天然氣大流量計量選型及使用方法研究

前言：隨著男內能源結構的調整，傳統的以工業煤為主導的能源正在向多層次多種類的方向調整，工業煤在能源中所占的比重逐年下降。近年來國內在能源和資源的開發利用及國內合作中，對于大口徑、大流量流量計標準裝置的需求十分突出。計量交接逐步發展為集中式、大口徑、高氣量的貿易交接方式，大流量天然氣的計量方式也已由單一的孔板流量計發展到孔板、渦輪、超聲流量計共用的格局。綜合分析現有的天然氣大流量計量方式，對比研究孔板、渦輪以及超聲流量計的優缺點，得出流量計在大流量計量方面的適用性以及流量計的發展趨勢，以達到合理有效地使用各類計量儀表的目的，提高天然氣的交接計量精確度。

 

0 引言

近幾年，國內天然氣產量增長較快，流量計量在國民經濟中的作用也更加明顯。隨著西氣東輸三線、四線的動工，預計到到2019年，這2個管線建設以后，初步形成的天然氣管網輸氣能力將達800多億m3。同時，天然氣在一次能源結構中的比重也在加大，預計到2015年前后，國內天然氣的利用在能源結構中所占比例將達到10%以上。

 

據統計，2008年國內用于天然氣計量的器具為900多臺，預計2015年將可能達到2300多臺。從整體上來看，在流量計使用上，20世紀70年代形成了孔板使用高峰期，20世紀80年代形成了渦輪流量計使用的高峰期，20世紀90年代中后期則形成了使用超聲流量計的高峰期。

 

1 天然氣流量計計量類型

在大流量計量方面，目前國內外采用的流量計主要有3種類型：超聲流量計、渦輪流量計和孔板流量計。

 

1.1 超聲流量計

氣體超聲流量計的應用始于20世紀90年代，以前主要是用于液體測量，在超聲流量計應用于氣體測量上，由于氣體聲阻抗大，氣體聲能衰減大這個課題一直未能得到很好的解決，氣體超聲的發展由此受到限制。20世紀80年代以來，隨著高速數字信號處理技術和的壓電陶瓷技術的發展，氣體超聲流量計測量天然氣技術有了突破性進展。

 

超聲流量計根據換能器數量分類，目前氣體超聲流量計有一至六聲道流量計；根據超聲波在管壁上的反射情況，又可分為直射、單反射和雙反射3種。目前，超聲波流量計一般都采用單反射技術，計量不確定度為1.0%～2.0%。圖1中，五聲道超聲流量計有3個聲道采用單反射技術，2個聲道采用旋轉方向相反的雙反射技術，對旋渦流的流量測量準確度較高。

 

1.2 渦輪流量計

在歐洲和美國，渦輪流量計是繼孔板流量計之后的二個法定天然氣流量計，已經發展為多品種、全系列、多規格，批量生產規模的天然氣流量計。渦輪流量計在用量上是僅次于孔板流量計的天然計量儀表，僅荷蘭在天然氣管線上就采用了2600多臺各種尺寸儀表。

 

圖1 五聲道超聲流量計結構圖

渦輪流量計由渦輪流量傳感器及與之配套的計算儀表構成。主要研究工作集中于渦輪流量傳感器本身和其信號的處理方法。Shafer、Furness、Baker、Da-vid曾分別對渦輪流量傳感器研究工作進行過總結，提供了非常有價值。

 

為了提高渦輪流量計的計量性能和適應性，不同廠家都對渦輪進行了改進，目前有如下產品：雙葉輪，提高渦輪的可靠性；鋁合金葉輪，提高渦輪的靈敏度和抗沖擊能力；一體化整流器，提高渦輪的準確度和和抗沖擊能力；密封式軸承，提高渦輪的抗臟污能力。

 

1.3 孔板流量計

孔板流量計是在20世紀初即使用的天然氣流量測量儀表，經過1個世紀的發展過程，它已經是國內外研究得早、細，使用經驗豐富，試驗數據多，標準化程度高的計量儀表。據估計，國內約占60%，國內占80%以上，數據點多（16000多個），不過隨著超聲流量計在國內的逐漸使用，孔板流量計所占比例有所下降。

 

目前，眾多新型流量計的出現對孔板流量計形成了嚴峻的挑戰，為著保持其主導地位，其功能在積極地完善著，現列舉如下：

 

（1）孔板流量計配套的二次儀表部分。差壓變送器和流量計算機在微電子技術、計算機技術、新材料、新工藝的迅速發展下，性能及可靠性顯著提高。

 

（2）定值節流件的采用。定值節流件是指對每種通徑測量管道配以有限數量的節流件。節流件的p值（直徑比）則按優先數系選用，節流件實現批量生產，降低生產成本，為擴大使用創造條件，給用戶帶來方便等。

 

2 優缺點對比

各種流量計的分析、對比結果如表1所示。表1中，D為管徑，ρ為管道輸送介質的密度，C為壓力損失系數。

 

表1 流量計比較表

 

3 實用性分析

天然氣計量儀表的選用*先要遵循一個基本的原則，就是所選用的計量儀表一定能夠滿足和用于現場實時計量。在選用流量計之前，*先需要摸清用戶近期和遠期的用氣情況，每日調峰和季節性調峰多少及現場的實際工藝情況，然后才可以確定選用何種流量計，從而確定所選儀表的規格、型號。具體需考慮的因素以及各流量計的性能對比如表2和表3所示。

表2 天然氣流量計選型依據

 

表3 流量計性能比較表

 

通過以上比較及目前的發展趨勢可以看出，氣體超聲流量計將是未來天然氣大流量交接計量儀表的主流。使用氣體超聲流量計測量天然氣流量，尤其是在高壓大流量貿易交接計量的場合，有較高的技術經濟效益。多聲道超聲流量計己被氣體工業界所接受，可在天然氣貿易交接計量中應用。目前，己部分取代了孔板流量計、渦輪流量計等傳統的氣體流量計量技術。超聲流量計解決了大管徑、大流量及各類明渠、暗渠測量困難的問題。

 

目前，國內外在對渦輪流量計用于天然氣測量的選用比例上也在不斷上升。由于其具有高精度和寬量程等諸多優點，在國內成為對中低流量和城市燃氣調峰計量的**儀表。

 

孔板差壓流量計的結構簡單、壽命長、成本低等特點更適合國情，而且使用量仍占80%以上。采用的智能變送器、網絡通信技術、數字信號處理技術，計算機技術、現代控制技術等進行技術改造，是孔板差壓流量計的發展方向。

 

4 結束語

預計到2016年前后，國內天然氣的利用將在能源結構中所占比例達到10%以上。因此，努力搞好天然氣計量工作尤為重要。其意義體現在：搞好天然氣的精確計量有利于以天然氣為原料的化工企業分析原因，改進工藝流程更新設備，達到節能降耗的目的；為在計量上與國內接軌創造有利條件；為計量交接雙方提供公平合理的計量數據。

 

天然氣計量技術發展趨勢：智能式流量計的發展，微型、微功耗計算機在流量計二次儀表的使用，可利用校準技術提高流量計的準確度和拓寬量程；大流量計量將使用工作原理簡單、受安裝和環境條件影響小、準確度高的流量計；各種類型的流量計有其工作原理和計量特性，在不同工作條件下使用不同工作原理的流量計；在國內，超聲流量計、渦輪流量計及孔板流量計將在大中流量計量中成為主流流量計。小口徑超聲、腰輪等寬量程流量計將在用量波動大的民用氣計量中發揮作用。潤中儀表科技有限公司**從事流量計的研發與生產多年，在孔板流量計、渦輪流量計等用于天然氣測量的方面有著突出的表現，更多關于天然氣選型可以點擊http://www.zintuition.com/llyb/wolunliuliangji/2015/0104/433.html