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浅析石油天然气流量计实流计量技术


文章日期:2017-06-17|阅读数:


在天然气现场存在许多影响贸易结算精度的因素。这些影响并非依照计量标准的需求能予以控制, 如:气质条件或安装情况的影响。于是一些新型流量计(如超声流量计)便应运而生并已在标定站进行了检测。通过中国石油工业天然气流量计量站天然气实流测试与现场应用, 证明超声流量计计量准确度可优于±0.5 % 具有准确度高、重复性好、量程比宽、抗干扰能力较强、维修量小, 可测双向流等特点。

1.天然气实流计量技术的背景

 

目前,我国进入了转变经济发展方式和调整产业结构的关键时期。随着低碳经济时代的来临,使用洁净和绿色能源已成为社会发展的必然趋势,天然气已广泛用于城市燃气、工业企业、电力交通等行业。十五十一五期间,按照西气东输、北气南送、海气登陆的发展战略,加强了基于天然气管线、复线和重点联络线的建设。天然气管网及配套基础设施的快速发展,有力地促进了天然气应用。

 

天然气应用的发展对天然气流量计量技术提出了新的要求。流量计的性能受到介质的高压、组分变化等因素的影响,往往不能准确反映其计量性能,传统的以空气为检测介质的质量流量计量或体积流量计量已经不能满足天然气能量计量的需求。所以,天然气的合理利用、公平交易都对科学的计量手段和可靠的计量数据提出了更高的要求。

2.天然气实流计量现状

 

随着国内外实流检定技术的进步,天然气流量量值溯源正逐步向实流检定方向发展, 即以实际天然气介质、在接近实际现场工况等条件下对流量的分参数(如压力、温度、气质组分和流量总量)进行动态量值溯源。

 

目前,我国具有原级标准装置及溯源能力,建有石油天然气大流量计量站大庆总站、成都分站和南京分站。此外,重庆还有一套天然气介质和 pVTt 装置,适用于中低压小流量天然气流量计量检测工作, 另有部分移动式天然气流量计量检定装置。

 

国外天然气流量计的检定也从重视干标法逐渐过渡到实流检定,相继出现了许多实流检定实验室,如美国科罗拉多工程实验室(CEESI)、美国西南研究院(SWRI)、荷兰计量研究院(NMI)、加拿大标定站(TCC)、德国检测站(Pigsar)、英国工程实验室(NEL)、日本计量院(NRLM)等。

3.天然气实流计量装置设计方案

 

3.1 开环系统方案介绍

 

开环系统一般将检定装置建在天然气管道上,有一个或多个用气量大的下游用户。检定装置在上游高压管路取气,向下游低压管路排气,检定系统管路中的天然气同时流经被检流量计和标准流量计而实现流量计量。通过组分分析仪器实时监测,可以换算得到对应能量计量的修正信息。

 

开环系统主要包括: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、可燃气体报警等方面的检测设备。具体如下:

 

3.1.1 天然气过滤分离及温湿调节系统在天然气引入检定系统的起始端, 需要安装天然气过

 

滤分离系统,滤除气源中的杂质和水分,确保检定用气的单相与清洁, 并使检定段管路内介质的温度和湿度满足检测条件。

 

3.1.2 多级压力/流量调节系统采用自动控制理论, 结合计算机技术控制试验管路的

 

压力和流量,使检定过程中的压力波动、流量变化符合相关技术要求。

 

3.1.3 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是对流量计实施检测的标准器,由多台并联安装的涡轮流量计组成,其灵敏度高、重复性好、测量范围宽, 适合于用作高压大流量的工作标准;核查级标准装置选用超声波流量计,无可动部件,自诊断能力强,可实现对检测过程的诊断和出错报警;由临界流喷嘴组成的次级标准装置,没有可动部件,长期稳定性好, 工作原理和测量临界参数与涡轮流量计不同,是理想的次级标准。

3.1.4 氮气吹扫系统

 

其使空气与天然气始终处于隔绝状态,是装、卸仪表或可动部件过程的安全保障系统。

 

3.1.5 组分、露点、温度、压力等方面的检测设备在线的温变、压变、露点仪、色谱仪等测量手段对检定

 

介质的温度、压力、相变、组分进行定量分析,得出其对测量结果的影响量,建立修正曲线,为流量计工况下的准确使用提供计量保障。

 

3.2 闭环系统方案介绍

 

闭环系统将检定装置建在闭合管路上, 通过泵送设备使管路内介质流动。管路中的天然气同时流经被检流量计和标准流量计而实现标定。与开环系统相比, 闭环系统的介质是独立于输气管路循环的,具有不受建设场地限制,不受上、下游管路压力和容量的约束,介质组分、压力可以根据检测需要自行调节等优点。

 

但是, 闭环系统的压力和流量波动会在循环回路中叠加,对泵送设备、压力/流量调节系统和稳压装置的设计要求更高。

 

目前,国内外还没有闭环系统成功案例的报道。

4.结束语

 

尽管天然气能量计量技术问世已有 20 多年, 但真正直接对天然气进行能量测定的系统尚在开发之中。从学科分类的角度看, 天然气能量计量隶属于计量学范畴, 同时能量计量既涉及属于物理测量领域的流量计量,又涉及属于化学计量领域的分析测试。因此,增加了测量结果在量值传递及溯源准则方面的复杂性。近年来,我国在体积计量领域已达到了国际先进水平,然而在发热量测定领域, 无论是直接测定还是间接测定,与国外先进水平相比尚有诸多不足之处



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