氣體超聲流量計(jì)的實(shí)流標(biāo)定與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

作者： 2013年07月22日 來源： 瀏覽量：
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摘要在天然氣現(xiàn)場(chǎng)存在許多影響貿(mào)易結(jié)算精度的因素。這些影響并非依照計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的需求能予以控制，如：氣質(zhì)條件或安裝情況的影響。于是一些新型流量計(jì)（如超聲流量計(jì)）便應(yīng)運(yùn)而生并已在標(biāo)定站進(jìn)行了檢測(cè)。通過中國石油
    摘 要 在天然氣現(xiàn)場(chǎng)存在許多影響貿(mào)易結(jié)算精度的因素。這些影響并非依照計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的需求能予以控制，如：氣質(zhì)條件或安裝情況的影響。于是一些新型流量計(jì)（如超聲流量計(jì)）便應(yīng)運(yùn)而生并已在標(biāo)定站進(jìn)行了檢測(cè)。通過中國石油工業(yè)天然氣流量計(jì)量站天然氣實(shí)流測(cè)試與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，證明超聲流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度可優(yōu)于±0.5%，具有準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好、量程比寬、抗干擾能力較強(qiáng)、維修量小，可測(cè)雙向流等特點(diǎn)。
　　主題詞 臨界流文丘利噴嘴 實(shí)流測(cè)試 超聲流量計(jì) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
　　Abstract On the site of natural gas trading, many factors may influence the precision of settlement. These factors such as gas quality ａnd installation are often beyond the control of the requirements of metering calibration. Some new-type flowmeters like ultrasonic flowmeters have been tested at verification stations ａnd used at metering stations. It has been proved that the accuracy of measurement of ultrasonic flowmeters is higher than ±0.5%, with such strong points as high accuracy, good repetitivity, broad range ratio, strong anti-interference, small amount of maintenance, ａnd measurement of two-way flow.
　　Subject Headings Venturi nozzle for critical flow, Actual flow test, Ultrasonic flowmeter, Field application

天然氣計(jì)量系統(tǒng)與現(xiàn)狀

　　目前，在中國天然氣計(jì)量系統(tǒng)中以孔板流量計(jì)為主。眾所周知，孔板流量計(jì)由節(jié)流裝置、導(dǎo)壓管路系統(tǒng)、差壓計(jì)組成。其特點(diǎn)是量程比小，壓損大，對(duì)脈動(dòng)流很敏感，不可以測(cè)雙向流等。雖然孔板流量計(jì)已有上百年的歷史，但由于計(jì)量?jī)x表誤差（節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用條件不符合ISO5167-1[1]的要求，或者儀表選擇不當(dāng)）以及使用條件變化帶來的誤差（較長時(shí)間內(nèi)，流量的變化超出了所選儀表的測(cè)量范圍，或者脈動(dòng)流的產(chǎn)生），往往使孔板流量計(jì)的精度不能優(yōu)于±1.5%。盡管ISO/TR3313[2]已對(duì)脈動(dòng)流的抑制及誤差估 計(jì)提供一些數(shù)據(jù)供用戶使用參考，但要應(yīng)付現(xiàn)場(chǎng)的需要仍有很多不足之處：①現(xiàn)場(chǎng)的阻流件類型遠(yuǎn)多于標(biāo)準(zhǔn)中提供的，并且阻流件的組合形式千變?nèi)f化，因此現(xiàn)場(chǎng)仍有些問題有待解決（如旋風(fēng)分離器、匯管在標(biāo)準(zhǔn)中就沒有規(guī)定）；②試驗(yàn)研究需花費(fèi)大量的人力、物力；③采用整流管以縮短直管段長度會(huì)帶來附加壓損，同時(shí)也會(huì)增加使用維護(hù)工作量?？装宀贿m于測(cè)脈動(dòng)流，因差壓信號(hào)與流量為非線性關(guān)系，引壓管線使信號(hào)遲滯及畸變，節(jié)流件對(duì)脈動(dòng)波產(chǎn)生障礙形成波的反射等[3]。由于上述影響孔板流量計(jì)貿(mào)易結(jié)算精度的因素多，造成天 然氣輸送計(jì)量誤差達(dá)2%以上。如何改善與提高天然氣計(jì)量系統(tǒng)的精度是業(yè)內(nèi)人士普遍關(guān)心的問題，并相應(yīng)開發(fā)了大量的新型流量計(jì)。在諸多流量計(jì)中，通過中國天然氣流量計(jì)量站（以下簡(jiǎn)稱計(jì)量站）天然氣實(shí)流測(cè)試與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，證明超聲流量計(jì)、智能型旋進(jìn)旋渦流量計(jì)效果較好，值得推廣使用。

天然氣流量計(jì)量站概況

　　中國石油工業(yè)天然氣流量計(jì)量站是亞洲投資規(guī)模最大的天然氣計(jì)量站，擁有質(zhì)量一時(shí)間法（mt）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)（其不確定度0.1%）和臨界流文丘利噴嘴次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)（其不確定度0.25%）。標(biāo)定壓力范圍：0.2～3.8MPa，標(biāo)定工況流量范圍：5～6000m3/h。管徑范圍：DN25～DN400。迄今為止，對(duì)美國、荷蘭、德國、新加坡、中國等國各種流量計(jì)進(jìn)行了實(shí)流標(biāo)定與比對(duì)，積累了數(shù)萬個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

氣體超聲流量計(jì)的實(shí)流標(biāo)定與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

1 實(shí)流標(biāo)定

　　計(jì)量站用不確定度為0.25%的臨界流文丘利噴嘴作流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，按AGA.NO.9［4］報(bào)告草案并結(jié)合JJGl98-94檢定規(guī)程[5]分別進(jìn)行了以下不同測(cè)試：①不同聲道（五、四、三、二、一）；②不同管徑（DN300、DN150）；③不同安裝條件（理想管路條件、非理想管路條件；"理想條件"是指安裝條件較理想，如170D以內(nèi)無彎頭，無過渡部件，無阻力件等。流場(chǎng)較穩(wěn)定，如無脈動(dòng)流，無旋渦流；"非理想條件"是指在超聲流量計(jì)上游13D前人為加入阻力件、雙彎頭、T形彎頭、伸縮器、匯管等）；④不同安裝方向（流量計(jì)正、反向安裝，聲道水平、垂直安裝）；⑤不同壓力（2.0MPa、1.2MPa、0.8MPa）。
　?。?）超聲流量計(jì)適宜于高壓、大口徑、大流量工況條件，但對(duì)小流量尤其是拐點(diǎn)（最大流量的10%，用Qt表示）以下流量段應(yīng)慎用（見圖1）。

圖1 12"Q.Sonic-5S超聲流量計(jì)理想管路后和非理想管路后測(cè)試結(jié)果比較（標(biāo)況）
說明：雙彎頭后測(cè)試中，除流量為240m3/h時(shí)，其相對(duì)示值誤差為1.45%外，其余各點(diǎn)都在指標(biāo)內(nèi)。
（2）超聲流量計(jì)的計(jì)量不受氣體流向的影響，能以相同準(zhǔn)確度進(jìn)行雙向流量計(jì)量（見圖2）。

圖2 12＇＇4S超聲流量計(jì)理想管路下正、反向流量示值誤差比較圖（流量計(jì)系數(shù)0.9962）

（3）對(duì)同一生產(chǎn)廠家的超聲流量計(jì)，聲道數(shù)越多，流量計(jì)量準(zhǔn)確度越高，性能越可靠（見表1）。

表1 相同條件下聲道數(shù)對(duì)超聲流量計(jì)的影響
序號(hào)
聲道數(shù)
安裝條件
Qt以上
Qt以下
相對(duì)示值誤差（%）
重復(fù)性（%）
相對(duì)示值誤差（%）
重復(fù)性（%）
1
五聲道
理想條件
-0.32
0.16
-0.64
0.30
2
三聲道
理想條件
-0.38
0.20
0.93
0.26
3
雙聲道
理想條件
-0.65
0.39
-0.77
0.26
4
單聲道
理想條件
0.96
0.44
-1.14
0.48
　　（4）超聲流量計(jì)的出廠檢定與實(shí)流標(biāo)定之間存在一系統(tǒng)誤差，出廠干檢法檢定合格需經(jīng)實(shí)流校準(zhǔn)，有時(shí)由于安裝造成的誤差可能超過0.3%。如4S超聲流量計(jì)其出廠時(shí)流量系數(shù)定為0.9962，在理想管路測(cè)試能保證精確度優(yōu)于±0.5%，但在非理想管路條件下實(shí)流校準(zhǔn)設(shè)置的參數(shù)，在"理想管路條件"2.0MPa與0.7MPa壓力測(cè)試時(shí)，偏差大于AGA.NO.9關(guān)于管路安裝影響不大于0.3%的規(guī)定，因此應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況條件進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定（見圖3）。

圖3 理想管路條件下流量系數(shù)調(diào)整前、后測(cè)試結(jié)果比較圖

　　（5）DN300三聲道超聲流量計(jì)在"非理想管路條件"下和同等條件下的四聲道流量計(jì)測(cè)試結(jié)果可以看出，在流量計(jì)聲道出現(xiàn)故障時(shí)，能有效進(jìn)行診斷和補(bǔ)償（見圖4）。

圖4 超聲流量計(jì)非理想管路條件下0.8MPa壓力三聲道、四聲道工況流量相對(duì)示值誤差圖（流程二，流量計(jì)系數(shù)=0.9962）

　?。?）超聲流量計(jì)在"理想管路條件"下（超聲流量計(jì)上游直管段170D，下游直管段15D）2.0、1.2、0.8MPa壓力下，工況流量示值相對(duì)誤差略有不同，但流量相對(duì)示值誤差、重復(fù)性和峰間誤差均符合AGA.NO.9號(hào)報(bào)告要求，詳見圖5。說明在超聲流量計(jì)入口無旋渦流，脈動(dòng)流情況下，在正常工作壓力范圍內(nèi)，能保證精度優(yōu)于±0.5%。

圖5 超聲流量計(jì)理想管路條件正向流不同壓力工況流量相對(duì)示值誤差圖（流量計(jì)系數(shù)=0.9962）

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

　　本測(cè)試中的DN300五聲道超聲流量計(jì)與DN300 4S超聲流量計(jì)均在青白江站進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，并與孔板流量汁進(jìn)行了在線比對(duì)。實(shí)驗(yàn)管路的工作壓力約0.9MPa（表壓），流量約為160萬方/日（約相當(dāng)于6000m3/h）；同時(shí)另一臺(tái)DN500 5S氣體超聲流量計(jì)和DN150單聲道氣體超聲流量計(jì)分別在北京集輸公司和四川德陽進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用；另外，氣體超聲流量計(jì)在克拉瑪依、長慶油田等均進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用[6]，結(jié)果共同表明其性能穩(wěn)定、可靠，能適應(yīng)壓力、流量具有一定波動(dòng)幅度的工況條件，流量計(jì)算機(jī)能自動(dòng)顯示瞬時(shí)流量、累積流量、壓力、溫度等各種參數(shù)，具有無壓損、可測(cè)脈動(dòng)流、自動(dòng)化程度高、現(xiàn)場(chǎng)使用操作簡(jiǎn)便、故障自診斷能力強(qiáng)、測(cè)量范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

結(jié)　　論

　　對(duì)大口徑、高流量的計(jì)量系統(tǒng)宜采用超聲流量計(jì)
　　超聲流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度可優(yōu)于±0.5%，其具有準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好、量程比寬、抗干擾能力較強(qiáng)、維修量小、可測(cè)雙向流等特點(diǎn)。為保證計(jì)量系統(tǒng)精度，在現(xiàn)場(chǎng)使用前須經(jīng)實(shí)流測(cè)試校準(zhǔn)，在Qt以下流量段應(yīng)慎用。

參考文獻(xiàn)

1 ISO5167-（1991）Measurement of Fluid Flow by mean of Orifice plates, No33Lesand Venturi Tubes Inserted in Circular cross-section Conduits Running Flull 1990
2 ISO/TR 3313 Measurement of Plusating Fluid Flow in a pipe by mean of Orifice plates, No33LS Or Venturi Tubes 1992
3 孫淮清 氣體超聲流量計(jì)與孔板流量計(jì)在天然氣工業(yè)中應(yīng)用的比較 石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，1998，6
4 中華人民共和國國家計(jì)量檢定規(guī)程匯編（三） 北京：中國計(jì)量出版社，1995，2
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