高压天然气流量标定装置-压缩版

上海工业自动化仪表研究所SHANGHAIINSTITUTEOFPROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATIONCALIBRATIONUNDERHIGHPRESSUREFORNATURALGASFLOWMETERS天然气流量仪表上海的天然气应用概况目前上海的天然气总用量约为每年20亿立方米。到2021年上海世博会期间，上海天然气年用量为55～60亿立方米。届时天然气的用量将从占能源总量的3%提高到7%，上海居民都可用上天然气。在上海，每增用10亿立方米天然气就可少用51万吨标准煤的能源；每万元GDP能耗下降0.4%。上海天然气的三个来源西气东输：到2021年西气总供给量可达120亿立方米，上海目前仅得到10亿立方米，到2021年可达20亿立方米。而在规划期间，中石油承诺到2021年供给70亿立方米。东海平湖天然气：每年可稳定供气6亿立方米。进口液化天然气〔LNG〕：在建的马来西亚LNG进口工程将在2021年开始供气，初期每年110万吨，2021年可达300万吨〔相当于40亿立方米〕。合同期为25年。即使方案全部实现，上海的天然气供给形势仍非常严峻，供需双方斤斤计较不可防止。天然气流量计量的准确性将是供需双方最关心的问题。全国各城市的供气情况大致相同。西气东输二期工程将于2021年开工，中亚天然气管道将汇入新疆西气管网。2021年完工时可供气年300亿立方米；四川天然气将进入上海，届时可望供给情况有较大改善。LNG运输船西气东输场站精确贸易计量对流量仪表的要求：制造商应提供稳定可靠的流量计；流量计出厂前应精确标定；流量计在使用过程中应保持准确。ProficiencyFlowMeasurementandCustodyTransfer在常压下标定的流量计能否用于高压应用场合？06506500Q－m3/h0＋1＋2－1－21020100%被测仪表：涡轮流量计TRZ/G4000/DN300试验地点：Dordrecht,NMi常压2MPa资料提供：F.Winkler〔德国〕04004000Q－m3/h0＋1＋2－1－21020100%被测仪表：涡街流量计WBZ/G2500/DN250试验地点：Bergum常压1.2MPa800资料提供：F.Winkler〔德国〕被测仪表：气体超声流量计中石油西南油气分公司和计量站〔成都〕提供被测仪表：气体超声流量计中石油西南油气分公司和计量站〔成都〕提供涡轮流量计的最小流量将随使用压力的增加而向下延伸，性能改进。QminHD=高压下的最小流量〔m3/h)Qmin=标定条件下的最小流量〔m3/h)dv=燃气比重〔天然气约为0.65〕p=参比压力〔绝对压力bar〕涡轮涡街超声三种天然气流量仪表的计量性能都在不同程度上受工作压力的影响，而且受影响的表现有相似的趋势。WHY?天然气流量仪表在高压下标定的需求在常压下标定的天然气流量计在高压下性能有变化；广泛应用的涡轮流量计明显受压力影响；天然气的价格越来越昂贵，供需双方计较计量精度；世界天然气工业呼吁新的计量法规和相应技术；欧洲标准EN12261明文规定涡轮表应在高压下标定；欧标EN12261已经于2003年正式执行；世界上各种原理的高压装置建立已成趋势；我国的相关计量法规必然与国际接轨；在我国建立低本钱高压装置的时机已经到来。气体涡轮流量计的压力影响德国DieterSchmittner的研究结论*涡轮流量计的高压影响取决于雷诺数和设计，压力影响与使用介质的组分几乎无关；涡轮流量计的精密加工是必须的；常压标定的性能必须是优异的；在工作压力下标定，使误差调整趋于零；仅有优良的设计和加工还不够，仪表的安装影响同样不可无视。*TheHigh-PressureBehaviorofTurbineGasMeters2006年的一篇重要论文-----德法美三国临界流文丘里喷嘴天然气和空气比对试验，符合度在0.05%以内PTB德国技术物理研究院NIST美国标准技术研究院BNM-LNE-LADG法国国家计量院天然气试验室CFV仅可用于湍流状态，流出系数随雷诺数变化而改变几何尺寸测量的理论曲线与试验曲线十分接近

天然气和空气的试验结果仅差0.05%可喜的结论：空气和天然气标定相差甚微需要澄清的概念天然气的组分测量重要吗？重要，对于确定天然气的物性十分重要。不重要，对于天然气流量计的标定，组分影响很小。标准和技术标准的逐步升级关于天然气流量仪表的有压标定AGA-7号报告〔涡轮，1996年〕：制造商可在出厂前以压力低于100psig〔0.69MPa〕的空气对多数涡轮流量计进行标定；必要时进行工况压力下的标定。AGA-9号报告〔超声〕：最好进行工况压力下的实流标定；原因是很多制造商仅在工厂进行静态标定。EN12261〔涡轮，2003年〕：当工作压力高于0.4MPa时，同时在用户要求和制造商明示时，气体涡轮流量计应在高压下标定。欧洲MID〔检测仪表指令，2021年〕：当工作压力高于0.4MPa时，气体涡轮流量计必须在高压下标定。欧洲标准EN12261已经于2003年付诸实施。欧洲标准EN12261中的计量要求局部将于2021年列入相应的测量仪表指令MID，成为强制性法规。MID:MeasurementinstrumentDirective重要信息欧洲标准EN12261的有关规定Iftestsatmorethanonepressurearecarriedout,thedifferencebetweentheresultsofthetestsbetween0.25QmaxandQmaxshallnotexceed0.5%formeterswithDN>100or1.0%formeterswithDN≤100.如果在多于一个压力下进行，对于公称口径大于100的流量计，在0.25Qmax和Qmax之间的所有结果间的差不得大于0.5%；对于公称口径小于等于100的流量计，在0.25Qmax和Qmax之间的所有结果间的差不得大于1.0%。0.25QmaxQmax1.0%(DN≤100)0.5%(DN>100■Pressure1■

Pressure2欧洲标准EN12261的有关规定Forametertypespecifiedformeasurementinapressurerangebeloworequalto4bartheerrorofindicationtestshallbecarriedoutwithagasatatmosphericconditions〔±100mbar〕.对于特定在低于或等于4bar压力范围内测量的仪表，其示值误差试验须用在大气压条件下的气体进行。欧洲标准EN12261的有关规定Forametertypespecifiedformeasurementinapressurerangeextendedabove

4bartheerrorofindicationtestshallbecarriedoutwithagasintherangeofthespecifiedmeteringconditions.Thetestsshallbecarriedoutatleastatthelowestandthehighestworkingpressurespecifiedbythemanufacturer.However,forspecifiedmaximumpressureabove50baratestat50barisdeemedacceptable.对于特定在高于4bar压力范围内测量的仪表，其示值误差试验应用在测量条件下进行。试验至少须在制造商明示的最低压力和最高压力下进行。然而，当明示的最高压力高于50bar时，在50bar下的试验是可以接受的。欧洲标准EN12261的有关规定—附录E〔normative〕每台仪表出厂前试验的计量要求〔特定的仪表试验〕E.2.1标准对于用户指定的用于最低压力低于或等于4bar时，须进行大气压条件下〔±100mbar〕的试验〔节录〕。对于用户指定的用于高于4bar的压力时，须进行一个或多于一个的试验。如果用户指定工作压力的上限低于或等于用户指定工作压力范围下限的4倍时，仅需进行一个在Ptest下的试验；这时可以认为在工作压力范围0.5Ptest到2Ptest之间仪表可以满足计量性能的要求〔节录〕。续下页Ptest=特定试验时的试验压力，以表压表示。例1：〔仅需一个试验〕如果用户指定的工作压力为5bar，仪表应在5bar下试验，这时仪表适用于2.5bar至10bar之间。例2：〔仅需一个试验〕如果用户指定的工作压力为15bar至35bar，仪表在20bar下试验，这时仪表适用于10bar至40bar之间。续下页适用压力范围2.5barPtest=5bar10barPtest=20bar10bar40bar15bar35bar用户指定压力范围适用压力范围如果用户指定的工作压力上限高于工作压力下限的4倍，须进行在Ptest-min和Ptest-max两个试验。这时可以认为在压力范围0.5×Ptest-min至2×Ptest-max内仪表可满足计量要求。Ptest-min,Ptest-max为特定试验压力，以表压表示。例3：〔需要两个试验〕如果用户指定的工作压力为3bar至15bar，这时需要做两个试验。然而，有多于一个的方法可以满足这些条件；如果在Ptest-min=4bar和Ptest-max=8bar下试验，这时仪表适用于2bar至16bar之间。如果被告知仪表通常运行在10bar，试验应在Ptest-min=4bar和Ptest-max=10bar下进行。这时仪表适用于2bar至20bar之间。适用压力范围2bar4bar20bar16bar10bar8bar用户指定压力范围3bar15bar在型式试验中，必须进行在制造商明示的特定压力下的试验。如果用户在定货时通知制造商仪表的常用压力或压力范围，仪表出厂前必须进行在相应压力下的试验。有压试验的目的是，取得仪表运行在相应压力下的加权平均误差，并且在出厂前将仪表的误差调整为趋近于零。欧洲标准EN12261的有关压力试验的要点高压气体流量标准装置的溯源音速喷嘴法标准装置涡轮表法标准装置Mt法基准pVTt法基准体积管基准其他标准表法标准装置质量，长度，时间，温度世界主要高压气体流量标准装置基本参数试验室BishopAucklandDidsburyGRIMRFHPLGroningenPigsarWesterborkTCC国别英国英国美国荷兰德国荷兰加拿大传递基准装置类型在线式在线式离线式闭环法在线式在线式在线式在线式过程压力MPa3～64～61～7.70.9～41.5～56.27试验流体天然气天然气天然气或氮气天然气天然气天然气天然气最大流量314kg/s24kg/s44kg/s8.2kg/s72kg/s622kg/s770kg/s原始基准不详陀螺秤陀螺秤CVM流量计体积管不详腰轮式流量计传递基准涡轮流量计喷嘴涡轮孔板喷嘴涡轮孔板涡轮流量计涡轮流量计涡轮流量计涡轮流量计原始基准质量流量不确定度不详0.06%0.04%0.18%0.01%不详不详传递基准质量流量不确定度0.2%

40kg/s0.25%

40kg/s0.2%0.2%0.19%0.15%0.15%

16kg/s0.3%

16kg/s0.2%

25kg/s0.25%

25kg/sPIGSAR

德国高压天然气在线标定装置试验管段基准体积管标准涡轮流量计〔10台〕天然气入口天然气出口过滤加热调压G100-G10008--16--1600m3/h基准体积管--德国国家高压气体流量基准启动阀-开活塞不动CB3B1B2A启动阀-关活塞起始动测量段CB1B2A位置开关位置开关流向标准表标准表B3加速段测量段测量范围：30-400m3/h压力：9MPa不确定度：0.1～0.15%德国PIGSAR高压在线装置德国PIGSAR高压在线装置在线标定装置的系统连接

PIGSAR与天然气管网的连接调压系统Pigsar5-6MPa1.4MPa3.5MPa1.4--5MPa8--6500m3/h调压系统至下游用气户在线式装置的局限性测试压力难以控制，需投资调压装置。流量调节困难，受上下游压力影响。测试气体排放受制于下游用户。闭环式高压气体装置闭环式高压气体装置近年来闭环式空气流量装置被高度重视。原因是：欧洲标准EN12261的驱动；研究证明，对于多数仪表，特别是涡轮流量计，气体组分的影响甚微。可以采用空气介质；不存在测试用气体的排放问题；没有防爆问题的困扰；流量调节、压力调节和更换气体等问题迎刃而解；装置压力维持本钱低，节省大量能量。不受制于外部影响，特别适用于出厂检定。世界闭环式高压气体装置建立的动态美国西南研究所SwRI-MRF的闭环高压装置口径可达DN50～DN400，压力为1～7.7MPa。介质为空气、天然气或氮气。ELSTER-INSTROMET高压闭环气体流量标准装置丹麦ForceTechnology保持高压气体流量的国家基准流量范围：8～10000m3/h口径：DN50～DN400压力范围：0～25bar〔空气〕，0～50bar〔天然气〕不确定度：0.20%〔K=2〕闭环装置热交换器高压鼓风机稳压过滤器被检表标准表1标准表2标准表3高压气源系统闭环高压气体流量标准装置ELSTER-INSTROMETMAINZ-KASTEL试验介质：空气〔干〕压力范围：常压～2.5MPa流量范围：5～1600m3/h被检表口径：DN50～DN200压力等级：PN10～ANSI600标准表：涡轮TRZ-DN200涡轮TRZ-DN200腰轮IRM-1DUOELSTER-INSTROMET