天然气大流量计量方法研究

2011年管技术5设备2011第5期Pipeline Technique and Equipment天然气大流量计量方法研究陈利琼,温晓峰,张虹缤(1西南石油大学,四川成都6105002昆仑银行库尔勒分行新疆库尔勒841000摘要:国内在能源和资源的开发利用及国际合作中,对于大口径、大流量流量计标准装暹的需求十分突出。计量交接逐步发展为集中式、大口径、高气量的贸易交接方式,大流量天然气的计量方式也已由单一的孔板流量计发展到孔板、涡轮、超声流量计共用的格局。综合分析现有的天然气大流量计量方式,对比研究孔板、涡轮以及超声流量计的优缺点,得出流量计在大流量计量方面的适用性以及流量计的发展趋势,以达到合理有效地使用各类计量仪表的目的,提高天然气的交接计量精确度。关键词:计量方法;天然气;大流量中图分类号:TE8文献标识码:A文章编号:1004-9614(2011)05-0019-03a Review of Mass Flow Gas Measurement MethodsCHEN Li-qiong, WEN Xiao-feng, ZHANG Hong-bin2(1. Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China; 2. Korla Branch, Bank of Kunlun, Korla 841000, China)Abstract: In the process of China' s energy and resources exploitation and intemational cooperation, the need of large-diameter and big flow meter standard device is very obvious. Measurement for trade handover is gradually developing to a centralizedlarge-diameter and high flow trade method. Mass flow gas measurement methods have been developing from single orifice measurement to a pattern jointly shared by orifice, turbine and ultrasonic measurement. By analyzing the exisiting gas mass flow measure-ment methods, and comparing the orifice measurement, the turbine measurement and the ultrasonic measurement, the suitability ofeach measurement is obtained, indicating the trend of its development and also indicating reasonable and effective use variousmeasurement instruments, improve the measuring accuracy of natural gas handover and ensure fair trade settlement.Key words: measurement method; gas; mass flow计近几年,国内天然气产量增长较快,流量计量在1.1超声流量计国民经济中的作用也更加明显。随着西气东输三线气体超声流量计的应用始于20世纪90年代,以四线的动工,预计到到2019年,这2个管线建设以后,前主要是用于液体测量,在超声流量计应用于气体测初步形成的天然气管网输气能力将达800多亿m3同量上,由于气体声阻抗大,气体声能衰减大这个课题时,天然气在一次能源结构中的比重也在加大,预计一直未能得到很好的解决气体超声的发展由此受到到2015年前后,国内天然气的利用在能源结构中所占限制2。20世纪80年代以来随着高速数字信号处比例将达到10%以上。据统计,2008年国内用于天然气计量的器具为计测量天然气技术有了突破性进展理技术和先进的压电陶瓷技术的发展,气体超声流量900多台,预计2015年将可能达到2300多台。从整体超声流量计根据换能器数量分类,目前气体超声上来看在流量计使用上,20世纪70年代形成了孔板流量计有一至六声道流量计;根据超声波在管壁上的使用高峰期,20世纪80年代形成了涡轮流量计使用反射情况,又可分为直射、单反射和双反射3种。目的高峰期,20世纪90年代中后期则形成了使用超声前超声波流量计一般都采用单反射技术,计量不确流量计的高峰期。定度为1.0%~2.0%。图1中,五声道超声流量计有1天然气计量类型3个声道采用中国煤花工用旋转方向相在大流量计量方面目前国内外采用的流量计主反的双反射技确度较高。要有3种类型:超声流量计、涡轮流量计和孔板流量12涡轮流量CNMHG在欧洲和美国,涡轮流量计是继孔板流量计之后收稿日期:2010-12-09收修改稿日期:2011-04-21的第二个法定天然气流量计,已经发展为多品种、全Pipeline Technique and EquipmentSep 2011系列、多规格,批量生产规模的天然气流量计。涡轮表1流量计比较表流量计在用量上是仅次于孔板流量计的天然计量仪流量/表仅荷兰在天然气管线上就采用了2600多台各种尺名称量程比最大工作压力/MPa寸仪表。孔板流量计40(与孔板材质有关)轮流量计5~250001:10~1:50.4-10超声流量计10-8001:20-1:10004-10名称准确度/%前直管要求后直管要求过滤整形孔板流量计±17D-62D(a)(b)涡轮流量计±0.5~±1.0表前安过滤器和整流器图1五声道超声流量计结构图超声流量计±0.5涡轮流量计由涡轮流量传感器及与之配套的计名称口径/mm压力损失优缺点算仪表构成。主要研究工作集中于涡轮流量传感器结构简单,价格低廉,可在极高流速下和高中压本身和其信号的处理方法。 Shafer、 Furness Baker、Da孔板流量计50-800(m/2)·c2下使用。但误差较大现场id曾分别对涡轮流量传感器研究工作进行过总结,提安装条件高;附属设备价格供了非常有价值的参考文献。较贵为了提高涡轮流量计的计量性能和适应性,不同流量范围大,温度影响厂家都对涡轮进行了改进,目前有如下产品:双叶轮,涡轮流量计50-600200-1500Pa小,精度高,量程比大,用于中高压。但抗脏污能力差;提高涡轮的可靠性;铝合金叶轮,提高涡轮的灵敏度关键件轴承磨损,价格较贵和抗冲击能力;一体化整流器,提高涡轮的准确度和无阻碍物,无压损,无和抗冲击能力;密封式轴承,提高涡轮的抗脏污能力。示值漂移现象,无可动部件,可直接进行清管作业;13孔板流量计超声流量计75-2000维护简单,可带压更换超声孔板流量计是在20世纪初即使用的天然气流量换能器,无须重新标定。但国内使用经验少;一次性购测量仪表,经过1个世纪的发展过程,它已经是国内外入投资高研究得最早、最细,使用经验最丰富,试验数据最多,3实用性分析标准化程度最高的计量仪表。据估计,国外约占60%,国内占80%以上,数据点多(16000多个),不过天然气计量仪表的选用首先要遵循一个基本的随着超声流量计在国内的逐渐使用,孔板流量计所占原则,就是所选用的计量仪表一定能够满足和用于现比例有所下降。场实时计量。在选用流量计之前,首先需要摸清用户目前,众多新型流量计的出现对孔板流量计形成近期和远期的用气情况,每日调峰和季节性调峰多少了严峻的挑战,为着保持其主导地位,其功能在积极及现场的实际工艺情况,然后才可以确定选用何种流地完善着,现列举如下量计,从而确定所选仪表的规格、型号。具体需考虑(1)孔板流量计配套的二次仪表部分。差压变送的因素以及各流量计的性能对比如表2和表3所示。器和流量计算机在微电子技术、计算机技术、新材料、表2天然气流量计选型依据新工艺的迅速发展下,性能及可靠性显著提高。选型依据(2)定值节流件的采用。定值节流件是指对每种需要考虑的因素通径测量管道配以有限数量的节流件。节流件的p仪表性能准确度、重复性线性度范围度流盘范围、信号输出特值(直径比)则按优先数系选用,节流件实现批量生流体、温度、压力、密度、黏度、化学腐蚀磨蚀性、结垢、堵产,降低生产成本,为扩大使用创造条件,给用户带来体特性塞、混相、相变、电导率声速、导热系数、比热容、等熵指方便等。中宀M,上下游侧直管段长度2优缺点对比安装条件中国煤化工助设备(过滤器消气各种流量计的分析、对比结果如表1所示。表1CNMHG环境条件环死度是度、甩慨十犹、女全防爆管道振动等中,D为管径,P为管道输送介质的密度,C为压力损经济因素仪表购置费、安装费、运行费校验费维修费仪表使用失系数。第5期陈利琼等:天然气大流量计量方法研究21表3流量计性能比较表结构中所占比例达到10%以上。因此,努力搞好天然流量计对涡流对流速分测脉测双测湿气计量工作尤为重要。其意义体现在:搞好天然气的压损名称的敏感布敏感动流向流气体精确计量有利于以天然气为原料的化工企业分析原孔板很大很敏感很敏感不适合不能不能因,改进工艺流程更新设备,达到节能降耗的目的;为涡轮很小很敏感很敏感不适合不能不能超声不敏感不敏感适合可以在计量上与国际接轨创造有利条件;为计量交接双方流量计清洗重复度的性参安装运行仪表提供公平合理的计量数据。数影响条件天然气计量技术发展趋势:智能式流量计的发孔板不能中等有影响苛刻高低展,微型微功耗计算机在流量计二次仪表的使用,可涡轮不能02%无影响一般低超声可以0.1%无影响一般低利用校准技术提高流量计的准确度和拓宽量程;大流通过以上比较及目前的发展趋势可以看出气体量计量将使用工作原理简单受安装和环境条件影响超声流量计将是未来天然气大流量交接计量仪表的小、准确度高的流量计;各种类型的流量计有其工作主流。使用气体超声流量计测量天然气流量,尤其是原理和计量特性在不同工作条件下使用不同工作原在高压大流量贸易交接计量的场合有较高的技术经理的流量计;在国内超声流量计涡轮流量计及孔板济效益。多声道超声流量计己被气体工业界所接受,流量计将在大中流量计量中成为主流流量计。小口可在天然气贸易交接计量中应用。目前已部分取代径超声腰轮等宽量程流量计将在用量波动大的民用了孔板流量计、涡轮流量计等传统的气体流量计量技气计量中发挥作用。术。超声流量计解决了大管径、大流量及各类明渠参考文献[1] Da Paz E F. Virtual Metering System for Oil and Gas Field暗渠测量困难的问题。Monitoring Based on a Differential Pressure Flowmeter Soci-目前,国内外在对涡轮流量计用于天然气测量的ety of Petroleum Engineers, 2010(9): 19-22选用比例上也在不断上升。由于其具有高精度和宽[2]杨声强超声波流量计计量系统性能的主要影响因素天量程等诸多优点,在国内成为对中低流量和城市燃气然气工业,2006,26(3):111-13.调峰计量的首选仪表。[3]廖志敏熊珊超声波流量计的研究和应用管道技术与孔板差压流量计的结构简单、寿命长、成本低等设备,2004(4):13-19特点更适合国情而且使用量仍占80%以上。采用先[4]o5l68-2005 Measurement of fluid nlow-procedures for进的智能变送器网络通信技术、数字信号处理技术the evaluation of uncertainties计算机技术、现代控制技术等进行技术改造,是孔板5]李政盛春艳罗瑶标准孔板流量计测量天然气流量计差压流量计的发展方向。量附加误差分析中国计量,2010(6):97-9作者简介陈利琼(1976-),副教授,研究方向为油气储运设施4结束语安全技术。预计到2015年前后,国内天然气的利用将在能源(上接第11页)度越低。当进站温度降低时,出站温[2]王海琴含蜡原油热输管道沿程温降计算.油气储运,度降低。当流量、含水量、进站温度不变时,地温越2002,21(7):9-12低,散热量越大,要求的出站温度越高。[3]龚大利大庆油田高含水原油流变性研究油气储运针对油田内部热油管道流量和含水量随时变化2005,24(8):25-30的特点,运用曲线图的形式,可以对应流量和含水量[4]吴明,卢涛用数值方法求解热油管道最大输量管道技术与设备,1998(3):1-2方便快速地查询合适的管道运行参数维持管道稳定5]张国忠马志祥热油管道安全经济输油温度研究石油运行学报,2004,25(1):106-108计算后的出站温度较现在的出站温度有所降低,[6]李恩田减少了热能消耗,可节省可观的燃料费用。表参12中国煤化工计算.管道技术与参考文献作者简介:杨颖CNMHG气储运工艺及理[]杨筱蘅输油管道设计与管理北京:中国石油大学出版论研究。社,2006:76-106.