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天然气流量计量精度说明

时间:2017/07/11来源:未知

  随着我国经济的发展以及对环境的要求,天然气的消耗急剧增加,传统的天然气调度已经无法满足目前的发展需求,随着天然气贸易的不断发展,对天然气的准确计量显得越来越重要,其直接关系到企业的经济效益以及用户的利益[1]。
  因此,对天然气流量开展计量研究显得尤为重要。天然气流量计量要求具有实时性、性以及经济性,即采用较低成本的计量方式准确及时的计量天然气流量。
 
1、天然气流量计量研究现状:
  天然气流量计量技术是对天然气流动过程中的流量进行计量的技术,测量的准确度受天然气计量系统的综合性能影响。为提高计量的准确度制定了完善的计量标准体系,主要包括天然气流量计量标准、仪器参数标准、安全标准等。
 
1.1、 国外研究现状:
  国外对天然气计量的研究较早。上世纪90年代末,天然气质量指标的颁布,明确了天然气质量的安全卫生、经济、环境三个标准;天然气流量计量方面,建立了具有代表性的天然气孔板流量计标准、超声波流量计量方法、涡轮流量计量方法以及压缩因子计算方法;气体燃料计量系统标准的颁布确定了天然气流量计量准确度登记,及天然气物性参数***大允许测量误差;实流测定方法通过对天然气在工况条件下的物性参数进行测定,***终测得天然气流量大小。
 
1.2、国内研究现状:
  国内对天然气计量的研究起步较晚,根据国内天然气发展的需求结合国外现有的标准体系,***终颁布了《天然气计量系统技术要求》标准以及《天然气》标准。前者明确了天然气计量系统建立及改造过程中各方面的指标要求,对不同等级计量系统的温度、压力、压缩因子、发热量、质量、密度等指标提出了具体的要求,同时限定了配套的计量仪器度;后者规定了不同等级天然气成分含量,为我国进口天然气提供了质量控制依据。在天然气流量测定方面,可以分为容积法、速度法、差压法、面积法以及质量法。容积法由两个空间体组成,在流体压差作用下,依据旋转体转动次数以及流过小空间的流量计算天然气流量;差压法是依据伯努利方程以及连续性方程计算天然气体积流量[4]。
 
2、面临的问题:
  近年来天然气计量技术得到了不断的发展,但在发展过程中也面临着一定的问题。主要可分为以下几个方面:
(1)在分析测试方面,目前还未建立针对天然气上游产业测试的标准体系;
(2)在量传溯源体系方面,需进一步完善天然气分析标准体系以提高天然气测量精度;
(3)目前天然气的检测能力不能满足发展需要,需进一步建立大口径流量计提高天然气的检测能力。
 
3、发展趋势:
  随着经济技术的发展,未来天然气流量计量将朝着以下几个方向发展:
(1)计量方式由体积计量逐步转化为能量计量;
(2)计量方式将逐步实现智能化与自动化;
(3)检定方式、量值溯源从静态单参数向动态多参数溯源发展。

随着对天然气需求量的增多,对天然气流量计算的度提出了更高的要求。输气企业正加大对天然气计量技术方面进行深入研究,控制天然气的库存量,***大限度满足下游用户的用气需求和天然气质量。然而天然气在计量方面还存在很多问题,导致天然气计量系统运行、维护投资相当高,企业为了追求利益***大化,下游用户得到天然气体积质量已经出现一些问题,在企业降低管理费和维护费用出发,引进自动化、远程化的计量系统显得十分重要,采用天然气能力计量的方式进行交易,使得用户获得质量保证的天然气,因此,引进先进的计算机技术以及天然气计量方式显得尤为重要。

4、天然气流量计量存在的问题:

(1)介质压力、温度对计量精度影响天然气受压力与温度的变化而变化,计量标准状态下的气体体积流量,要充分考虑测量介质压力和温度的变化情况,调准天然气标准范围,才能使流量计量结果偏差更小。例如:家用膜式燃气表,在日常运行过程中,没有考虑压力与温度的变化,以工况流量计量。北方冬夏温差大,导致天然气流量计量差在4%~9%之间,没有制定相应介质压力和温度下的计量标准,将会对燃气企业造成一定的经济损失。

(2)环境温度对计量精度影响计量装置中流量传感器一般采用的是具有热膨胀性的材料,因此,环境温度的变化对流量传感器机械运动性造成一定程度的影响,进而导致天然气流量计量数值不准确。当仪表温度较低时,仪表计量会减慢,产生的计量误差是正常情况下的2.5~4倍,这说明计量仪表受外界温度变化影响很大,严重影响流量计量器的精度。鉴于流量计量器受温度变化大的特点,一般将计量器置于封闭室内较好。我国北方气温变化较大,流量计量器润滑效果大大降低,势必增加了机械磨损概率,促使计量器运转迟缓或者打盹;燃气企业为了便于查表、统计工作,将金属燃气表置于室外是不合理的,金属材质的燃气表容易受到不同季节温差的变化,导致计量误差,不利于燃气企业对天然气供需量准确的统计、归档。

(3)工作人员操作技能对精度的影响计量工作人员,应要从两个方面加强技能培训与学习。首先要加强对计量仪表的认识,试测不同压力和温差下流量值,综合分析不同环境下选择合适的计量仪表;其次,加强流量计量器的安装培训,对流量计量器工作原理进行培训,避免安装过程中不规范导致计量仪表人为的误差出现。

5、常用天然气流量计量方法:

目前,我国天然气流量计量器种类繁多,根据不同计量需求和测量原理制定出来,按照测量原理可以大致分为这5类,分别是容积式、速度式、差压式、面积式、质量式等计量器,这5种类型计量器计量原理和组成结构各不相同,针对不同的工作需求和测量介质,选取相应的型号计量器工作。下面主要对常用的流量计(容积式、速度式、差压式)作简要陈述。

(1)容积式流量计

容积式流量计主要由两个空间体组成,一个大空间和由旋转体割成的若干个小空间。在流体压差作用下,旋转体连续转动,通过已知容积的小空间流量被排出来,记录一定时间内旋转体转动次数,根据一定时间内旋转体转动的次数和流过小空间的体积流量,可以求出流量体积量。容积式流量计计算公式如下:

式中:q为体积流量,m3/s;n为旋转体转动次数,周/s;V为每周排出流量体积,m3/周。

(2)差压式流量计

基于伯努利方程和流体连续性方程,设计了差压式流量计,该流量计依据节流原理,在节流管件前后产生压差,流量的平方与压差成正比关系。差压式流量计计算公式如下:

式中:q为体积流量,m3/s;c为流出系数,无量钢;β=d/D,无量钢;d为孔板内径,mm;D为上游管道内径,mm;ε为可膨胀系数,无量钢;Δp为孔板前后的差压值,Pa;ρ为流体的密度,kg/m3。均为工况条件下。

(3)速度式流量计

常用的速度式流量计有涡轮流量计、涡街流量计、旋进涡轮流量计、时差式超声波流量计。主要是通过测量介质流动速度,来计算流体流量大小。速度式气体流量计主要由显示仪与传感器构成。在压力和温度变化较大的区域,应配置压力计、温度计、流量积算器和流量计算机,这样可以起到补偿温度和压力,再配置一台在线色谱仪,通过分析混合气体组分来计算发热量、气体密度以及气体压缩因子,考虑影响因素更加全面。

6、我国天然气计量技术发展现状:

(1)发展现状

天然气含有组分非常多,除了含有烷烃类物质,还含有非烃类物质,非烃类物质的燃烧不能产生能量,可想而知,天然气在交易过程中,及使天然气体积计量准确,也不能保证等价交换,按照天然气体积计算的方式进行交易结算,并不能体现出等价、优质优价的原则,对天然气资源不能有效地、合理地利用,更重要的是这已经不是一场公平的交易,对天然气企业的长久发展前景也会造成一定的影响。

(2)发展方向

对天然气质量的监察和监督不可轻视,同等体积的天然气不一定就是公平合理的交易。国外很早就开始以天然气能量来进行计量,在天然气交易计量过程中,以能量计量的方式显得合理而又公平。我国天然气流量计算技术发展方向主要在以下几个方面。

①天然气流量计量方式向自动化、智能化、远程化转移,供需用户的庞大,使得我国天然气流量计量工作十分艰巨。电子计算技术的高速发展,已经在天然气流量计量方面得到了成功的应用,利用计算机自动化、远程化的计量天然气流量可以大大节省人员操作时间以及人员投入经费,高新技术的引进推动着天然气工业的发展。

②天然气能量计量是基于天然气体积计量,在体积计量装置上配置发热量测定仪器。能量计算器的完善,需要开展相关配套技术的研究,制定天然气能量计量标准和规格,在引进国外在线气相色谱仪之后,要积极掌握和消化国外先进技术,按照我国的实际情况制定适合我国天然气贸易的计量体系和标准,在实际的应用过程中,完善天然气计量体系不足之处,制定较为全面的检测方法和标准。

图1 天然气能量计量示意图

 


 
7、结束语:
  随着我国经济的发展以及对环境的要求,天然气的消耗急剧增加,传统的天然气调度已经无法满足目前的发展需求,随着天然气贸易的不断发展,对天然气的准确计量显得越来越重要,其直接关系到企业的经济效益与用户的利益。目前天然气计量技术得到了一定的发展,但依旧存在一定的问题,为了满足天然气快速发展的需要,未来天然气计量将朝着能量计量、智能化、自动化的方向发展,检定方式、量值溯源从静态单参数向动态多参数溯源发展。我国天然气流量计量发展还存在一些问题,在介质压力、温度、外界温差以及人员技能方面还需要加强技术研究,引进国外先进技术的同时,需要加大对先进技术的消化吸取,自主设计制造出适合我国天然气计量需求的仪器仪表,制定相应的计量操作规范和标准,对天然气能量计量技术方面研究是今后的方向,制定相应的天然气能量计量管理标准。随着对天然气需求量的加大,天然气计量应向自动化、远程化计算机计量方向转移,积极开展天然气自动化、远程化计量体系和标准研究,尽快制定和完善天然气计量公平性贸易规范,完善天然气计量检测标准,才能促使供应双方贸易公平合理。

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