天然气流量计量技术发展现状与方向
  

摘 要:天然气流量计量带来的偏差,会导致天然气交易的不准确性与不公平性,对人们生活产生着巨大的影响。在分析我国天然气计量发展现状的基础上,提出了在介质压力和温度变化、外界环境温差以及人员计量技术方面存在的问题,阐述了不同天然气计量方法的工作原理,以及今后需要改进的措施和方法,天然气计量未来发展方向:天然气自动化、远程化方向转移,加大对天然气能量计量技术方面的投入,同时制定计算机远程控制管理规范。

关键字:天然气 流量 计量 存在问题 现状


随着对天然气需求量的增多,对天然气流量计算的精确度提出了更高的要求。输气公司正加大对天然气精确计量技术方面进行深入研究,控制天然气的库存量,最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,企业为了追求利益最大化,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。

1 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,将会对燃气公司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;燃气公司为了便于查表、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,不利于燃气公司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。

2 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。

3 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

4 结语

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收,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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