2011年管技術(shù)5設(shè)備2011第5期Pipeline Technique and Equipment天然氣大流量計(jì)量方法研究陳利瓊',溫曉峰,張虹繽(1西南石油大學(xué)四川成都6105002.昆侖銀行庫(kù)爾勒分行新疆庫(kù)爾勒841000)摘要:國(guó)內(nèi)在能源和資源的開(kāi)發(fā)利用及國(guó)際合作中,對(duì)于大口徑、大流量流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)裝暹的需求十分突出。計(jì)量交接逐步發(fā)展為集中式、大口徑、高氣量的貿(mào)易交挾方式,大流量天然氣的計(jì)量方式也已由草一的孔板流量計(jì)發(fā)展到孔板、渦輪、超聲流量計(jì)共用的格局。綜合分析現(xiàn)有的天然氣大流量計(jì)量方式,對(duì)比研究孔板、渦輪以及超聲流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn),得出流量計(jì)在大流量計(jì)量方面的適用性以及流量計(jì)的發(fā)展趨勢(shì),以達(dá)到合理有效地使用各類(lèi)計(jì)量?jī)x表的目的,提高天然氣的交接計(jì)量精確度。關(guān)鍵詞:計(jì)量方法;天然氣;大流量中圖分類(lèi)號(hào):TE8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1004-9614(2011)05-0019-03a Review of mass Flow Gas Measurement MethodsCHEN Li-qiong, WEN Xiao-feng, ZHANG Hong-bi(1. Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China; 2. Korla Branch, Bank of Kunlun, Korla 841000, China)Abstract: In the process of Chinas 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 measure-ment to a pattern jointly shared by orifice, turbine and ultrasonic measurement. By analyzing the exisiting gas mass flow measure-ent methods. andmeasurement instruments, improve the measuring accuracy of natural gas handover and ensure fair trade settlement.Key words: measurement method; gas; mass flow0引言計(jì)近幾年,國(guó)內(nèi)天然氣產(chǎn)量增長(zhǎng)較快,流量計(jì)量在1.1超聲流量計(jì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用也更加明顯。隨著西氣東輸三線(xiàn)、氣體超聲流量計(jì)的應(yīng)用始于20世紀(jì)90年代,以四線(xiàn)的動(dòng)工,預(yù)計(jì)到到2019年,這2個(gè)管線(xiàn)建設(shè)以后,前主要是用于液體測(cè)量,在超聲流量計(jì)應(yīng)用于氣體測(cè)初步形成的天然氣管網(wǎng)輸氣能力將達(dá)800多億m同量上,由于氣體聲阻抗大,氣體聲能衰減大這個(gè)課題時(shí),天然氣在一次能源結(jié)構(gòu)中的比重也在加大,預(yù)計(jì)直未能得到很好的解決氣體超聲的發(fā)展由此受到到2015年前后國(guó)內(nèi)天然氣的利用在能源結(jié)構(gòu)中所占限制2。20世紀(jì)80年代以來(lái)隨著高速數(shù)字信號(hào)處比例將達(dá)到10%以上理技術(shù)和先進(jìn)的壓電陶瓷技術(shù)的發(fā)展,氣體超聲流量據(jù)統(tǒng)計(jì),2008年國(guó)內(nèi)用于天然氣計(jì)量的器具為計(jì)測(cè)量天然氣技術(shù)有了突破性進(jìn)展900多臺(tái),預(yù)計(jì)2015年將可能達(dá)到2300多臺(tái)。從整體超聲流量計(jì)根據(jù)換能器數(shù)量分類(lèi),目前氣體超聲上來(lái)看在流量計(jì)使用上,20世紀(jì)70年代形成了孔板流量計(jì)有一至六聲道流量計(jì);根據(jù)超聲波在管壁上的使用高峰期,20世紀(jì)80年代形成了渦輪流量計(jì)使用反射情況,又可分為直射、單反射和雙反射3種。目的高峰期,20世紀(jì)90年代中后期則形成了使用超聲前超聲波流量計(jì)一般都采用單反射技術(shù),計(jì)量不確流量計(jì)的高峰期。定度為1.0%~2.0%。圖1中,五聲道超聲流量計(jì)有1天然氣計(jì)量類(lèi)型3個(gè)聲道采用單反射技術(shù),2個(gè)聲道采用旋轉(zhuǎn)方向相在大流量計(jì)量方面,目前國(guó)內(nèi)外采用的流量計(jì)主反的雙反射技術(shù),對(duì)旋渦流的流量測(cè)量準(zhǔn)確度較高。要有3種類(lèi)型:超聲流量計(jì)、渦輪流量計(jì)和孔板流量1.2渦輪流量計(jì)在歐洲和美國(guó),渦輪流量計(jì)是繼孔板流量計(jì)之后收稿日期:2010-12-09收修改稿日期:2011-04-21的第二個(gè)法定天然氣流量計(jì),已經(jīng)發(fā)展為多品種、全Pipeline Technique and EquipmentSep.2011系列、多規(guī)格,批量生產(chǎn)規(guī)模的天然氣流量計(jì)。渦輪表1流量計(jì)比較表流量計(jì)在用量上是僅次于孔板流量計(jì)的天然計(jì)量?jī)x流量表僅荷蘭在天然氣管線(xiàn)上就采用了2600多臺(tái)各種尺名稱(chēng)量程比最大工作(m3·h-1)壓力/MPa寸儀表1:1040(與孔孔板流量計(jì)板材質(zhì)有關(guān))輪流量計(jì)5-250001:10~10.4-10超聲流量計(jì)10-80001:20-1:10004-10名稱(chēng)準(zhǔn)確度/%前直管要求后直管要求過(guò)濾整形孔板流量計(jì)17D-62D(a)渦輪流量計(jì)±0.5~±1.02D表前安過(guò)濾器和整流器圖1五聲道超聲流量計(jì)結(jié)構(gòu)圖超聲流量計(jì)±0.5渦輪流量計(jì)由渦輪流量傳感器及與之配套的計(jì)名稱(chēng)口徑/mm壓力損失優(yōu)缺點(diǎn)算儀表構(gòu)成。主要研究工作集中于渦輪流量傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,本身和其信號(hào)的處理方法。 Shafer、 Furness、 Baker、Da可在極高流速下和高中壓板流量計(jì)50~800(p/2)·C2下使用。但誤差較大現(xiàn)場(chǎng)vid曾分別對(duì)渦輪流量傳感器研究工作進(jìn)行過(guò)總結(jié),提安裝條件高;附屬設(shè)備價(jià)格供了非常有價(jià)值的參考文獻(xiàn)。較貴為了提高渦輪流量計(jì)的計(jì)量性能和適應(yīng)性,不同流量范圍大,溫度影響廠家都對(duì)渦輪進(jìn)行了改進(jìn)目前有如下產(chǎn)品:雙葉輪,踢輪流量計(jì)30-602001500B小精度高量程比大用于提高渦輪的可靠性;鋁合金葉輪,提高渦輪的靈敏度關(guān)鍵件軸承磨損,價(jià)格較貴和抗沖擊能力;一體化整流器,提高渦輪的準(zhǔn)確度和無(wú)阻礙物,無(wú)壓損,無(wú)和抗沖擊能力;密封式軸承,提高渦輪的抗臟污能力。示值漂移現(xiàn)象,無(wú)可動(dòng)部1.3孔板流量計(jì)件,可直接進(jìn)行清管作業(yè)超聲流量計(jì)75-2000維護(hù)簡(jiǎn)單,可帶壓更換超聲孔板流量計(jì)是在20世紀(jì)初即使用的天然氣流量換能器,無(wú)須重新標(biāo)定。但國(guó)內(nèi)使用經(jīng)驗(yàn)少;一次性購(gòu)測(cè)量?jī)x表,經(jīng)過(guò)1個(gè)世紀(jì)的發(fā)展過(guò)程,它已經(jīng)是國(guó)內(nèi)外入投資高研究得最早、最細(xì),使用經(jīng)驗(yàn)最豐富,試驗(yàn)數(shù)據(jù)最多,3實(shí)用性分析標(biāo)準(zhǔn)化程度最高的計(jì)量?jī)x表。據(jù)估計(jì),國(guó)外約占60%,國(guó)內(nèi)占80%以上,數(shù)據(jù)點(diǎn)多(16000多個(gè)),不過(guò)天然氣計(jì)量?jī)x表的選用首先要遵循一個(gè)基本的隨著超聲流量計(jì)在國(guó)內(nèi)的逐漸使用,孔板流量計(jì)所占原則,就是所選用的計(jì)量?jī)x表一定能夠滿(mǎn)足和用于現(xiàn)比例有所下降。場(chǎng)實(shí)時(shí)計(jì)量。在選用流量計(jì)之前,首先需要摸清用戶(hù)目前,眾多新型流量計(jì)的出現(xiàn)對(duì)孔板流量計(jì)形成近期和遠(yuǎn)期的用氣情況,每日調(diào)峰和季節(jié)性調(diào)峰多少了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),為著保持其主導(dǎo)地位,其功能在積極及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工藝情況,然后才可以確定選用何種流地完善著,現(xiàn)列舉如下量計(jì),從而確定所選儀表的規(guī)格、型號(hào)。具體需考慮(1)孔板流量計(jì)配套的二次儀表部分。差壓變送的因素以及各流量計(jì)的性能對(duì)比如表2和表3所示。器和流量計(jì)算機(jī)在微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、新材料、表2天然氣流量計(jì)選型依據(jù)新工藝的迅速發(fā)展下,性能及可靠性顯著提高。(2)定值節(jié)流件的采用。定值節(jié)流件是指對(duì)每種選型依據(jù)需要考慮的因素準(zhǔn)確度、重復(fù)性線(xiàn)性度、范圍度、流量范圍、信號(hào)輸出特通徑測(cè)量管道配以有限數(shù)量的節(jié)流件。節(jié)流件的p表性能性、響應(yīng)時(shí)間、壓力披失等值(直徑比)則按優(yōu)先數(shù)系選用,節(jié)流件實(shí)現(xiàn)批量生流體、溫度、壓力密度、黏度、化學(xué)腐蝕、磨蝕性、結(jié)垢、堵產(chǎn),降低生產(chǎn)成本,為擴(kuò)大使用創(chuàng)造條件,給用戶(hù)帶來(lái)流體特性塞、混相、相變、電導(dǎo)率聲速導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、等熵指方便等。管道布置方向流動(dòng)方向檢測(cè)件上下游側(cè)直管段長(zhǎng)度、2優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比安裝條件管道口徑、維修空間、電源接地輔助設(shè)備(過(guò)濾器消氣各種流量計(jì)的分析、對(duì)比結(jié)果如表1所示。表1器)、安裝脈動(dòng)等環(huán)境條件環(huán)境溫度是度電磁干擾安全性防爆管道振動(dòng)等中,D為管徑,p為管道輸送介質(zhì)的密度,C為壓力損經(jīng)濟(jì)因素儀表購(gòu)置受安裝費(fèi)、運(yùn)行費(fèi)校驗(yàn)費(fèi)維修費(fèi)儀表使用失系數(shù)。第5期陳利瓊等:天然氣大流量計(jì)量方法研究表3流量計(jì)性能比較表結(jié)構(gòu)中所占比例達(dá)到10%以上。因此,努力搞好天然流量計(jì)對(duì)渦流對(duì)流速分測(cè)脈測(cè)雙測(cè)濕氣計(jì)量工作尤為重要。其意義體現(xiàn)在:搞好天然氣的壓損名稱(chēng)的敏感布敏感動(dòng)流向流氣體精確計(jì)量有利于以天然氣為原料的化工企業(yè)分析原孔板很大很敏感很敏感不適合不能不能因,改進(jìn)工藝流程更新設(shè)備,達(dá)到節(jié)能降耗的目的;為渦輪很小很敏感很敏感不適合不能不能超聲無(wú)不敏感不敏感。適合可以可以在計(jì)量上與國(guó)際接軌創(chuàng)造有利條件;為計(jì)量交接雙方名稱(chēng)營(yíng)路重復(fù)度物性參安裝運(yùn)行流量計(jì)清洗提供公平合理的計(jì)量數(shù)據(jù)。數(shù)影響條件費(fèi)用天然氣計(jì)量技術(shù)發(fā)展趨勢(shì):智能式流量計(jì)的發(fā)孔板不能中等有影響苛刻高低展微型微功耗計(jì)算機(jī)在流量計(jì)二次儀表的使用,可渦輪不能0.2%無(wú)影響一般低超聲可以01%無(wú)影響一般低高利用校準(zhǔn)技術(shù)提高流量計(jì)的準(zhǔn)確度和拓寬量程;大流通過(guò)以上比較及目前的發(fā)展趨勢(shì)可以看出,氣體量計(jì)量將使用工作原理簡(jiǎn)單、受安裝和環(huán)境條件影響超聲流量計(jì)將是未來(lái)天然氣大流量交接計(jì)量?jī)x表的小、準(zhǔn)確度高的流量計(jì);各種類(lèi)型的流量計(jì)有其工作主流。使用氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量,尤其是原理和計(jì)量特性,在不同工作條件下使用不同工作原在高壓大流量貿(mào)易交接計(jì)量的場(chǎng)合有較高的技術(shù)經(jīng)理的流量計(jì);在國(guó)內(nèi)超聲流量計(jì)渦輪流量計(jì)及孔板濟(jì)效益。多聲道超聲流量計(jì)已被氣體工業(yè)界所接受,流量計(jì)將在大中流量計(jì)量中成為主流流量計(jì)。小口可在天然氣貿(mào)易交接計(jì)量中應(yīng)用。目前已部分取代徑超聲腰輪等寬量程流量計(jì)將在用量波動(dòng)大的民用了孔板流量計(jì)渦輪流量計(jì)等傳統(tǒng)的氣體流量計(jì)量技?xì)庥?jì)量中發(fā)揮作用術(shù)。超聲流量計(jì)解決了大管徑、大流量及各類(lèi)明渠、參考文獻(xiàn)[1] Da PazE F. Virtual Metering System for Oil and Gas Field暗渠測(cè)量困難的問(wèn)題。Monitoring Based on a Differential Pressure Flowmeter Soci-目前,國(guó)內(nèi)外在對(duì)渦輪流量計(jì)用于天然氣測(cè)量的ety of Petroleum Engineers, 2010(9): 19-22.選用比例上也在不斷上升。由于其具有高精度和寬[2]楊聲強(qiáng)超聲波流量計(jì)量系統(tǒng)性能的主要影響因素天量程等諸多優(yōu)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)成為對(duì)中低流量和城市燃?xì)馊粴夤I(yè),2006,26(3):1ll-113調(diào)峰計(jì)量的首選儀表。[3]廖志敏熊珊超聲波流量計(jì)的研究和應(yīng)用管道技術(shù)與孔板差壓流量計(jì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、成本低等設(shè)備,2004(4):13-19特點(diǎn)更適合國(guó)情,而且使用量仍占80%以上。采用先[4]So5168-2005 Measurement of fluid nlow-procedures for進(jìn)的智能變送器網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)the evaluation of uncertainties計(jì)算機(jī)技術(shù)現(xiàn)代控制技術(shù)等進(jìn)行技術(shù)改造,是孔板5]李政盛春艷羅瑤標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量計(jì)差壓流量計(jì)的發(fā)展方向。量附加誤差分析中國(guó)計(jì)量,2010(6):97-99作者簡(jiǎn)介陳利瓊(1976),副教授研究方向?yàn)橛蜌鈨?chǔ)運(yùn)設(shè)施4結(jié)束語(yǔ)安全技術(shù)。預(yù)計(jì)到2015年前后,國(guó)內(nèi)天然氣的利用將在能源(上接第11頁(yè))度越低。當(dāng)進(jìn)站溫度降低時(shí),出站溫[2]王海琴含蠟原油熱輸管道沿程溫降計(jì)算油氣儲(chǔ)運(yùn),度降低。當(dāng)流量、含水量、進(jìn)站溫度不變時(shí),地溫越2002,21(7):9-12低,散熱量越大,要求的出站溫度越髙。[3]龔大利大慶油田高含水原油流變性研究油氣儲(chǔ)運(yùn),針對(duì)油田內(nèi)部熱油管道流量和含水量隨時(shí)變化2005,24(8):25-30.的特點(diǎn),運(yùn)用曲線(xiàn)圖的形式,可以對(duì)應(yīng)流量和含水量4吳明,盧濤用數(shù)值方法求解熱油管道最大輸量管道技術(shù)與設(shè)備,1998(3):1-2方便快速地查詢(xún)合適的管道運(yùn)行參數(shù),維持管道穩(wěn)定(5張國(guó)忠馬志樣熱油管道安全經(jīng)濟(jì)輸油溫度研究石油運(yùn)行。學(xué)報(bào),2004,25(1):106-108.計(jì)算后的出站溫度較現(xiàn)在的出站溫度有所降低,[6李恩田石兆東丁云輝含水原油水力計(jì)算管道技術(shù)與減少了熱能消耗,可節(jié)省可觀的燃料費(fèi)用。設(shè)備,2003(6):1-3.參考文獻(xiàn)作者簡(jiǎn)介:楊穎(1986—),碩士研究生,從事油氣儲(chǔ)運(yùn)工藝及理[]楊筱蘅輸油管道設(shè)計(jì)與管理北京:中國(guó)石油大學(xué)出版論研究。社,2006:76-106