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| 超聲波天然氣計量系統(tǒng)的選型 |
| 發(fā)布時間：2017/8/8 閱讀次數(shù)：2106 次 返回 |
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隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，天然氣作為一種清潔能源，其應用范圍日益擴大。無論是自產(chǎn)天然氣、陸上引進管輸氣還是海上進口 LNG， 最終都要通過天然氣管網(wǎng)到達終端用戶。在大宗貿(mào)易中，要確保天然氣計量精度，實現(xiàn)公平貿(mào)易和合理投資; 同時，不同的國家、地區(qū)，由于歷史原因，天然氣流量儀表的選型各有不同，因此設計一 個合理的天然氣計量系統(tǒng)是極其重要的。 1天然氣計量系統(tǒng)的構(gòu)成 通常，天然氣計量系統(tǒng)主要由計量儀表、工藝系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。 計量儀表主要由流量計、配套流量計算機、溫度變送器、壓力( 差壓) 變送器及組分分析儀表等組成。組分分析儀表主要指在線或離線色譜分析儀，同時在線水露點測量儀和在線硫化氫測量儀也用于天然氣氣質(zhì)監(jiān)測，但是目前該檢測項不參與流量計算。 工藝系統(tǒng)主要由前后匯氣管和幾條并聯(lián)的 流量計測量管路組成。每條流量計測量管路由 前后截斷閥，流量計前后直管段及流動調(diào)整器 等組成。除流量計算機、在線色譜分析儀、在線水露點測量儀和在線硫化氫測量儀外，計量儀表均安裝在工藝系統(tǒng)上。另外，工藝系統(tǒng)還包 括入口壓力平衡閥、放空閥管路及前后匯氣管 上安裝的排污閥等。 控制系統(tǒng)主要完成計量系統(tǒng)上的自動閥門控制、流程切換、數(shù)據(jù)采集及計算處理等功能。計量系統(tǒng)通常不單獨配置控制系統(tǒng)，而是使用站控系統(tǒng); 利用流量計配套的流量計算機對流量、溫度、 壓力和組分信號進行采集計算，并將計量數(shù)據(jù)上 傳至站控系統(tǒng)。最后，由站控系統(tǒng)將有關(guān)計量數(shù) 據(jù)、控制數(shù)據(jù)和狀態(tài)上傳至控制中心。 2天然氣計量系統(tǒng)的選型
2. 1 流量計選型 流量計選型時主要考慮儀表性能、流體特性、 安裝條件、環(huán)境條件和經(jīng)濟因素 5 個方面。儀表 性能即流量計的優(yōu)缺點和流量計計量范圍。流體 特性主要指操作壓力、流動狀態(tài)、介質(zhì)潔凈程度和 物性參數(shù)。安裝條件、環(huán)境條件和經(jīng)濟因素需要綜合考慮。最終保證所選流量計在正常流量、壓力、溫度操作條件下，性能穩(wěn)定、計量準確。 當在高壓、大流量、大口徑(不小于DN100mm) 條件下時，宜優(yōu)先選用超聲波流量計。 在流量變化小、脈動流小、中低壓的潔凈天然氣介 質(zhì)中宜優(yōu)先選用渦輪流量計，但是渦輪流量計的儀表系數(shù)較低、分辨率低，無法應用于低流速、小口徑流量計量等條件，在使用上具有一定的局限 性，實際應用較少?？装辶髁坑嫎藴驶潭雀?，結(jié)構(gòu)簡單、牢固，可靠耐用、價格低廉，適用于低壓且流量穩(wěn)定的場合，缺點是精度不高、范圍小、安裝條件要求高、壓損大。質(zhì)量流量計指的是科里奧 利質(zhì)量流量計，其安裝固定要求較高，兩法蘭間不 允許有安裝應力，適用于中高壓、中小口徑的場 合，尤其在 CNG、LNG 計量中應用較多。旋進旋 渦流量計適用于中低壓天然氣的流量計量，對于 一些計量準確度要求較低的小型用戶，可選用旋 進旋渦流量計，特別是在小流量、壓力波動較大的 民用天然氣計量中應用較多。腰輪流量計適用于中低壓、潔凈天然氣計量，但由于其維護量大，在天然氣商業(yè)計量中應用較少。 2. 2 系統(tǒng)成橇 成橇就是將除流量計算機和組分分析儀表以 外的系統(tǒng)各種設備、儀表和管線用管架 / 管托進行 支撐并固定在一個整體的鋼結(jié)構(gòu)平臺上，這個整 體集成部分稱為計量橇。成橇商負責整個計量橇的工藝、儀表、配電及防腐等專業(yè)的安裝施工，并對各個部分進行單項性能測試和整個系統(tǒng)的聯(lián)合 測試。橇裝設備運抵現(xiàn)場后只需進行基座安裝、 上下游管道連接，外界信號電纜和配電電纜只需分別連接到橇內(nèi)接線箱、配電箱，即可投入使用。 天然氣計量系統(tǒng)成橇與否主要考慮計量精度要求、工程投資、現(xiàn)場地質(zhì)條件、成橇后的體積和運輸條件，如果條件允許則建議優(yōu)先考慮成橇的 方式設計、采購和安裝，充分發(fā)揮設備供應商的技術(shù)能力。 3超聲波天然氣計量系統(tǒng)的配置 超聲波天然氣計量系統(tǒng)的配置主要考慮 3 點: 設計負荷和計量精度要求; 我國目前和近期能 達到的校驗能力; 采購、校驗和運維成本。 3. 1 超聲波流量計口徑的選擇 超聲波流量計口徑選擇除了要考慮設計負荷 的要求外，還要考慮天然氣貿(mào)易計量量值溯源，即除節(jié)流元件的流量裝置外都需要實流校準。目前，我國開展超聲波流量計校驗的主要有隸屬國家質(zhì)檢總局和依托中石油、中石化的幾家單位。 中石油或依托中石油的 5 家單位為國家石油天然氣大流量計量站( 大慶) 、國家石油天然氣大流量計量站成都分站( 華陽) 、國家石油天然氣大 流量計量站南京分站( 龍?zhí)?/span>) 、長慶油田和北京采育天然氣流量計量檢定站。上述 5 個單位除南京分站可以滿量程標定 DN400mm 超聲波流量計外，其余站最大標定能力為 DN300mm; 除北 京采育檢定站外，其余均配備了最大標定能力為DN300mm 的移動計量車。另外，中石油已開始建設烏魯木齊、塔里木和廣州 3 家分站。 中石化籌建的兩家國家石油天然氣大流量計量站武漢、東營分站已經(jīng)開展工作。其中武漢分 站移動校驗臺位暫設在濟南( 齊河) ，并配備了移動計量車，最大標定能力 DN300mm，自 2012 年 10 月起，開始實流檢定 DN50 ~ 300mm 的超聲波流量計和渦輪流量計。 隸屬于國家質(zhì)檢總局的國家石油天然氣大流 量計量站重慶分站的天然氣實流標定能力為 DN50 ~ 300mm，但沒有配備移動式校驗裝置。內(nèi) 蒙古自治區(qū)計量測試研究院自 2011 年起開始籌 建國家石油天然氣大流量計量站。 目前，在已建成和在建的天然氣管道中使用 頻率較高的超聲波流量計口徑為 DN100mm、 DN150mm、DN250mm、DN300mm，而自西氣東輸二線開始我國才開始應用 DN400mm。因此，為方便校驗，建議優(yōu)先選取口徑不大于 DN300mm 的流量計，為方便成橇后的運輸，單橇路數(shù)也不宜 過多。 3. 2 超聲波流量計性能的選取 3. 2. 1 可參考的標準或規(guī)定 GB/T 18604-2014 建議使用氣體超聲波流量計測量天然氣流量。流量計的典型測量范圍由氣體的實際流速確定，被測天然氣的典型流速范圍 一般為0.3~30.0m/s。 GB/T 18603-2014 規(guī)定，計量站的管道內(nèi)徑 應依據(jù)最大流速(20.0m/s)進行初算。
中國石油天然氣管道工程有限公司擬定的 CDP-G-GP-IS-003-2009 /B《輸氣管道計量系統(tǒng)設計規(guī)定》指出，在選擇計量管路和流量計內(nèi)徑時，超聲波流量計按流速 20. 0m/s 進行初始計算，口徑圓整后復核設計流速宜在20.0~22.0m/s范圍內(nèi)。附錄 C 中規(guī)定，超聲波流量計的天然氣流速 按照22.0m/s計算，天然氣計量系統(tǒng)的設計能力為其最大能力的 75% ~ 85% ( 最大能力為供貨商提供的流量計的最大量程) 。這與中石油西氣東輸工程中規(guī)定的，超聲波計量管流速設計上限不宜超過25.0m/s是一致的。 表 1 的資料來源于廠家公開樣本和用戶技術(shù) 報告，其統(tǒng)計內(nèi)容僅限于用于天然氣計量的、精度不大于 ± 0. 5% 的產(chǎn)品。綜合考慮標準規(guī)范要求 和生產(chǎn)廠家的技術(shù)能力與應用經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)工程實踐中超聲波計量管流速設計上限不宜超過 25.0m/s是合理的。
4結(jié)束語 為保證計量精度與可靠性，建議天然氣計量系統(tǒng)優(yōu)先考慮整體橇裝設計，以充分發(fā)揮制造商的技術(shù)能力。計量撬設計時應預先考慮系統(tǒng)成撬 后的運輸方便性與在線校驗的可行性，單撬一般不超過 5 路，考慮到校驗的方便性，單表口徑不宜超過 DN300mm。高壓大流量天然氣計量中，超聲波流量計優(yōu)勢明顯，超聲波計量管流速設計上限宜控制在 25. 0m/s 以內(nèi)。隨著技術(shù)的進步，超聲波流量計的范圍仍有提高的潛力，應用前景將更為廣闊。
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