦發(fā)分、已標準化而得到最廣泛的應用。孔板流量計理論生體，流體在旋渦發(fā)生體兩側(cè)交替地分離釋放出兩流量計算公式為:列規(guī)則的交替排列的旋渦渦街.在一定的流母(雷諾數(shù))范圍內(nèi),旋渦的分離頻率與流經(jīng)渦街流量傳感器qr-..至A處流體的體積流量成正比。渦街流量計的理論流量式中,q為工況下的體積流量,m*/snc為流出方程為:系數(shù),無量鋼,β=d/D,無量鋼;d為工況下孔板內(nèi)q=彎●M.d.f徑,mm;D為工況下上游管道內(nèi)徑,mmse為可膨脹式中:qi為工況下的體積流量,m'/s;D為表體系數(shù),無量鋼:0p為孔板前后的差壓值,Pasp為工通徑,mm;M為旋渦發(fā)生體兩側(cè)弓形面積與管道橫況下流體的密度,kg/m'.對于天然氣而言,在標準狀態(tài)下天然氣積流量截面積之比;d為旋渦發(fā)生體迎流面寬度,mm;f為旋渦的發(fā)生頻率,Hz;Sr為斯特勞哈爾數(shù),無量綱。的實用計算公式為:q.=A..c●E.d.Fc.e.Fz. Fr.1.2.3旋進禍輪流量計:當流體通過螺旋形導流葉Vp. Op，收稿日期:2010-08-2172內(nèi)蒙古石油化工2010年第19期片組成的起旋器后,流體被強迫圍繞中心線強烈地m',二者相差30.8%.作為燃料天然氣的商品價值旋轉(zhuǎn)形成旋渦輪,通過擴大管時旋渦中心沿一錐形是其所含的發(fā)熱量,即天然氣銷售使用的實質(zhì)是天螺旋形進動。在一定的流量(雷諾數(shù))范圍內(nèi),旋渦流然氣的能量，而不是體積。當天然氣作為燃料時,能的進動頻率與流經(jīng)旋進渦流量傳感器處流體的體積量計量顯然比體積計量(或質(zhì)量計量)更科學。流量成正比。旋進旋渦流量計的理論流量方程為:國外天然氣能量計盤的原理:天然然氣的量是通過兩個不相關(guān)的測量來完成的，即體積或質(zhì)q1一衣量流量的測量和體積或質(zhì)量發(fā)熱量的測量,將這兩式中,q為工況下的體積流量,m/sif為旋渦種測量合成,計算出天然氣的能量.其計算式如下:頻率,Hz;K為流量計儀表系數(shù),P/m'(p為脈沖E=QXHs數(shù))。式中:E- -一段時間內(nèi)天然氣的能最.MJ;1.2.4時差式超聲波 流量計:當超聲波穿過流動的Q--段時間內(nèi)天然 氣標準狀態(tài)的體積或質(zhì)流體時,在同-傳播距離內(nèi),其沿順流方向和沿逆流量;m'或kg方向的傳播速度則不同。在較寬的流量(雷諾數(shù))范Hs -天然氣高位發(fā)熱量,MJ/m'或MJ/kg圍內(nèi),該時差與被測流體在管道中的體積流量(平均應注意，當采用能量計量,其單價為X x元/流速)成正比。超聲波流量計的流量方程式為:MJ,故貿(mào)易結(jié)算時單價乘以能盤(MJ)便得到金額，πXDnxD'x L(t:-t1)而不必按發(fā)熱量對天然氣進行分級，只衢規(guī)定天然q=“20nXK-A-x 2XXtXt氣的發(fā)熱量達到某限定值即可。例如加拿大NOVA式中.q為工況下的體積流量.m'/s;V為流體公司規(guī)定管輸天然氣的高位發(fā)熱量應不小于通過超聲換能器皿1.2之間傳播途徑上的聲遭長36MJ/m'度,m人為超聲波在換能器1.2之間傳播途徑上的天然氣的能量計量是流量計量、發(fā)熱量計量和聲道長度.m;X為傳播途徑上的軸向分盤,mt為組成分析三部分的組合。流盤計盤是能量計量的主超聲波順流傳播的時間,s;t為超聲波逆流傳播的要部分,不再贅述.發(fā)熱量計量分直接和間接兩種方時間.8.速度式氣體流盤計一般由流量傳感器和顯示儀法.①直接法:發(fā)熱量直接測量法有水流式和氣流式組成，對溫度和壓力變化的場合則需配置壓力計(傳兩種.氣流式對設(shè)備和環(huán)境的要求比水流式嚴格,但感器或變送器)、溫度計<傳感器或變送器)、流盤積準確度和靈敏度高。美國20世紀70年代使用水流算儀(溫壓補償)或流盤計算機(溫壓及壓縮因子補式,80年代用氣流式敢代了水流式。我國煤氣發(fā)熱量測量為水流式(GB 12206).②間接法;發(fā)熱量間償),對準確度要求更高的場合(如貿(mào)易天然氣),則接測量法是利用組成分析數(shù)據(jù)進行計算,國內(nèi)外標另配置在線色譜儀連續(xù)分析混合氣體的組分或物性準有IS06976,ASTMD3588和GB/T11062.值計算壓縮因子、密度.發(fā)熱量等。組分分析;天然氣的組分分析可分為在線分析1.3容積式流量計和離線分析兩種。由取樣和分析兩部分組成。對應在容積式流量計的內(nèi)部有一構(gòu)成固定的大空的國內(nèi)外標準有IS010715和IS06974及GB/T13609間和一組將該空間分割成若干個已知容積的小空間和GB/T13610.的旋轉(zhuǎn)體,如腰輪、皮膜、轉(zhuǎn)筒、刮板、橢圓齒輪、活4總結(jié)塞、螺桿等。旋轉(zhuǎn)體在流體壓差的作用下連續(xù)轉(zhuǎn)動，隨著天然氣的進一-步廣泛利用.對天然氣計量不斷地將流體從已知容積的小空間中排出。根據(jù)- :越來越受人關(guān)注國內(nèi)一些流盤計雖然有成熟的標準定時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動的次數(shù)即可求出流體流過的以及檢測計量技術(shù),但由于工祝條件限制及用戶對體積量。容積式流量計的理論流量計算公式:燃氣性質(zhì)的認可,不可避免存在一些問題 .國外采用q(=n* V使用天然氣的主要目得還是獲得能量來進行計量，式中,q為工況下的體積流量,m2/sin為旋轉(zhuǎn)在天然氣貿(mào)易計量中,以能量的方式進行結(jié)算是最體的流速,周/s1V為旋轉(zhuǎn)體每轉(zhuǎn)- -周所排流體的體公平的方法。隨著市場經(jīng)濟的完曹和我國加人積,m2/周。在標準狀態(tài)下,容積式流量計的體積流量計算WTO.在我國天然氣貿(mào)易計量中實行能量計量勢在公式與速度流最計相同。氣體容積式流量計屬機槭必行。因此采用能量作為檢驗天然氣不可以說不作式儀表，一般由測量體和積算器組成,對溫度和壓力為一種思考和借鑒,國家出臺- -些在相應的規(guī)范和政策。變化的場合則需配置壓力計(傳感器或變送器)、溫天然氣的能量計量是在體積測量的基礎(chǔ)上,再度計(傳感器或變送器)、流量積算儀(溫壓補償)或配備天然氣發(fā)熱量的測量裝置。為了今后在我國逐流量計算機(溫壓及壓縮因子補償)。步實行按能量計量進行貿(mào)易交接,應積極進行些2影響幾種流量計計量因素的比較(見下表)準備工作;①開展天然氣能量計量配套技術(shù)研究,積3國外對天然計劃的情況極推行天然氣能量計量體系。首先應引進消化國外天然氣是一種混合氣體,它含有甲烷,乙燒,丙先進的在線氣相色譜儀和流量計算機，按照我國的烷等烴類組分和氮、二氧化碳等非烴類組分,各組分標準進一步發(fā)展適用我國的流量計量系統(tǒng)。②積極含盤并不相同,不同國家的天然氣組分含量可能有完善和制定天然氣計量的有關(guān)標準,特別要盡快研所不同。即使是在同一地區(qū)同一氣田的天然氣也可究制定天然氣能量計量的有關(guān)標準和天然氣產(chǎn)品質(zhì)能不同，由于天然氣組成的差異.同樣體積的天然量標準及其檢測方法標準，與國際接軌.氣，他們所產(chǎn)生的能量是不同的,我國管輸商品天然氣的高熱量最小為33. 90M]/m' ,最大為44. 35MJ/2010年第19期李建明等天 然氣計量的幾種方法與思考73其它流量計影響因素孔板流量計渦輪渦街超聲旋進漩渦旋轉(zhuǎn)容積式計量條件下對測量值起決定密度增大流量密度增大流量密度在規(guī)定范影響不大氣體密度因素降低圍內(nèi)有沉積可能損有機積和非流一般無影響，著有沉積可能影響氣體中夾帶有磨損和沉積，影壞葉片需裝過線體磨損需裝檢測器污染有測量值得裝過濾可能損壞轉(zhuǎn)子,需固體顆粒響計盤準確度干擾需裝過濾裝過濾器謔器過濾器器有可能腐蝕和信號受干擾變可能有腐蝕和液可能有腐蝕、凝氣體中有液體積聚影響計盤液體凝結(jié),潤滑液體沉積,測量壞,發(fā)信和接收結(jié)、易結(jié)垢的材料體油被沖淡,轉(zhuǎn)子值受影響器被粘塞,儀表準確度受影響出現(xiàn)不平衡功能減弱突然的壓力溫度突然壓力溫度突然壓力溫度變壓力溫度變變化會引起孔板變化會損壞葉既危險又增大突然壓力變化增大測母誤差化會引起危險并測量誤差會損壞換能器的變形片使測量失準引起高的測量準確度受影響,大結(jié)果,大小取決準確度受影響，當脈動頻率高準確度受影響,大脈動流小取決于脈動頻于頻率、幅度、大小取決于脈于超聲流量計小取決于脈動頻率和幅度密度和渦輪慣動頻率和幅度的收發(fā)頻率時，有影響生允差內(nèi)的測10: 1使用高低30; 1氣體密30. 1氣體密40(160)，112 氣體密度大測量量范圍(量程差壓測量范圍變度大測量范圍度大測量范圍30* 1范圍大送器大超量程運行在壓差允許范圍短時間超量程短時間超量程可以短時間超量程可短時間超量程可內(nèi)可以以增大測量能加大孔板孔徑或加大流量計的加大流量計的加大流量計的加大流量計的口加大流量計的口增加計量回路或口徑或增加計口徑或增加計口徑或增加計徑或增加計量回徑或增加計量回力提高計量壓力量回路或提高量回路或提高量回路或提高路或提高計量壓路或提高計量壓.計量壓力連續(xù)使用性流量計故障不影流量計故障不流盤計故障不流量計故障不流量計故障不影流量計故障不影能響供氣影響供氣上下游需一定長上下游需一定上下游需一定上下游需一定.占用空間度直管段,依據(jù)長度直管段,依長度直管段,依長度直管段,依SY/T6143-1996據(jù)有關(guān)標準及據(jù)有關(guān)標準及據(jù)有關(guān)標準及標準產(chǎn)品說明書產(chǎn)品說明書產(chǎn)品說明書通常要求的30D10D20D414D直管段長7I5D5[iD2[2D注D為測武管內(nèi)徑(或流最計口徑)[2] 蘇彥勛，盛健,梁國偉.流量計量與測試.中國[參考文獻]計量出版社.[1] 孫淮清.天然氣流量計量,2002.