流量计培训天然气与煤气的流量计量及流量仪表及流量过程测量标准-课件

流量计培训天然气与煤气的流量计量及流量仪表及流量过程测量标准一、流量测量技术与流量测量仪表应用(一)蒸汽和气体流量测量技术新进展、国内外流量仪表的优势比较及选型安装调试方法(二)几种典型流体的流量测量(三)热量和冷量的计量(四)流量批量控制系统、脉动流量测量(五)提高流量测量精准度的实用方法(六)流量测量系统误差的生成与处理(七)天然气与煤气的流量计量(八)流量仪表及流量过程测量的相关国家标准、国际标准及操作规程(七)天然气与煤气的流量计量一、流量测量技术与流量测量仪表应用1、测量分类(1)精确计量。能保证在输气监测站上进行公平公正的交易,有效地管理天然气的供给和消费,控制天然气的库存量,最大限度地降低输差,幸免输气监测的争端,提高服务质量。(2)实时计量。有助于输气公司优化管线的运营,最大限度地提高系统的生产能力,对市场变化作出快速反应。(3)经济计量。符合效益最大化的经营理念的要求。天然气计量系统的投资和运行维护费用决定了天然气计量的成本。采纳先进的计量技术是降低天然气计量成本的重要途径。2、天然气流量计量的特点1)流动状态直截了当影响流量测量的精度。由用气量、阀门开关、压缩机的启停等原因都会导致天然气压力和流量的波动,尤其是管路中带有往复式压缩机,流量压力是脉动的,这对流量测量的准确性都会有影响。2)天然气的组分是变化的。不同流体的物理和化学性质对测量仪表的要求不同,而天然气是一种产自地下的混合气体,不同气田(或油气田、油田),同一气田不同区块、不同气井、不同开采时期以及在天然气处理、集输过程中,其组分都会不同或发生变化,而且天然气含水和腐蚀性组分等,都对流量测量仪表本身和修正提出了要求。2、天然气流量计量的特点(续)3)目前天然气流量测量应用最多的是标准孔板流量计,天然气流过流量计产生压力损失,力求减少流量计的压力损失或实现非接触式流量测量是发展方向。4)由于天然气的可压缩性,体积流量应规定所处状态,我国通常采纳的是所谓的工程标准状态:压力1、01325×105Pa,温度293、15K。5)天然气是易燃易爆气体,在选用配套电气仪表时必须采纳防爆型或本安型,确保测量系统乃至整个输气系统的安全。3、流量测量方法及仪表天然气流量测量方法,按测量参数可分为容积流量、质量流量和能量流量三种。能量流量测量是直截了当测量天然气发出的热量的多少,用户使用燃气与组分无关,按热量多少取费,更具有科学性和经济价值,是未来计量发展的趋势,在我国天然气计量中也尚未应用。1)差压式流量计:在目前管道天然气计量中,95%以上仍采纳标准孔板差压式流量计,通过间接测量流过标准孔板的天然气压力、差压和温度等参数,按经验公式计算出天然气体积流量。2)容积式流量计:气体腰轮流量计也称罗茨流量计,它是一种典型的容积式流量计,多用于连续测量流经管道的气体的总量(累积流量)。测量腰轮转速,即可得出单位时间内的流量,即平均瞬时流量。容积式流量计的显示值一般为工况下体积流量,换算到标准状态采纳人工计算,温度、压力值采纳长期平均值或估计值。3)速度式流量计:是以直截了当测量封闭管道中满管流流动速度为原理的流量计。包括涡轮流量计、涡街流量计、旋进旋涡流量计、超声波流量计等。由于测量到的流速是工况下的,最后显示的也是工况下的体积流量。容积式流量计是依据流过流量计的气体体积来测定其流量的,分为膜式、回转式和湿式流量计。(1)孔板流量计—

原理。是以流量守恒定律和流动连续性方程为基础,当气体流经节流装置时,流束在孔板处形成局部收缩,从而使流速增加,静压力降低,在孔板前后产生静压力差(差压),气流的流速越大,孔板前后产生的差压也越大,从而可通过测量孔板前后差压来计量天然气流量。—

优点。适用于较大口径管道的计量;结构简单,安装容易;无可动部件,性能可靠,耐用;应用历史悠久,标准规定最全;按标准制造的孔板不需要标定;价格廉价。—

缺点。压损大时不适宜长输管线计量;量程比小;前后直管段要求长,占地面积大;输出信号为模拟信号,重复性不高;对整套流量计的精度影响因素多且错综复杂,特别难提高测量精度。(2)涡轮流量计—

原理。利用气体推动流量计转子转动,通过测转子转动次数来计量气体流量。—

优点。测量精度高,一般涡轮不确定度为0、5%-1、0%,精选涡轮可达到0、25%;测量范围宽,量程比可达1:30;输出为脉冲频率信号,便于和计算机配套;结构紧凑轻巧、安装维护方便。—

缺点。有可动部件,易于损坏;抗脏污能力差,对介质的干净程度要求高。(3)超声波流量计—

原理。超声波流量计由超声波转换器将电能转换为超声波能量,以一定的方式发射并穿过被测流体,接收器接收到超声波信号,供显示积算仪显示和积算,实现流量的检测显示。—

优点。工作原理简单,有望成为基准流量计;测量精度高,可达0、5%;量程比大,一般为1:20,甚至可达1100;能实现双向流量计量;可精确测量脉动流;习惯性强,占地少;无可动部件,牢固耐用,可直截了当进行清管作业;不受压力、温度、相对分子质量、气体组分变化的影响。—

缺点。价格昂贵,只适合于大、中口径;对上下游直管段长度等有要求。超声波流量计是继孔板流量计,涡轮流量计之后第三类适用于高压、大口径、高精度的天然气流量计在美国等发达国家得到广泛应用。国内首次在大口径输气管道使用超声波流量计是在西气东输管道的天然气贸易交接中。4、流量测量仪表选择考虑因素1)、考虑因素和选择步骤要正确和有效地选择流量测量方法和仪表,必须熟悉被测对象流体特性和仪表两方面的情况。(1)确认是否真刚要求安装流量仪表假如仅希望明白流体是否在管道中流动或大约流量,那么选用流动窥视窗或流动指示器就能以较低的费用达到目的。(2)初选测量方法和仪表确定必须安装流量仪表后,首先依照流体特性采取排除法在初选表上舍去不能和不宜采纳的方法,然后选几种测量方案,作为第二步深入考虑和分析。(3)分析各因素按初选方案向仪表厂索取样本、技术数据、选用手册或使用说明书等,充分了解仪表性能规范,再分别按五个方面的问题逐一分析,列表比较。2)、性能要求和仪表规范方面的考虑测量方法确定以后,选择仪表在性能要求方面的考虑内容有:流量依然总量、精度、重复性、线性度、流量范围和范围度、压力损失、输出信号特性和响应时间等。不同测量对象有各自测量目的,在仪表性能方面侧重点不同。例如商贸核算和储运对精度要求较高;过程控制连续测量通常只要求良好的可靠性和重复性,而把精度放在次要地位。(1)测量流量依然总量管道连续配比生产或过程控制主要测瞬时流量;灌装容器、批量生产以及商贸核算储运分配等场所只要取得总量,间或辅以流量。两种不同要求,在选择测量方法上就有不同的侧重点。容积式流量计、涡轮流量计等以机械计数或脉冲频率输出,直截了当得到总量,适用计量总量,但也可输出流量信号。电磁流量计、超声流量计等是以测流体流速推导出流量,响应快,适用于过程控制。但装有积算环节也可获得总量。(2)精度整体的测量精度要求多高？在某一特定流量下使用,依然在较宽的流量范围内使用？要在什么测量范围内保持精度？所选仪表的精度能保持多久？是否易于重新校验？是否要(或能)现场在线核对仪表精度?应用在流量控制系统中,检测仪表精度的确定要在整个系统控制精度要求下进行,检测仪表确定过高的精度(0、5级)是不合理和不经济的。流量仪表的精度等级是保证在某一较宽的流量范围内,假如使用条件是在某一特定流量或特别窄的范围(例如用涡轮流量计计量油品装桶分发,只有在阀门全开下启用,流量仅在特别小范围内变化),此时使用的测量精度比规定值高。若在此测量点定点专门标定,可提高精度等级,比如说从0、5级提高到0、25级。用于商贸核算、储运和物料平衡等要求较高精度的场所,还应考虑精度的持久性,是否易于重新校验等因素,以及是否有在线用标准表或标准体积管等实现定时校验的估计性。(3)重复性重复性由仪表本身的原理和制造质量决定。严格地说,重复性是指环境条件、介质参量等不变的情况,对某一流量值短时间内同方向进行多次测量的一致性。然而实际应用仪表的重复性被许多因素如流体粘度、密度等参量变化所影响,因这些参量影响还未达到需要修正的地步,往往被误认为仪表重复性不行。(4)线性度流量仪表输出有线性和平方根二种。大部分流量仪表的非线性误差不单独列出,包含在基本误差内。关于宽流量范围脉冲输出用作总量积算的仪表,线性度是一个重要指标,线性度差就要降低仪表精度。(5)上限流量和流量范围上限流量也称满度流量。应按被测管道使用流量范围和待选仪表的上限流量和下限流量来选配仪表口径,而不是简单地按管道通径配用。尽管通常管道流体最大流速是按经济流速(例如水等低粘度液体为1、5-3m/s)来设计的,而大部分流量仪表上限流量流速接近或略高于管道经济流速,因此仪表选择口径与管径相同的机会较多。同一口径、不同类型仪表上限流量的流速受各自工作原理和结构所约束,差别特别大。以液体为例,玻璃锥管浮子流量计的上限流量流速最低,为0、5-1、5m/s;容积式流量计为2、5-3、5m/s;涡街流量计较高为5、5-7m/s;电磁流量计选择最宽在1-7m/s(甚至0、5-10m/s)。液体的上限流量还需考虑不要使仪表产生气穴现象。(6)范围度和(可调)上限范围度范围度定义为“在规定的精确度等级内最大量程对最小量程之比”,往常习称量程比。其值愈大流量范围愈宽。上限范围度定义为“最大上限值与最小上限值的比值”。线性仪表有较大范围度,一般为10:1,非线性仪表则较小,通常仅3:1(7)压力损失关于大口径流量计压力损失造成的附加能耗估计相当可观,宁可选择压损小价格贵的流量计而不采纳价廉压损大的流量计。关于高蒸汽压的液体(如某些碳氢液体)大压损使流量计下游压力降至蒸汽压会产生气穴现象,它使测量误差大幅增加甚至损坏仪表部件。(8)输出信号特性流量计的信号输出显示有几种:流量(体积流量或质量流量)、总量、平均流速、点流速。亦可分为模拟量(电流或电压)和脉冲量。模拟量输出适合于过程控制,与调节阀接配,但较易受干扰;脉冲量适用于总量和高精度测量,长距信号传输不受干扰。(9)响应时间应用于脉动流场所应注意仪表对流动阶跃变化的响应。有些使用场所要求仪表输出跟随流动变化,而另一些为获得综合平均值要求有较慢响应的输出。瞬态响应常以时间常数几毫秒到几秒,或响应频率数百赫等以下表示。配用显示仪表估计要相当大地延长响应时间。有人认为仪表流量增加和流量减小的动态响应不对称,会急剧增加测量误差。3、流体特性方面的考虑(1)流体温度和压力(2)密度(3)粘度和润滑性(4)化学腐蚀和结垢(5)压缩系数和其它参量(6)多相和多组分流(1)流体温度和压力必须界定流体的工作温度和压力,特别在测量气体时温度压力造成过大的密度变化,估计要改变所选择的测量方法。如温度或压力变化造成较大流动特性变化而影响测量性能时,要作温度和(或)压力修正。(2)密度大部分液体应用场合,液体密度相对稳定,除非密度发生较大变化,一般不需要修正。在气体应用场合,某些仪表的范围度和线性度取决于密度。(3)粘度和润滑性有些仪表性能随着雷诺数而变,而雷诺数又与粘度有关。在评估仪表习惯性时,要掌握液体的温度-粘度特性。气体与液体不同,其粘度可不能因温度和压力变化而显著地变化,其值一般较低,除氢气外各种气体粘度差别较小。因此确切的气体粘度并不像液体那样重要。粘度对不同类型流量仪表范围度影响趋势各异,例如对大部分容积式仪表粘度增加范围度增大,涡轮式和涡街式则相反,粘度增加范围度缩小。润滑性是不易评价的物性。润滑性对有活动测量元件的仪表特别重要,润滑性差会缩短轴承寿命,轴承工况又影响仪表运行性能和范围度。(4)化学腐蚀和结垢流体的化学性有时成为选择测量方法和仪表的决定因素。流体腐蚀仪表接触件,表面结垢或析出结晶,均将降低使用性能和寿命。仪表制造厂为此常提供变型产品,例如开发防腐型、加保温套防止析出结晶,装置除垢器等防范措施。(5)压缩系数和其它参量测量气体需要明白压缩系数,按工况下压力温度求取密度。若气体成分变动或工作接近超临界区,则只能在线测量密度。某些测量方法要考虑流体特性参量,如热式流量计的热传导和比热容,电磁流量计的液体电导率。28(6)多相和多组分流测量多相和多组分流动应十分谨慎对待。经验表明,单相通用流量仪表用于多组分或多相流体,测量性能会改变(或大幅度改变)。单工质流体有时也会呈现双相,例如湿蒸汽中水微粒随着蒸汽流动,环境温度或介质压力偏离原定状态,仪表就估计不习惯。测量两种或两种以上不相溶液体汇流混合液流量时,应注意存在流速不均匀,使流动成为分层或块状流等带来的问题。测量液固双相流时要了解固相含量、粒子大小和固体性质以及流动状况(悬浮流、管底流、动床流依然淤积流？)。测量气液双相流时尽估计采纳分离后分相测量,以保证获得最小测量不确定度,然而对有些场合这种方法不切实可行或不符合要求。294、安装方面的考虑不同原理的测量方法对安装要求差异特别大。例如上游直管段长度,差压式和涡街式需要较长,而容积式浮子式无要求或要求特别低。(1)管道布置和仪表安装方向有些仪表水平安装或垂直安装在测量性能会有差别。仪表安装有时还取决于流体物性,如浆液在水平位置估计沉淀固体颗粒。(2)流动方向有些流量仪表只能单向工作,反向流动会损坏仪表。使用这类仪表应注意在误操作条件下是否估计产生反向流,必要时装逆止阀保护之。能双向工作的仪表,正向和反向之间测量性能亦估计有些差异。30(3)上游和下游管道工程大部分流量仪表或多或少受进口流动状况的影响,必须保证有良好流动状况。上游管道布置和阻流件会引入流动扰动。这些影响能够以适当长度上游直管或安装流动调整器予以改善。仪表下游也要有一小段直管以减小影响。气穴和凝结常是不良管道布置所引起的,应幸免管道直径上或方向上的急剧改变。管道布置不良还会产生脉动。(4)管径有些仪表的口径范围并不特别宽,限制了仪表的选用。测量大管径、低流速,或小管径、高流速,可选用与管径尺寸不同口径的仪表,并以异径管连接,使仪表运行流速在规定范围内。(5)维护空间维护空间的重要性常被忽视。一般来说,人们应能进入到仪表周围,易于维修和能有调换整机的位置。31(6)管道振动有些仪表(如压电检测信号的涡街式、科里奥利质量式)易受振动干扰,应考虑仪表前后管道作支撑等设计。脉动缓冲器虽可清除或减小泵或压缩机的影响,然而所有仪表依然尽估计远离振动或振动源为好。(7)阀门位置控制阀应装在流量仪表下游,幸免其所产生气穴和流速分布畸变影响,装在下游还可增加背压,减少产生气穴的估计性。(8)电气连接和电磁干扰电气连接应有抗杂散电平干扰的能力。信号电缆应尽估计远离电力电缆和电力源,将电磁干扰和射频干扰降至最低水平。(9)防护性配件有些流量仪表需要安装保证仪表正常运行的防护设施。例如:跟踪加热以防止管线内液体凝结或测气体时出现冷凝;液体管道出现非满管流的检测报警;容积式和涡轮式仪表在其上游装过滤器,等等。(10)脉动流和非定常流常见产生脉动的源有定排量泵、往复式压缩机、振荡着的阀或调节器等。325、环境条件方面的考虑(1)环境温度环境温度超过规定要影响仪表电子元件而改变测量性能,因此某些现场仪表需要有环境受控的外罩;假如环境温度变化要影响流动特性,管道需包上绝热层。此外在环境或介质温度急剧变化的场合,要充分估计仪表结构材料或连接管道布置所受的影响。(2)环境湿度高湿度会加速仪表的大气腐蚀和电解腐蚀,降低电气绝缘;低湿度容易感生静电。(3)安全性应用于爆炸性危险环境,依照气氛习惯性、爆炸性混合物分级分组、防护电气设备类型以及其他安全规则或标准选择仪表。若有化学侵蚀性气体,仪表外壳应具有防腐性和气密性。某些流程工业要定期水冲洗整个装置,因此要求仪表外壳防水,需用尘密防喷水级IP65,甚至尘密防强喷水级IP66或尘密防侵水级IP67。(4)电磁干扰环境应注意电磁干扰环境以及各种干扰源,如:大功率电机、开关装置、继电器、电焊机、广播和电视发射机等。336经济方面的考虑(1)安装费用安装费应包括作定期维护所需旁路管和运行截止阀等辅助件的费用。(2)运行费用流量仪表运行费用主要是工作时能量消耗,包括电动仪表电力消耗或气动仪表的气源耗能;以及测量过程中推动流体通过仪表所消耗的能量,亦即克服仪表因测量产生压力损失的泵送能耗费。泵送费用是一个隐蔽性费用,往往被忽视。(3)校准费用定期校准费用取决于校准频度和所校准仪表精度的要求。为了经常在线校准石油制品储存交接贸易结算用仪表,常在现场设置标准体积管式流量标准装置。(4)维护费用维护费用是仪表投入运行后保持测量系统正常工作所需费用,主要包括维护劳务和备用件费用。34流量仪表的校验校验方法分为三种:直截了当测量法间接测量法综合测量法351直截了当测量法将被测量与同种类的标准量进行比较的测量方法。仪表在流量标准装置上进行校验,装置上有流量标准(标准量)能够进行比较。目前大多数流量计都是用这种方法校验,如容积、电磁、涡轮、涡街、超声、质量流量计等。这种方法亦称实流校验,湿式校验等。362间接测量法通过对与被测量有函数关系的其它量进行测量以得到被测量的方法,节流式差压流量计采取检验节流装置的几何尺寸及与流体有关的参数计算得流量值就是一种间接测量法,有时亦称干式校验。3综合测量法大流量、特别介质流量和特别状态下流量等难以用直截了当或间接法测量,这时可采纳相似模型先作模拟实流校验,然后用相似原理予以推算。五、天然气计量发展趋势(1)计量方式由体积计量向能量方式转变天然气的能量计量是在体积测量的基础上,再配备天然气发热量的测量装置。在天然气贸易计量中,以能量的方式进行结就是最公平的方法。随着社会主义市场经济的完善和我国加人WTO,在我国天然气贸易计量中实行能量计量势在必行。(2)计量技术的自动化、智能化和远程化关于整个天然气计量系统,流量计只是提供气体测量数据系统的一部分,除此之外,还有能提供补充测量数据的辅助仪表系统(如压力传感器、温度传感器、气体密度计、气相色谱仪等),以及能按标准程序记录、储存和传输测量数据的计算数据收集和传输系统,甚至计算机网络。天然气计量已逐步向在线、实时、智能、实流检定发展,同时依靠网络技术实现远程化通讯、控制和管理,如SCADA系统的应用和智能涡轮流量计系统。(3)计量仪表的多元化。过去流量仪表选型比较单一,近几年随着对流量计的研究和开发,不同的流量计有不同的特点和习惯范围,流量仪表选型由此呈现从单一仪表向多元化仪表方向发展。如,对中低压、中小流量可选择智能型速度式流量计(涡轮、漩进旋涡流量计);对高压、大流量可选择气体超声流量计。近期,又出现了一种新型流量计———内文丘利管,它可适合流量变化范围大的中低流量工况。(4)计量标准体系的完善。我国天然气计量标准不断发展、丰富和完善,结合国外标准后我国流量计量标准已基本构成完整的体系,正逐步由单一标准向多重标准发展。一、流量测量技术与流量测量仪表应用(一)蒸汽和气体流量测量技术新进展、国内外流量仪表的优势比较及选型安装调试方法(二)几种典型流体的流量测量(三)热量和冷量的计量(四)流量批量控制系统、脉动流量测量(五)提高流量测量精准度的实用方法(六)流量测量系统误差的生成与处理(七)天然气与煤气的流量计量(八)流量仪表及流量过程测量的相关国家标准、国际标准及操作规程(八)流量仪表及流量过程测量的相关国家标准、国际标准及操作规程一、流量测量技术与流量测量