天然氣計量儀表課件

1、主要內(nèi)容超聲波流量計渦輪流量計質(zhì)量流量計 超聲流量計 20世紀(jì)80年代初，時差法超聲流量測量技術(shù)開始完善。90年代初，隨著電子信號處理技術(shù)的發(fā)展和多聲道流量測量技術(shù)的引入，超聲流量測量準(zhǔn)確度大大提高，開始具備非純凈流體的精確測量能力，并在大流量氣體中廣泛應(yīng)用，伴隨GB/T18604-2019的實施，我國在西氣東輸工程開始大量使用超聲流量計。90年代后期，5聲道液體超聲流量計進(jìn)入市場，開始應(yīng)用于液態(tài)烴貿(mào)易計量。經(jīng)過多年工業(yè)應(yīng)用和實踐檢驗，API于2019年10月制定了采用時差法超聲流量計測量液態(tài)烴的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)草案，2019年1月轉(zhuǎn)為正式標(biāo)準(zhǔn)API MPMS 5.8。 超聲波流量計的基本原理超聲波流

2、量計的基本原理 用于天然氣流量測量的超聲流量計使用的是時間差法。圖1 為直射式超聲流量計的工作原理示意圖。在管壁兩邊安裝一對斜角為的超聲換能器，兩個換能器同時或定時向?qū)Ψ桨l(fā)射和接收對方的超聲信號。圖1 工作原理圖襯墊材料導(dǎo)電體壓電晶體Disk耦合層殼體24V 輸入電壓輸出120 KHz 輸入120 KHz 輸出超聲波流量計探頭超聲探頭工作原理圖時間直通式原理的技術(shù)特點聲波由一個探頭發(fā)射另一個接收，不經(jīng)管壁反射聲波由上游向下游傳輸?shù)臅r間(由于聲波被氣流推動)小于聲波由下游向上游傳輸?shù)臅r間(聲波被氣流反向阻擋) 這兩個時間之差與氣流的速度存在某種對于關(guān)系 從上下游測得的傳輸時間可以計算出氣流的平均

3、速度和聲波的速度脈沖發(fā)生器接收單元檢測單元時鐘本安型傳感器信號檢測回路100 MHz 晶振 120 kHz 超聲波信號( 大大給予調(diào)節(jié)閥的干擾頻率60 kHz)時間直通式測量原理傳輸時間 .004LFlowXD傳輸時間 .007.003超聲波流量計任 意 一 對 傳 感 器t1 = Lc - v(x/L) t2 = Lc + v(x/L) LFlowXD高級超聲波流量計流量方程或流量從上述方程中求出v =L2x(t1-t2)t1t2c = L2(t1+t2)t1t2v = 流體速度c = 聲速t1 = 上游傳輸時間t2 = 下游傳輸時間2流量方程或 L ( X ) =上下游換能器之間的距離流量

4、與流體的流速和截面積有關(guān)流量=流速*截面積流速測量式中：q流體在管道中的工況流量； A管道橫截面積。由此可見，超聲流量計的測量精度取決于聲道長度L和時間測量準(zhǔn)確度。Tup = Lc - v(x/L) Tdn = Lc + v(x/L) FlowXDL/2L/2反射型超聲波流量計流量方程超聲波流量計結(jié)構(gòu) 根據(jù)換能器多少，目前氣體超聲流量計有一至六聲道流量計；根據(jù)超聲波在管壁上的反射情況，又可分為直射、單反射和雙反射三種。結(jié)構(gòu)單聲道流量計 一般都采用單反射技術(shù)，計量不確定度為: 1.02.0%。 結(jié)構(gòu)單聲道流量計一、超聲流量計的結(jié)構(gòu)插入式單聲道超聲流量計反射式或叫折射式對射式或叫直射式LFlowX

5、D結(jié)構(gòu)雙聲道流量計 Daniel 采用的是直射技術(shù)； Instromet采用的是雙反射技術(shù)； Controlotron采用的是單反射技術(shù)。 雙聲道氣體超聲流量計不確定度為1.01.5% 。結(jié)構(gòu)雙聲道流量計 結(jié)構(gòu)雙聲道流量計 結(jié)構(gòu)三聲道流量計 Instromet采用的是一個單反射和兩個雙反射技術(shù)， Controlotron采用單反射技術(shù)，不確定度為0.7 1.0% 。結(jié)構(gòu)三聲道流量計 結(jié)構(gòu)四聲道和五聲道流量計 四聲道流量計： Daniel 采用的是直射技術(shù)，不確定度為0.5%左右。五聲道流量計：Instromet公司推出產(chǎn)品，有三個聲道采用單反射技術(shù)，兩個聲道采用旋轉(zhuǎn)方向相反的雙反射技術(shù)，對旋渦

6、流的流量測量準(zhǔn)確度較高，不確定度為0.5%左右。結(jié)構(gòu)四聲道流量計 結(jié)構(gòu)五聲道流量計 結(jié)構(gòu)五聲道流量計 Faure-HermanKorohnDanielControlotron超聲流量計Daniel UltrasonicSlide 27 流體剖面特性Power law velocity profileN=5N=7N=9N=11N=15Gas velocity is a function of position in pipeV(r) = Vo (1-r/ro)1/n對不同流態(tài)的氣體進(jìn)行動態(tài)補(bǔ)償Daniel UltrasonicSlide 28將流速簡化為三個區(qū)域Profile and Area

7、RepresentationDaniel UltrasonicSlide 29每個聲道所代表的流速與平均流速的對應(yīng)關(guān)系Individual Path Velocity is Average for that PathDaniel UltrasonicSlide 30通過圓心的聲道對流態(tài)的曲解不同流體形態(tài)，測得速度卻是相同的測得的速度夸大了氣體流動的平均速度由于角度造成的錯誤Daniel Ultrasonic Slide 31平行的四聲道測量流速 每個聲道不通過圓心，減少對流態(tài)的夸大平行的四個聲道互相補(bǔ)償，有效測量流速多通道流量計算流量計算的步驟測量每個通道的聲波傳輸時間計算每個通道的速度計算平

8、均速度流速乘以截面積流量計算準(zhǔn)確的關(guān)鍵問題流量流速測量的結(jié)果對表體幾何尺寸的要求有關(guān)流體的全部計算結(jié)果取決于對聲波傳輸時間的測量傳輸時間的測量取決電子器件的性能有效消除旋渦和不對稱流的影響。Daniel UltrasonicSlide 34核心技術(shù) 1：T-Slot 型超聲波探頭TSLOT探頭的特點1，高頻率，低功耗，低電壓工作，高效，安全2，靈敏度高3，可以在線帶壓更換，更換電纜不影響工作及精度4，適用廣泛5， 結(jié)構(gòu)緊湊，插入表體淺，不易受污垢影響，壽命長計量特性專用于貿(mào)易交接高精度：精度優(yōu)于+/-0.5%,重復(fù)性優(yōu)于+/-0.2%多通道可檢測流體的多個剖面多通道提供了必要的冗余能力，獨特的

9、聲道替補(bǔ)技術(shù)使流量計在某一聲道故障的情況下，仍能基本正常工作精確的設(shè)計和在加工制造過程中的質(zhì)量控制 計量特性工作原理簡單；測量準(zhǔn)確度高，量程比大，一般都是1：20，可達(dá)到1：100；適應(yīng)性強(qiáng)，上游直管段最好2530D ，下游直管段最好10D (加流動調(diào)節(jié)器，上游最短10D ，下游5D ，加上表體約20D)；無可動部件，可直接進(jìn)行清管作業(yè)；受壓力變化影響較?。粸楦呖萍籍a(chǎn)品，各廠家的產(chǎn)品都有其獨特的專利技術(shù)，一次性投資高；多聲道，尤其是四聲道和五聲道流量計能適用多種流態(tài)；計量特性聲速,溫度,氣體運行狀況的測量是相對獨立的特別適用于高壓氣體,一般最低工作壓力為45 bar 常見流量計的直徑, 150

10、mm - 600mm (6”-36”)最高壓力可達(dá)ANSI #2500(約42MPa) 氣體超聲流量標(biāo)準(zhǔn)化 在標(biāo)準(zhǔn)化過程中，氣體超聲流量計算是比較快的。目前有AGA9號報告，ISO/TR 12765，ISO/WD 17089，我國參照AGA9號報告編寫的國標(biāo)GB/T 18604，2019年發(fā)布實施。 修訂版AGA Report No.9-2019 用多聲道氣體超聲流量計測量天然氣流量于2019年4月正式出版。 ISO TC30/SC5開始ISO/CD 17089：Part 1-2019的起草工作，2019年12月出版DIS稿。 應(yīng)用場合高級超聲波氣體流量計長輸管線集氣系統(tǒng)海洋天然氣壓氣站氣體處

11、理工廠高壓管線輸配管網(wǎng)應(yīng)用場合普通氣體超聲波流量計非貿(mào)易交接的場合比對儲氣罐的測量海洋天然氣的計量原料天然氣的測量多通道流量計算流量計算的步驟測量每個通道的聲波傳輸時間計算每個通道的流速計算平均流速流速乘以截面積 渦輪流量計 當(dāng)被測流體流過傳感器時，在流體作用下，葉輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，葉輪的轉(zhuǎn)動周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值。檢測線圈中磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電勢，即電脈沖信號，經(jīng)放大器放大后，送至顯示儀表顯示。 渦輪流量計具有靈敏度高，重復(fù)性好，量程比寬，準(zhǔn)確度高的特點，從而在歐、美國家的天然氣流量計量中被廣泛采用。在歐洲，目前天然氣流量測量中使用氣體渦輪流

12、量計的比例已達(dá)到流量儀表的4060%；渦輪流量計在美國，僅阿卡拉公司從80年代末至90年代初，就有超過3500臺氣體渦輪流量計經(jīng)過在線實流檢定的應(yīng)用報導(dǎo)；美國哥倫比亞氣體公司已有670臺氣體渦輪流量計使用在大型計量站。 國內(nèi)的石油及石油產(chǎn)品以質(zhì)量單位進(jìn)行交接。對于以質(zhì)量單位進(jìn)行交接計量的石油及石油產(chǎn)品，如果能夠直接測量油品的質(zhì)量，就可減少測量環(huán)節(jié)，提高測量的準(zhǔn)確度。質(zhì)量流量計具有直接測量質(zhì)量的能力，可以廣泛應(yīng)用于液體測量場合，近年來在石油行業(yè)使用已經(jīng)相當(dāng)普及。質(zhì)量流量計50100 科里奧利質(zhì)量流量計（以下簡稱質(zhì)量流量計）始于20世紀(jì)50年代初，直到1977年，由美國高準(zhǔn)（MicroMotion

13、）公司率先推出工業(yè)化產(chǎn)品。80年代中后期，很多公司都開發(fā)出了質(zhì)量流量計。 主要有： Emerson（Micro Motion） Endress & Hauser（E+H） ABB Krohne Foxbro 質(zhì)量流量計質(zhì)量流量計Emerson質(zhì)量流量計E+H質(zhì)量流量計ABB質(zhì)量流量計Krohne質(zhì)量流量計質(zhì)量流量計科 氏 力 效 應(yīng) 原 理 當(dāng) 某 人 在 一 個 以 角 速 度 w 勻 速 旋 轉(zhuǎn) 的 圓 盤 上 沿 軸 心 以 速 度 v 運 動 時, 其 受 到 切 向 的 力 Fc , 此 現(xiàn) 象 就 是 科 氏 力 效 應(yīng).其 中, 科 氏 力 Fc 的 大 小 可 通 過 下 面

14、公 式 得 出Fc = -2 m (w x v) 在雙管型質(zhì)量流量計當(dāng)中，入口處的分流管把流入的介質(zhì)均等地一分為二，送到兩根測量管中，這樣保證了100%的介質(zhì)流經(jīng)測量管 兩根測量管由于驅(qū)動線圈的作用，產(chǎn)生以支點為軸的相對震動。當(dāng)測量管中有流量時，產(chǎn)生如圖所示的科里奧利現(xiàn)象。 F = m * a 科里奧利質(zhì)量流量計的工作原理流量檢測原理2.9098 克/秒/微秒相位差與流量標(biāo)定系數(shù)新技術(shù)發(fā)展及特點較強(qiáng)的適應(yīng)性多參數(shù)準(zhǔn)確測量準(zhǔn)確度高不受介質(zhì)粘度、流態(tài)等影響流量、密度、含水（中高含水）質(zhì)量流量計取樣(調(diào)節(jié))系統(tǒng)用于抽出,調(diào)節(jié),傳輸樣氣到分析儀.取樣系統(tǒng)也包括其它功能,例如: 多路樣氣(開關(guān)) 標(biāo)氣控

15、制樣氣調(diào)節(jié)過程中,其組分必須被保護(hù).樣氣必須和分析儀相匹配,因此在設(shè)計一個取樣系統(tǒng)前我們必須首先懂得分析儀.基于此,我們簡單介紹一下分析儀.分析儀是一種氣相色譜(GC),分析的目的是確定天然氣的組成用于計算: - 熱值(BTU確定) - 其物理特性用于修正某路天然氣的流量(體積)(壓縮系數(shù),粘度,相對密度,等.)這是非常重要的,因為它直接和經(jīng)濟(jì)利益相關(guān).CarrierGas注入閥SSO分離色譜柱檢測器檢測器出口出口天然氣樣氣標(biāo)氣 出口旁通載氣流量計算機(jī)電子單元外部輸出及數(shù)據(jù)處理單元加熱爐典型的氣相色譜原理圖解釋見下頁前頁圖形包括以下幾個過程:1.樣氣通過注入閥流經(jīng)采樣回路(吹掃模式)2.注入的樣氣用于分析(分離和檢測)3.樣氣流量被SSO閥關(guān)閉.4.取樣回路為環(huán)境大氣壓.5.樣品通過載氣進(jìn)入注入閥,通過分離色譜柱后混合組分成為單個組份,進(jìn)入檢測部分(注入模式).6.樣氣在注入閥內(nèi)流入,流出時,不通過取樣回路.7.循環(huán)以上步驟.注釋天然氣組分分析氣相色譜法具有代表性的氣樣和已知組成的標(biāo)氣，在同樣的操作條件下，用氣相色譜法進(jìn)行分離，將二者對應(yīng)的各組分進(jìn)行比較，用標(biāo)氣的組成數(shù)