天然氣基礎(chǔ)知識三 天然氣計量

一、天然氣計量概述（一）國際上天然氣主流計量辦法；對于貿(mào)易計量的流量計，統(tǒng)計顯示，歐洲主要使用渦輪、羅茨流量計。荷蘭渦輪、羅茨流量計的使用約占80%；加拿大渦輪流量計約占90%；美國使用孔板約占80%。從整體上看，二十世紀(jì)70年代形成孔板使用高潮，80年代形成渦輪流量計使用的高潮，90年代中后期形成超聲流量計使用的高潮。超聲流量計因具備流量方程簡單清楚、寬范圍度、高準(zhǔn)確度、牢固可靠無壓損，而受到人們對它寄以厚望，但因?qū)嶋H應(yīng)用時間短暴露出一些問題如噪聲影響、直管段長度影響、臟污影響等導(dǎo)致超差，再加上價格因素，用戶在選型上還是偏重于應(yīng)用成熟的渦輪、羅茨等。（二）幾種主流流量計計量原理，計量條件以及優(yōu)缺點(diǎn)概述。1、渦輪流量計（1）渦輪流量計的工作原理：當(dāng)流體流經(jīng)渦輪流量傳感器時，在流體推力作用下渦輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，渦輪轉(zhuǎn)動周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值，檢測線圈中的磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的電脈沖信號。在一定的流量（雷諾數(shù)）范圍內(nèi)，該電脈沖信號與流經(jīng)渦輪流量傳感器處流體的體積流量成正比。渦輪流量計的理論流量方程為：n—Aqy+B-—斬式中n為渦輪轉(zhuǎn)速；qv為體積流量；A為流體物性（密度、粘度等），渦輪結(jié)構(gòu)參數(shù)（渦輪傾角、渦輪直徑、流道截面積等）有關(guān)的參數(shù)；B為與渦輪頂隙、流體流速分布有關(guān)的系數(shù)；C為與摩擦力矩有關(guān)的系數(shù)。（2）渦輪流量計組成結(jié)構(gòu)：渦輪流量計由渦輪、軸承、前置放大器、顯示儀表組成。被測流體沖擊渦輪葉片，使渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪的轉(zhuǎn)速隨流量的變化而變化，即流量大，渦輪的轉(zhuǎn)速也大，再經(jīng)磁電轉(zhuǎn)換裝置把渦輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的電脈沖，經(jīng)前置放大器放大后，送入顯示儀表進(jìn)行計數(shù)和顯示，根據(jù)單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)和累計脈沖數(shù)即可求出瞬時流量和累積流量。渦輪變送器的工作原理是當(dāng)流體沿著管道的軸線方向流動，并沖擊渦輪葉片時，便有與流量qv、流速V和流體密度P乘積成比例的力作用在葉片上，推動渦輪旋轉(zhuǎn)。在渦輪旋轉(zhuǎn)的同時，葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線，改變線圈的磁通量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在線圈內(nèi)將感應(yīng)出脈動的電勢信號，此脈動信號的頻率與被測流體的流量成正比。渦輪變送器輸出的脈沖信號，經(jīng)前置于放大器放大后，送入顯示儀表，就可以實(shí)現(xiàn)流量的測量。（3）渦輪流量計的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)精度高,在所有流量計中,屬于最精確的流量計;重復(fù)性好;數(shù)字信號輸出;量程比寬;結(jié)構(gòu)緊湊。缺點(diǎn)不能長期保持校準(zhǔn)特性;流體物性對流量特性有較大影響（4）影響渦輪流量計計量準(zhǔn)確度的因素以及提高準(zhǔn)確度的方法：水擊現(xiàn)象：氣體在壓力管道中流動時，當(dāng)遇到閥門突然關(guān)閉或者開啟，壓縮機(jī)突然開機(jī)或者停機(jī)，流體流速會發(fā)生突然的極具變化，引起管道中流體壓力發(fā)生反復(fù)的，急劇的周期性變化。結(jié)果：渦輪的軸被損壞或者葉片被損壞。解決辦法：緩開緩閉。磨損：由于長期使用，氣質(zhì)存在雜質(zhì)，于是造成了渦輪軸或者葉片的磨損。葉片由于污物變得厚重，軸承由于孔隙加大變得松動。結(jié)果：影響精度。解決辦法：定期清洗，定期維護(hù)渦輪葉片。另外，要注意清洗和維護(hù)渦輪流量計前面的過濾器。過濾器能夠極大地保護(hù)渦輪流量計不受損壞并減少磨損。氣態(tài)影響：渦輪流量計收氣態(tài)的影響較大，他對管道內(nèi)流速分布畸變及旋轉(zhuǎn)流是敏感的。結(jié)果：影響精度。解決辦法：嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。滿足前后直管段的要求，另外，加裝整流器將起到更好的效果。安裝影響：傳感器應(yīng)安裝在便于維修、管道無振動、無強(qiáng)電磁干擾與熱輻射影響的場所。結(jié)果：影響精度。解決辦法：傳感器安裝時，應(yīng)保證測量管道與工藝管道同軸，和傳感器相連接的前后管道的內(nèi)徑應(yīng)與傳感器口徑一致，流體方向一致。上游應(yīng)有不少于傳感器通徑長度10倍的直管段，下游應(yīng)有不少于傳感器公稱通徑長度5倍的直管段。官道上溫度計、壓力表的安裝部位，應(yīng)設(shè)計在傳感器上下游不會對傳感器產(chǎn)生擾流影響的地方。振動：管道內(nèi)的水擊，壓縮機(jī)的供氣不足都會引起管線振動。會使葉輪均勻連續(xù)的轉(zhuǎn)動變?yōu)樘S性間斷轉(zhuǎn)動，影響了渦輪流量計輸出脈沖頻率f,形成不規(guī)律的脈沖型號，儀表顯示誤差變大。結(jié)果：影響精度。解決辦法：規(guī)范安裝及操作，減小人為引起的振動；加固管線，減少振動。2、孔板流量計。（1）孔板流量計的工作原理：孔板流量計為差壓式流量計。是以伯努利方程和流體連續(xù)性方程為依據(jù)，根據(jù)節(jié)流原理，當(dāng)流體流經(jīng)節(jié)流件時（如標(biāo)準(zhǔn)孔板、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、長徑噴嘴、經(jīng)典文丘利嘴、文丘利噴嘴等），在其前后產(chǎn)生壓差，此差壓值與該流量的平方成正比。在差壓式流量計中，因標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置差壓流量計結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、研究最充分、已標(biāo)準(zhǔn)化而得到最廣泛的應(yīng)用。孔板流量計理論流量計算公式為：式中，qf為工況下的體積流量，m3/s；c為流出系數(shù)，無量綱；B=d/D,無量綱；d為工況下孔板內(nèi)徑，mm；D為工況下上游管道內(nèi)徑，mm；￡為可膨脹系數(shù)，無量綱；Ap為孔板前后的差壓值，Pa；P1為工況下流體的密度，kg/m3。對于天然氣而言，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣積流量的實(shí)用計算公式為：式中，qn為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積流量，m3/s；As為秒計量系數(shù)，視采用計量單位而定，此式As=3.1794X10-6；c為流出系數(shù)；E為漸近速度系數(shù)；d為工況下孔板內(nèi)徑，mm；FG為相對密度系數(shù)，￡為可膨脹系數(shù)；FZ為超壓縮因子；FT為流動濕度系數(shù)；pl為孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對靜壓，MPa；Ap為氣流流經(jīng)孔板時產(chǎn)生的差壓，Pa。（2）孔板流量計組成結(jié)構(gòu)：差壓式流量計一般由節(jié)流裝置（節(jié)流件、測量管、直管段、流動調(diào)整器、取壓管路）和差壓計組成，對工況變化、準(zhǔn)確度要求高的場合則需配置壓力計（傳感器或變送器）、溫度計（傳感器或變送器）流量計算機(jī)，組分不穩(wěn)定時還需要配置在線密度計（或色譜儀）等。（3）孔板流量計的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：適用于較大口徑管道的計量。無可動部件，耐用。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件是全世界通用的，并得到了國際標(biāo)準(zhǔn)組織的認(rèn)可，無需實(shí)流校準(zhǔn)，即可投用，在流量計中亦是唯一的。結(jié)構(gòu)易于復(fù)制，簡單、牢固、性能穩(wěn)定可靠、價格低廉；應(yīng)用范圍廣，包括全部單相流體（液、氣、蒸汽）、部分混相流，一般生產(chǎn)過程的管徑、工作狀態(tài)（溫度、壓力）皆有產(chǎn)品。檢測件和差壓顯示儀表可分開不同廠家生產(chǎn)，便與專業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)缺點(diǎn)：測量的重復(fù)性、精確度在流量計中屬于中等水平，由于眾多因素的影響錯綜復(fù)雜，精確度難于提高。范圍度窄，由于流量系數(shù)與雷諾數(shù)有關(guān),一般范圍度僅3：1?4：1。有較長的直管段長度要求，一般難于滿足。尤其對較大管徑，問題更加突出；壓力損失大；通常為維持一臺孔板流量計正常運(yùn)行，孔板以內(nèi)孔銳角線來保證精度，因此對腐蝕、磨損、結(jié)垢、臟污敏感，長期使用精度難以保證，需每年拆下強(qiáng)檢一次。（4）影響孔板流量計計量準(zhǔn)確度的因素以及提高準(zhǔn)確度的方法：基本誤差由測量裝置本身準(zhǔn)確度所決定的誤差。由于孔板流量計測得的流量是根據(jù)差壓信號間接求得的。從公式可以看出，影響測量準(zhǔn)確度的主要因素是a、F、￡等值。必須保持a、F、￡均為恒定值，才能達(dá)到差壓和流量之間有恒定的對應(yīng)關(guān)系。但在實(shí)際生產(chǎn)中，a、F、￡都與某些因素有關(guān)，特別是流量系數(shù)a,它是一個影響因素復(fù)雜，變化范圍大的重要系數(shù)，如果在測量過程中不能保證a為恒定值，則測量誤差將會較大。從資料和實(shí)驗(yàn)證明，流量系數(shù)a值與取壓點(diǎn)位置、孔板的開孔截面積和管道截面積比（m=d2/D2）、雷諾數(shù)、管壁粗糙度、孔板入口邊緣尖銳度有關(guān)。所以，標(biāo)準(zhǔn)孔板的選用應(yīng)符合下列技術(shù)要求：標(biāo)準(zhǔn)孔板的技術(shù)要求1）孔板相對于開孔直徑d的軸線中心對稱；2）孔板上游端面A應(yīng)于下游端面B平行，并且與開孔直徑d的軸線垂直；3）孔板A面、B面應(yīng)無可見的損傷；4）孔板開孔直徑d的上游測直角入口邊緣G應(yīng)銳利，無毛刺和劃痕。5）孔板開孔直徑d的內(nèi)圓柱表面長度e應(yīng)符合：0.005DWeW0.02D；6）孔板的厚度應(yīng)符合：eWFW0.005D；7）孔板下游側(cè)出口邊緣H和孔板開孔圓柱形下游側(cè)出口邊緣I應(yīng)無毛刺、劃痕和可見損傷；8）標(biāo)準(zhǔn)孔板在使用過程中，會由于天然氣的侵蝕而產(chǎn)生變形，從而引起流量系數(shù)增大而產(chǎn)生測量誤差。因此孔板的材質(zhì)也是保證孔板工作可靠和測量準(zhǔn)確的一個因素。用于天然氣測量的孔板采制一般為：Cr17、1Cr18Ni9TiC以及其他耐酸鋼。整套流量計的精確度還決定于差壓變送器和流量顯示儀的精確度。但是當(dāng)其他參數(shù)的精確度不高時采用高精度差壓變送器并不能起多大作用。流量顯示儀的作用主要在監(jiān)視運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定性等方面，它的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度一般是無問題的。因此，要提高測量的精確度應(yīng)有一個全面估計，這樣才能作出技術(shù)經(jīng)濟(jì)性最佳方案的選擇。差壓儀表本身的精度也是造成基本誤差的原因。如果差壓儀表的零點(diǎn)漂移，會使測量結(jié)果與實(shí)際值相差較大。附加誤差在流量計的安裝和使用過程中，沒有嚴(yán)格遵守技術(shù)要求和設(shè)計所提供的數(shù)據(jù)而找成的誤差。這種誤差的大小是無法估計的。但是通過對造成誤差因素的分析，可以將誤差降低。孔板流量測量系統(tǒng)安裝使用時，必須符合下列技術(shù)要求：1）孔板安裝時，他的開孔中心和管道中心軸線同心，而且它的端面與管道軸線垂直；2）孔板上、下游側(cè)取壓孔軸線符合距孔板上、下游端面的距離為25.4±0.8mm的要求；3）取壓孔的軸線應(yīng)與孔板上下游側(cè)2D測量管長度的內(nèi)圓柱的軸線垂直，取壓孔的軸線與孔板兩端面向外傾斜角的夾角不大于3度。取壓孔直徑不應(yīng)大于0.08D；4）孔板安裝需要前后直管段，直管段的長度與孔板上游側(cè)局部阻力件的形式和直徑比B有關(guān)。5）差壓信號管路的安裝差壓信號管路是指節(jié)流裝置與差壓變送器（或差壓計）的導(dǎo)壓管路。它是孔板流量計的薄弱環(huán)節(jié)，據(jù)統(tǒng)計孔板流量計的故障中引壓管路最多，如堵塞、腐蝕、泄漏、凍結(jié)、假信號等等，約占全部故障率的70％，因此對差壓信號管路的配置和安裝應(yīng)引起重視。如何提高孔板的使用精度：管理上：1、給流量計的主路備路裝上不同孔徑的孔板，以便能夠隨時根據(jù)實(shí)際流量進(jìn)行主備路的切換。2、定期清洗孔板，校驗(yàn)孔板，校準(zhǔn)傳感器數(shù)據(jù)，定期排污。3、更換孔板，氣體組分發(fā)生改變的時候要及時在積算儀上改變。采集上（思路）：和中石化分輸站的流量進(jìn)行對比。按照孔板的大小，流量的大小，找出輸差系數(shù)，在積算儀進(jìn)行計算的時候，將系數(shù)帶入。按照實(shí)際使用量，進(jìn)行輸差分?jǐn)偂?、超聲波流量計。（1）超聲波流量計的工作原理：當(dāng)超聲波穿過流動的流體時，在同一傳播距離內(nèi)，其沿順流方向和沿逆流方向的傳播速度則不同。在較寬的流量（雷諾數(shù)）范圍內(nèi)，該時差與被測流體在管道中的體積流量（平均流速）成正比。超聲波流量計的流量方程式為：xD2V燈火萬工z%-人）『 4衛(wèi)42Tx￡2xzl式中，qf為工況下的體積流量，m3/s；V為流體通過超聲換能器皿1、2之間傳播途徑上的聲道長度，m；L為超聲波在換能器1、2之間傳播途徑上的聲道長度，m；X為傳播途徑上的軸向分量，m；t1為超聲波順流傳播的時間，s；t2為超聲波逆流傳播的時間，s。（2）超聲波流量計組成結(jié)構(gòu)：速度式氣體流量計一般由流量傳感器和顯示儀組成，對溫度和壓力變化的場合則需配置壓力計（傳感器或變送器）、溫度計（傳感器或變送器）、流量積算儀（溫壓補(bǔ)償）或流量計算機(jī)（溫壓及壓縮因子補(bǔ)償）；對準(zhǔn)確度要求更高的場合（如貿(mào)易天然氣），則另配置在線色譜儀連續(xù)分析混合氣體的組分或物性值計算壓縮因子、密度、發(fā)熱量等。（3）超聲波流量計的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可做非接觸式測量為無流動阻撓測量,無壓力損失可以測量強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)和非導(dǎo)電介質(zhì)的流量；超聲波流量計的測量范圍大，管徑范圍從20mm?5m；超聲波流量計測量的體積流量不受被測流體的溫度、壓力、粘度及密度等熱物性參數(shù)的影響。缺點(diǎn):傳播時間法只能用于清潔液體和氣體;超聲波流量計的溫度測量范圍不高，一般只能測量溫度低于200℃的流體；抗干擾能力差。易受污物、結(jié)垢、及其它聲源混入的超聲雜音干擾、影響測量精度；直管段要求嚴(yán)格，為前20D,后5D。否則離散性差，測量精度低；安裝的不確定性，會給流量測量帶來較大誤差；使用壽命短（一般精度只能保證一年）；超聲波流量計是通過測量流體速度來確定體積流量，對氣體應(yīng)該測量它的質(zhì)量流量，儀表測量質(zhì)量流量是通過體積流量乘以人為設(shè)定的密度后得到的，當(dāng)流體溫度變化時，流體密度是變化的，人為設(shè)定密度值，不能保證質(zhì)量流量的準(zhǔn)確度。只能在測量流體速度的同時，又測量了流體密度，才能通過運(yùn)算，得到真實(shí)質(zhì)量流量值；價格較高。（4）影響超聲波流量計計量準(zhǔn)確度的因素以及提高準(zhǔn)確度的方法：正確安裝：換能器安裝不合理是超聲波流量計不能正常工作的主要原因。安裝換能器需要考慮位置的確定和方式的選擇兩個問題。確定位置時應(yīng)保證有足夠的上、下游直管段。在安裝方式上，主要有對貼安裝方式和V方式、Z方式三種。多譜勒式超聲波流量計采用對貼式安裝方式，時差式超聲波流量計采用V方式和Z方式，通常情況下，管徑小于300mm時，采用V方式安裝，管徑大200mm時，采用Z方式安裝。對于即可以用V方式安裝又可以方式安裝的換能器，盡量選用Z方式。實(shí)踐表明，Z方式安裝的換能器超聲波信號強(qiáng)度高，測量的穩(wěn)定性也好。避免干擾：避免在壓縮機(jī)、大功率電臺、變頻，即有強(qiáng)磁場和震動干擾處安裝機(jī)器；選擇管材應(yīng)均勻致密，易于超聲波傳輸?shù)墓芏?；要有足夠長的直管段，安裝點(diǎn)上游直管段必須要大于10D（注：D=直徑），下游要大于5D；及時核校對于現(xiàn)場安裝固定式超聲波流量計數(shù)量大、范圍廣的用戶，可以配備一臺同類型的便攜式超聲波流量計，用于核?，F(xiàn)場儀表的情況。一是堅持一裝一校，即對每一臺新裝超聲波流量計在安裝調(diào)試時進(jìn)行核校，確保選位好、安裝好、測量準(zhǔn)；二是對在線運(yùn)行的超聲波流量計發(fā)生流量突變時，要利用便攜式超聲波流量計進(jìn)行及時核校，查清流量突變的原因，弄清楚是儀表發(fā)生故障還是流量確實(shí)發(fā)生了變化。定期維護(hù)與其他流量儀表相比，超聲波流量計的維護(hù)量是比較小的。對于外貼換能器超聲波流量計，安裝以后無氣壓損失，無潛在漏水，只需定期檢查換能器是否松動，與管道之間的粘合劑是否良好即可；插入式超聲波流量計，要定期清理探頭上沉積的雜質(zhì)、水垢等有無漏水現(xiàn)象；如果是一體式超聲波流量計，要檢查流量計與管道之間的法蘭鏈接是否良好，并考慮現(xiàn)場溫度和濕度對其電子部件的影響，等等。定期維護(hù)可以確保超聲波流量計長期穩(wěn)定地工作。二、龍禹壓縮天然氣有限計量工作經(jīng)驗(yàn)分享（一）標(biāo)準(zhǔn)站和子站的計量；1、計量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，輸差分析。本月累計野進(jìn)量5朔零售量CWih5）福溢生最匿率購?進(jìn)量（岫3）零售量CWm3）投卷室損溢率1602000L602QDD0DLS621B4216陽加2Du3mgg-1D350-3.01M3859B7LL891072-32201-L73*360J74D.aa刀口㈤5.