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石油天然气流量计实流计量技术探究


文章日期:2017-06-17|阅读数:


石油天然气流量计实流计量技术探究

随着我国进入低碳经济时代,使得洁净和绿色能源的使用成为社会发展的一种必然趋势,天然气已经广泛应用于我的生活当中。按照我国西气东输、北气南送、海气登陆的发展战略,有效加强了天然气管网和配套基础设施的建设力度,进一步促进了天然气在我国的广泛应用。传统的以空气为检测介质的质量流量计量和体积流量计量已经难以满足天然气能量计量的需求,寻求一种有效可行的天然气计量手段和可靠的计量数据是势在必行的。

天然气流量测量主要是由流量计完成的,通常测量天然气在实际工况下的流量,然后根据工况下的压力、温度和物性参数将其换算成标准状况下(我国的标准参比条件是101.325kPa20℃)的流量。对于孔板、涡轮、容积式、超声等流量计,需要已知天然气组成来计算压缩因子、相对密度、等熵指数等物性参数,才能计算出实际工况下或标准参比条件下的天然气流量。

 

我国天然气标准体系建立较晚,二十世纪末期,我国开始构建并逐步完善天然气流量测量标准体系。当时我国商品天然气产量较低,西气东输等天然气长输管道尚未动工,用于天然气测量的仪表主要是孔板流量计,的天然气技术标准是 SY/T6143《天然气流量的标准孔板计量方法》。到 2014 年,中国天然气产量已达 1329×108m3,按照发展规划,到十二五末,我国天然气供应能力将达到 1760×108m3,年进口天然气量约为 935×108m3,用于交接测量的主要仪表多使用超声、涡轮流量计等。为满足天然气工业的发展和管道建设的需求,保证天然气测量结果的准确性和可靠性,我国加快了天然气测量技术以及标准制修订的步伐,为使标准有较高的国际化水平,采标对象主要以国际标准和国外先进标准为主。

 

1 天然气实流计量装置设计方案

 

1.1 开环系统方案介绍天然气实流计量装置的开环系统通常会在天然气管道上面建一个检定装置,并设立一个甚至多个用气量较大的下游用户。其中,检定装置用于在上游的高压管路取气,并向下游的低压管路进行排气,这时,检定系统管路当中所流经的天然气会经过标准流量计以及被检流量计,进而实现天然气流量的计量。同时,天然气会通过组分分析仪器进行实时的监测,从而经过换算得到相应能量计量的修正信息。

 

天然气实流计量装置的开环系统通常包括如下几种装置:天然气过滤分离及温湿调节系统、多级压力/流量调节系统、工作级标准装置、核查级标准装置、次级标准、氮气吹扫系统等,配套天然气组分、露点、温度、压力以及可燃气体报警等方面的检测设备。

 

1.2 天然气过滤分离及温湿调节系统为了可以有效过滤掉气源当中的杂质及水分,需要在天然气引入检定系统的起始端安装一个天然气过滤分离系统,进而保证坚定用气的清洁和单相性,且要使检定段管路当中的湿度及温度满足规定的检测条件。

 

1.3 多级压力/流量调节系统多级压力/流量调节系统通常会采用自动控制理论,并结合计算机技术来控制试验管路的流量以及压力,从而可以使检定过程当中的流量变化以及压力波动符合规定的技术要求。

 

1.4 工作级标准装置、核查级标准装置、次级标准工作级标准装置主要是用来对流量计进行检测的一种标准器,是由多台并联安装的涡轮流量计组装而成的,这种装置的测量范围较宽、灵敏度较高且重复性较好,主要可以用来作高压大流量的工作标准;为了实现对检测过程的诊断和出错报警,可以选择使用核查级标准装置,这种装置主要使用超声波流量计,没有可动部件,其自诊断能力较强;次级标准装置是由临界流喷嘴组成的,这种装置没有可动部件,其长期稳定性较好,装置工作原理以及测量临界参数和涡轮流量计是不相同的,可以说这种装置是理想的次级标准。

1.5 氮气吹扫系统

 

氮气吹扫系统会使天然气和空气始终处在隔绝的状态,它是装、卸仪表或者可动部件过程的一个安全保障系统。

 

组分、露点、温度、压力等方面的检测设备这种组分、露点、温度、压力等方面的检测设备可以利用在线的温变、压变、露点仪、色谱仪等测量手段来对检定介质的温度、压力、相变、组分加以定量的分析,从而得出这些因素对测量结果的影响量,并利用得出的数据建立相应的修正曲线,从而有效保证流量计工况下的准确适用。

 

1.6 闭环系统方案介绍天然气实流计量装置的闭环系统通常会把检定装置建立在闭合的管路上面,并借助泵送设备来使管路之内的介质流动起来。同时,管路当中的天然气会流经标准流量计和被检流量计从而实现天然气流量的标定。这种系统与开环系统相比,闭环系统的介质是在输气管路当中独立循环的,有着很多优点,例如这种系统不受上、下游管路当中压力以及容量的约束,不易受到建设场地的限制,且介质组分和压力可以根据检测的需要来进行自行的调节等。但同时,这种闭环系统的流量和压力波动会在循环回路当中混加,因此,这种系统对泵送设备、稳压装置以及压力/流量调节系统的设计要求会很高。而且,直至目前为止,国际上还没有任何天然气实流计量装置闭环系统成功的案例。

2 结语

天然气能量计量技术的应用已经有多年的历史,但还未成功开发直接对天然气进行能量测定的系统。从学科分类的角度来看,天然气能量的计量是属于计量学范畴的,但同时天然气能量的计量还会涉及到物理测量领域的流量计量和化学计量领域的分析测试。所以,这会进一步增加测量结果在量值传递以及溯源准则等方面复杂性。近几年,我国在体积的计量领域已经达到了国际上的先进水平,但是在发热量的测定领域方面,不管是间接测定还是直接测定都同国外的先进水平有着很大的差距。

 



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