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涡轮天然气流量计的计量方式与各流量计选型


文章日期:2018-05-11|阅读数:


天然气计量包括体积计量、质量计量和能量计量三种形式。国际天然气贸易或欧美日韩等工业发达广泛采用能量计量, 而我国及周边俄罗斯、中亚地区天然气资源仍以体积计量为主。本文简要介绍常见天然气计量方式的工作原理、优缺点及适用范围, 供读者参考。

体积计量

常见天然气体积计量仪表包括孔板流量计、涡轮流量计、超声波流量计、腰轮流量计、涡街流量计、旋进式旋涡流量计等。

孔板流量计

孔板流量计为压差式流量计。工作原理:在管道内部安装孔板等节流装置, 天然气通过时, 流体截面积减小, 流速加快, 孔板后端压力降低, 通过测量孔板前后压力变化, 实现对天然气流量的测量。

天然气孔板流量计

 

优点:价格较低;结构简单, 便于安装;性能稳定;投用前无需实流校核。

缺点:测量精度一般, 且精度难以提高;测量范围较窄, 满足计量精度的前提下一般为3:1~5:1, 采用双量程压差计可达10:1;对上下游直管段长度要求较高, 一般要求上游30D (D为流量计内径) , 下游7D;通过节流装置, 压力损失较大;由于孔板流量计由法兰连接, 易产生跑、冒、滴、漏问题, 维护工作量较大。

目前, 孔板流量计主要用于较早投产的天然气管道, 在川渝地区天然气管网占比高达85%, 在西部管道所属管道占比约32.2%, 在北京天然气管道公司所属管道占比约7.2%, 而在西气东输所属管道占比不足1%。早起投用的孔板流量计近几年正

陆续升级改造为涡轮流量计或超声波流量计。

涡轮流量计

涡轮流量计属于速度式仪表。工作原理:由管道内部涡轮和外部检脉冲器组成, 天然气进入涡轮后引起转子转动, 形成相应脉冲信号传至检脉冲器, 从而实现天然气流量计量。

涡轮流量计

 

优点:结构简单而牢固, 可靠性高;安装方便, 便于维修;度高, 重复性好;测量范围较可达25:1, 在高压输气情况下, 还可进一步增大。

缺点:由于涡轮高速转动引起的机械摩擦, 需注意润滑;需在流量计上游配套过滤器, 避免较大固体颗粒损坏涡轮叶片;对上下游直管段长度有一定要求, 一般要求上游10D, 下游5D;上限流速受“气蚀”现象限制, 一般为10米/秒。

目前, 涡轮流量计在长输天然气管道分输站场较为常见, 在西气东输所属管道中占比约28%, 在西部管道所属管道占比约15%, 在北京天然气管道公司所属管道占比不足6%。

超声波流量计

超声波流量计属于速差式流量计。工作原理:利用两个具备发射和接收功能的传感器相向收发超声波, 声脉冲能量通过管壁和流体以一定角度在两个传感器之间传播, 受流体速度的影响, 从上游传向下游的声速由于叠加流体速度而增大, 从下游传向上游的声速由于逆向流体流动方向而减慢, 再通过测量两个方向声速之差可计算天然气流速。

天然气超声波流量计

 

优点:测量精度高;测量范围大, 可达100:1;能实现双向流量计量;无可动部件;无压损;不受气体压力、温度、组分变化的影响;有强大的自检测与自诊断功能;全数字式计量系统, 易于实现数字化通信;维护简单, 可带压更换超声换能器。

缺点:目前多为进口设备, 价格昂贵, 只适用于大、中口径;对上下游直管段长度有一定要求, 一般要求上游10D, 下游5D;不适用于较小口径 (小于DN100) 天然气计量。

目前, 超声波流量计是继孔板流量计、涡轮流量计之后的第三类适用于高压力、大口径、高精度的天然气流量计。在长输天然气管道分输站场中占比***高, 其中在北京天然气管道公司所属管道中占比达87%, 在西气东输所属天然气管道占比约71%, 在西部管道所属天然气管道占比约53%。部分早起投用的孔板流量计也陆续升级改造为超声波流量计。

腰轮流量计

腰轮流量计又称罗茨流量计, 属于旋转式容积式流量计。工作原理:在流量计壳体封闭计量室内安装旋转腰轮, 流量计前后压差驱动腰轮转动, 通过测量计量室空间的容积和腰轮转动次数可计算天然气体积流量。

腰轮流量计

 

优点:流量计前后不需设直管段, 占地面积小;安装条件要求低;适应介质粘度范围广, 不仅可用来计量干气, 也可测量含有液滴的伴生气;准确度高, 可靠性强;起步流量小, 量程比大, 可达400:1;对流体脉动不敏感。

缺点:体积较大、笨重;安装时壳体不能承受管线的各种应力;对介质清洁程度要求高, 需在流量计上游配套安装过滤器, 并定期检查和清洗过滤网;腰轮高速转动时产生的噪音较大。

目前, 腰轮流量计广泛用于石化行业汽柴油等油品计量, 但仅适用于小口径、小流量天然气计量, 在长输天然气管道中使用较少。

涡街流量计

涡街流量计是一种流体振荡型流量计。工作原理:在管道中插入非流线型旋涡发生体, 流体流动时在旋涡发生体两侧分离释放出规则的交替排列的旋涡列 (即为“涡街”) , 在一定流量范围内, 通过某点的涡街数量与流体的流速成正比, 通过测量涡街数量来实现流体流量的计量。

天然气涡街流量计

 

优点:测量范围宽, 可达30:1, 密度越大流量比越高;压力损失较小, 约为孔板的1/2~1/4;仪表主体可采用不锈钢材料制造, 抗腐蚀性较强;仪表无可动部件, 安装维护简单;现场液晶显示, 可与工业自动化系统相连接。

缺点:对管道震动和电磁干扰较为敏感, 不适合在有震动干扰的管网中使用;对测量脏污介质适应性差, 极易被截止赃物缠绕;在低流速、小口径情况下应用受到限制;对上下游直管段长度有较高要求, 一般要求上游40D, 下游20D。

目前, 涡街流量计一般用于玻璃厂、建材厂等企业内部流量监视、考核和能耗计量, 在长输天然气管道基本没有使用。

旋进旋涡流量计

旋进旋涡流量计属于新型气体流量仪表。工作原理:旋进旋涡流量计由起旋器和传感器两部分组成, 当流体通过螺旋形导流叶片组成的起旋器时, 将围绕中心线强烈地旋转形成旋涡流, 单位时间内旋涡流的进动频率与流经传感器的流体体积流量成正比, 通过测量旋涡流频率计算流体流量。

天然气旋进旋涡流量计

 

优点:测量范围大, 可达20:1;一般不受气体温度、压力和黏度影响, 适用性强;体积小、重量轻, 离线标定较为方便;除含有较大颗粒或较长纤维杂质外, 一般不需安装过滤器;对上下游直管段要求较低, 一般上游4D、下游2D。

缺点:压损较大, 一般为涡街流量计的3倍~4倍;对管道震动和电磁干扰较为敏感。

目前, 旋进旋涡流量计主要用于油田内部和城市燃气小型配气站, 在长输天然气管道中使用较少。

质量计量

天然气质量计量仪表一般指科氏质量流量计, 是一种直接式质量流量仪表。工作原理:流体在振动管中流动时, 产生与质量流量成正比的“科里奥利力”, 是科里奥利于1832年研究轮机时发现的, 所以叫“科里奥利力”。科氏质量流量计是根据该原理制成的一种直接式质量流量仪表。

优点:测量范围广, 可达50:1;上下游不要求直管段;可直接测量流体质量;测量精度较高, 稳定性好;对介质的适应性较广, 可适用于湿气或脏气的计量, 也能适用于气体组分和密度变化较大的气体。

缺点:价格昂贵;不能测量低压气体;压力损失较大;对安装固定要求较高;不能用于较大口径 (DN200以上) 管道天然气。

目前, 科氏质量流量计在小口径计量、脏污天然气计量、燃驱压气站自耗气计量、天然气生产井以及城市车用CNG加气机计量等相关领域有所应用。

能量计量

天然气能量计量是体积计量或质量计量的延伸, 可通过体积计量、质量计量与单位流量天然气的发热值乘积计算获得。与体积计量、质量计量方式相比, 能量计量更能科学体现天然气作为燃料的商品价值。天然气的发热值可通过直接燃烧法测量, 也可通过分析气体组分计算而得。

对于规模较大的计量站, 需配套安装在线气相色谱仪实时测量天然气发热值;对于规模较小的计量站, 可采用离线气相色谱分析方法计算热值, 再根据对应气源的种类以及气源热值的稳定性, 选择固定赋值或可变赋值的方法确定对应计量站天然气的发热值。

天然气能量计量在国际天然气贸易或欧美日韩等工业发达已广泛应用, 而在我国及周边俄罗斯、中亚地区等天然气资源应用较少。目前, 我国主要天然气管道站场已基本具备能量计量技术条件, 并已制订天然气能量计量相关技术标准。随着国内天然气市场化改革步伐的加快, 以及对天然气资源精细化管理要求的提高, 我国也需适时出台鼓励政策、制定法律法规、完善价格体系, 着力推进天然气能量计量工作的开展。



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