天然气计量仪表

主要内容超声波流量计涡轮流量计质量流量计超声流量计20世纪80年代初，时差法超声流量测量技术开始完善。90年代初，随着电子信号处理技术的发展和多声道流量测量技术的引入，超声流量测量准确度大大提高，开始具备非纯净流体的精确测量能力，并在大流量气体中广泛应用，伴随GB/T18604-2001的实施，我国在西气东输工程开始大量使用超声流量计。90年代后期，5声道液体超声流量计进入市场，开始应用于液态烃贸易计量。经过多年工业应用和实践检验，API于2002年10月制定了采用时差法超声流量计测量液态烃的技术标准草案，2005年1月转为正式标准APIMPMS5.8。超声波流量计的基本原理超声波流量计的基本原理用于天然气流量测量的超声流量计使用的是时间差法。图1为直射式超声流量计的工作原理示意图。在管壁两边安装一对斜角为的超声换能器，两个换能器同时或定时向对方发射和接收对方的超声信号。图1工作原理图衬垫材料导电体压电晶体Disk耦合层壳体24V输入电压输出120KHz输入120KHz输出超声波流量计探头超声探头工作原理图时间直通式原理的技术特点声波由一个探头发射另一个接收，不经管壁反射声波由上游向下游传输的时间(由于声波被气流推动)小于声波由下游向上游传输的时间(声波被气流反向阻挡)这两个时间之差与气流的速度存在某种对于关系从上下游测得的传输时间可以计算出气流的平均速度和声波的速度脉冲发生器接收单元检测单元时钟本安型传感器信号检测回路100MHz晶振120kHz超声波信号(大大给予调节阀的干扰频率60kHz)时间直通式测量原理传输时间.004FlowXD传输时间.007.003超声波流量计任意一对传感器t1=Lc-v(x/L)t2=Lc+v(x/L)FlowXD高级超声波流量计流量方程cos1VCLt或cos2VCLt流量从上述方程中求出v=L2x(t1-t2)t1t2c=L2(t1+t2)t1t2v=流体速度c=声速t1=上游传输时间t2=下游传输时间2流量方程)11(cos221ttLV或L(X)=上下游换能器之间的距离流量与流体的流速和截面积有关流量=流速*截面积流速测量AVq式中：q——流体在管道中的工况流量；A——管道横截面积。由此可见，超声流量计的测量精度取决于声道长度L和时间测量准确度。Tup=Lc-v(x/L)Tdn=Lc+v(x/L)FlowXDL/2L/2反射型超声波流量计流量方程超声波流量计结构根据换能器多少，目前气体超声流量计有一至六声道流量计；根据超声波在管壁上的反射情况，又可分为直射、单反射和双反射三种。结构—单声道流量计一般都采用单反射技术，计量不确定度为:1.0~2.0%。结构—单声道流量计一、超声流量计的结构插入式单声道超声流量计反射式DLV换能器B换能器Acos.vCLDtUDttLv11cos2.或叫折射式对射式或叫直射式FlowXD结构—双声道流量计Daniel采用的是直射技术；Instromet采用的是双反射技术；Controlotron采用的是单反射技术。双声道气体超声流量计不确定度为1.0~1.5%。结构—双声道流量计结构—双声道流量计结构—三声道流量计Instromet采用的是一个单反射和两个双反射技术，Controlotron采用单反射技术，不确定度为0.7~1.0%。结构—三声道流量计结构—四声道和五声道流量计四声道流量计：Daniel采用的是直射技术，不确定度为0.5%左右。五声道流量计：Instromet公司推出产品，有三个声道采用单反射技术，两个声道采用旋转方向相反的双反射技术，对旋涡流的流量测量准确度较高，不确定度为0.5%左右。结构—四声道流量计结构—五声道流量计结构—五声道流量计Faure-HermanKorohnDanielControlotron超声流量计DanielUltrasonicSlide27流体剖面特性PowerlawvelocityprofileN=5N=7N=9N=11N=15GasvelocityisafunctionofpositioninpipeV(r)=Vo(1-r/ro)1/n对不同流态的气体进行动态补偿DanielUltrasonicSlide28将流速简化为三个区域ProfileandAreaRepresentationDanielUltrasonicSlide29每个声道所代表的流速与平均流速的对应关系IndividualPathVelocityisAverageforthatPathDanielUltrasonicSlide30通过圆心的声道对流态的曲解•不同流体形态，测得速度却是相同的•测得的速度夸大了气体流动的平均速度•由于角度造成的错误DanielUltrasonicSlide31平行的四声道测量流速•每个声道不通过圆心，减少对流态的夸大•平行的四个声道互相补偿，有效测量流速多通道流量计算流量计算的步骤测量每个通道的声波传输时间计算每个通道的速度计算平均速度流速乘以截面积流量计算准确的关键问题流量流速测量的结果对表体几何尺寸的要求有关流体的全部计算结果取决于对声波传输时间的测量传输时间的测量取决电子器件的性能有效消除旋涡和不对称流的影响。DanielUltrasonicSlide34核心技术1：T-Slot型超声波探头T－SLOT探头的特点1，高频率，低功耗，低电压工作，高效，安全2，灵敏度高3，可以在线带压更换，更换电缆不影响工作及精度4，适用广泛5，结构紧凑，插入表体浅，不易受污垢影响，寿命长计量特性专用于贸易交接高精度：精度优于+/-0.5%,重复性优于+/-0.2%多通道可检测流体的多个剖面多通道提供了必要的冗余能力，独特的声道替补技术使流量计在某一声道故障的情况下，仍能基本正常工作精确的设计和在加工制造过程中的质量控制计量特性工作原理简单；测量准确度高，量程比大，一般都是1：20，可达到1：100；适应性强，上游直管段最好25~30D，下游直管段最好10D(加流动调节器，上游最短10D，下游5D，加上表体约20D)；无可动部件，可直接进行清管作业；受压力变化影响较小；为高科技产品，各厂家的产品都有其独特的专利技术，一次性投资高；多声道，尤其是四声道和五声道流量计能适用多种流态；计量特性声速,温度,气体运行状况的测量是相对独立的特别适用于高压气体,一般最低工作压力为4～5bar常见流量计的直径,150mm-600mm(6”-36”)最高压力可达ANSI#2500(约42MPa)气体超声流量标准化在标准化过程中，气体超声流量计算是比较快的。目前有AGA9号报告，ISO/TR12765，ISO/WD17089，我国参照AGA9号报告编写的国标GB/T18604，2002年发布实施。修订版AGAReportNo.9-2007《用多声道气体超声流量计测量天然气流量》于2007年4月正式出版。ISOTC30/SC5开始ISO/CD17089：Part1-2007的起草工作，2007年12月出版DIS稿。应用场合高级超声波气体流量计长输管线集气系统海洋天然气压气站气体处理工厂高压管线输配管网应用场合普通气体超声波流量计非贸易交接的场合比对储气罐的测量海洋天然气的计量原料天然气的测量多通道流量计算流量计算的步骤测量每个通道的声波传输时间计算每个通道的流速计算平均流速流速乘以截面积涡轮流量计当被测流体流过传感器时，在流体作用下，叶轮受力旋转，其转速与管道平均流速成正比，叶轮的转动周期地改变磁电转换器的磁阻值。检测线圈中磁通随之发生周期性变化，产生周期性的感应电势，即电脉冲信号，经放大器放大后，送至显示仪表显示。涡轮流量计具有灵敏度高，重复性好，量程比宽，准确度高的特点，从而在欧、美国家的天然气流量计量中被广泛采用。在欧洲，目前天然气流量测量中使用气体涡轮流量计的比例已达到流量仪表的40~60%；涡轮流量计在美国，仅阿卡拉公司从80年代末至90年代初，就有超过3500台气体涡轮流量计经过在线实流检定的应用报导；美国哥伦比亚气体公司已有670台气体涡轮流量计使用在大型计量站。国内的石油及石油产品以质量单位进行交接。对于以质量单位进行交接计量的石油及石油产品，如果能够直接测量油品的质量，就可减少测量环节，提高测量的准确度。质量流量计具有直接测量质量的能力，可以广泛应用于液体测量场合，近年来在石油行业使用已经相当普及。质量流量计50℃100℃科里奥利质量流量计（以下简称质量流量计）始于20世纪50年代初，直到1977年，由美国高准（MicroMotion）公司率先推出工业化产品。80年代中后期，很多公司都开发出了质量流量计。主要有：Emerson（MicroMotion）Endress&Hauser（E+H）ABBKrohneFoxbro质量流量计质量流量计Emerson质量流量计E+H质量流量计ABB质量流量计Krohne质量流量计质量流量计科氏力效应原理当某人在一个以角速度w匀速旋转的圆盘上沿轴心以速度v运动时,其受到切向的力Fc,此现象就是科氏力效应.其中,科氏力Fc的大小可通过下面公式得出Fc=-2m(wxv)在双管型质量流量计当中，入口处的分流管把流入的介质均等地一分为二，送到两根测量管中，这样保证了100%的介质流经测量管两根测量管由于驱动线圈的作用，产生以支点为轴的相对震动。当测量管中有流量时，产生如图所示的科里奥利现象。F=m*a科里奥利质量流量计的工作原理流量检测原理2.9098克/秒/微秒相位差与流量标定系数新技术发展及特点较强的适应性多参数准确测量准确度高不受介质粘度、流态等影响流量、密度、含水（中高含水）质量流量计•取样(调节)系统用于抽出,调节,传输样气到分析仪.•取样系统也包括其它功能,例如:多路样气(开关)标气控制•样气调节过程中,其组分必须被保护.•样气必须和分析仪相匹配,因此在设计一个取样系统前我们必须首先懂得分析仪.基于此,我们简单介绍一下分析仪.分析仪是一种气相色谱(GC),分析的目的是确定天然气的组成用于计算:-热值(BTU确定)-其物理特性用于修正某路天然气的流量(体积)(压缩系数,粘度,相对密度,等.)这是非常重要的,因为它直接和经济利益相关.CarrierGas注入阀SSO分离色谱柱检测器检测器出口出口天然气样气标气出口旁通载气流量计算机电子单元外部输出及数据处理单元加热炉典型的气相色谱原理图解释见下页前页图形包括以下几个过程:1.样气通过注入阀流经采样回路(吹扫模式)2.注入的样气用于分析(分离和检测)3.样气流量被SSO阀关闭.4.取样回路为环境大气压.5.样品通过载气进入注入阀,通过分离色谱柱后混合组分成为单个组份,进入检测部分(注入模式).6.样气在注入阀内流入,流出时,不通过取样回路.7.循环以上步骤.注释天然气组分分析气相色谱法具有代表性的气样和已知组成的标气，在同样的操作条件下，用气相色谱法进行分离，将二者对应的各组分进行比较，用标气的组成数据计算气样相应的组成。计算时可采用峰高、峰面积，或二者都采用。天然气技术指标项目一类二类三类高位发热量，MJ/m3＞31.4总硫(以硫计)，mg/m3≤100≤200≤460硫化氢，mg/m3≤6≤20≤460二氧化碳，%≤3.0—水露点，℃在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气的水露点应比最低环境温度低5℃注1：气体体积的标准参比条件是101.325kPa，20℃。注2：本标准实施之前建立的天然气输送管道，在天然气交接点的压力和温度条件下，天然气中应无游离水。无游离水是指天然气经机械分离设备分离不出游离水。