天然气计量技术.ppt

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1、1第三节第三节 超声波流量计超声波流量计工作原理工作原理流量计组成流量计组成主要特点主要特点选用注意事项选用注意事项2一、工作原理一、工作原理超声波流量计测量原理图超声波流量计测量原理图1-换能器换能器1；2-声楔；声楔；3-管；管；4-换能器换能器2 3一、工作原理一、工作原理让让超超声声波波在在管管道道内内向向逆逆流流和和顺顺流流沿沿斜斜线线方方向向传传播播，分分别别测测量量它它们们的的传传播播时时间间，其其传传播播时时间间差差与与气气体体的的轴轴向向平平均均速速度度有有关关，从而应用数值计算技术得出气体流量。从而应用数值计算技术得出气体流量。4二、二、流量计组成流量计组成超超声声流流流流

2、量量计计由由流流量量计计表表体体、超超声声波波换换能能器器、电电子子元元件件及及微微处处理理器器系系统统（信信号号处理单元）、流量显示等组成。处理单元）、流量显示等组成。它它利利用用压压电电材材料料的的压压电电效效应应，采采用用适适当当的的发发射射电电路路，把把电电能能加加到到发发射射换换能能器器的的压压电电元元件件上上，使使其其产产生生超超声声波波振振动动。超超声声波波以以某某一一角角度度射射入入流流体体中中，然然后后由由换换能能器器接接收收，经经压压电电元元件件转转变变成成电电信信号号，送入信号处理单元。送入信号处理单元。5二、流量计组成及类型二、流量计组成及类型超声流量超声流量计计系系统

3、组统组成成6声声道道布布置置7三、主要特点三、主要特点检检测测件件内内无无阻阻碍碍物物，无无可可动动易易损损零零部部件件，不干不干扰扰流流场场，不会堵塞。，不会堵塞。无附加无附加压损压损，节约节约能耗。能耗。适适用用大大管管道道大大流流量量测测量量，仪仪表表造造价价与与管管道尺寸无关（道尺寸无关（带测带测量管量管检测检测件除外）件除外）;精精度度高高。它它已已在在天天然然气气工工业业贸贸易易输输送送，气气体体分分配配、控控制制和和检检漏漏等等各各方方面面广广泛泛使使用。用。8四、选用注意事项四、选用注意事项超超声声流流量量计计的的选选型型是是一一项项比比较较复复杂杂的的工工作作，它它涉涉及及换

4、换能能器器类类型型，声声道道设设置置方方式式，转转换换器器及及其其附附件件的的选选用用，现现场场安安装装设设计计及配套器材的准及配套器材的准备备等。等。超超声声流流量量计计选选型型包包括括被被测测介介质质种种类类，仪仪表表性性能能参参数数，换换能能器器类类型型及及其其适适用用范范围围，换换能能器器夹夹具具类类型型，转转换换器器基基本本功功能能，直直管段长度要求及声道设置等。管段长度要求及声道设置等。9第四节第四节 旋进旋涡流量计旋进旋涡流量计 旋旋进进旋旋涡涡流流量量计计是是一一种种新新颖颖的的流流量量仪仪表表，它它具具有有流流量量范范围围宽宽，精精度度较较高高，无无可可动动部部件件，不不受受

5、介介质质的的压压力力、粘粘度度和和组组成成等等的的影影响响，而而且且体体积积小小，便便于于安安装装和和维维修修。旋旋进进旋旋涡涡流流量量计计已已广广泛泛应应用用于于天天然然气气流流量量测测量量中。中。10一、工作原理一、工作原理旋进旋涡流量计原理图旋进旋涡流量计原理图1壳体；壳体；2旋涡发生器；旋涡发生器；3选择按钮开关；选择按钮开关；4智能流智能流量积算仪；量积算仪；5压电传感器；压电传感器；6出口导流体出口导流体 11一、工作原理一、工作原理沿着轴向的流体进入流量计进口时，旋叶强沿着轴向的流体进入流量计进口时，旋叶强迫流体进入旋转运动，于是在旋涡发生体中心产迫流体进入旋转运动，于是在旋涡发

6、生体中心产生旋涡流，旋涡流在文丘里管中旋进，到达收缩生旋涡流，旋涡流在文丘里管中旋进，到达收缩段突然节流使旋流加速。当旋涡流突然进入扩散段突然节流使旋流加速。当旋涡流突然进入扩散段后，因回流的作用强迫进行旋进式二次旋转，段后，因回流的作用强迫进行旋进式二次旋转，如果仪表内部具有最优化的几何结构，那么在宽如果仪表内部具有最优化的几何结构，那么在宽量范围内，旋涡的频率就与流量成正比，并为线量范围内，旋涡的频率就与流量成正比，并为线性。性。12一、工作原理一、工作原理旋涡的频率由压电传感器检测，压电传旋涡的频率由压电传感器检测，压电传感器检测的微弱电信号经前置放大器放大、感器检测的微弱电信号经前置放

7、大器放大、滤波、整形后变成频率与流量成正比的脉滤波、整形后变成频率与流量成正比的脉冲信号，最后送往智能流量积算仪进行运冲信号，最后送往智能流量积算仪进行运算与处理，显示累积流量和瞬时流量。算与处理，显示累积流量和瞬时流量。13二、旋进旋涡流量计产品二、旋进旋涡流量计产品 TDS系列流量计LUXZB型流量计14三、流量积算仪三、流量积算仪15四、主要技术参数四、主要技术参数公称直径：公称直径：20200mm；量程比：量程比：101 151；精度等级：精度等级：0.5、1.0、1.5;环环境境温温度度为为3050，介介质质温温度度为为-30110，相相对对湿湿度度为为595%，大大气压力为气压力为

8、86106kPa。16五、旋进旋涡流量计的特点五、旋进旋涡流量计的特点无机械磨损，避免了堵、卡故障，不易腐蚀，无机械磨损，避免了堵、卡故障，不易腐蚀，有效地延长了正常运行寿命，直接输出脉动信有效地延长了正常运行寿命，直接输出脉动信号，提高了计量精度；号，提高了计量精度；不受介质密度、粘度影响、量程比宽、安装使不受介质密度、粘度影响、量程比宽、安装使用方便、安全防爆；用方便、安全防爆；安装时只需较短的直管段甚至可不用；安装时只需较短的直管段甚至可不用；既可一体化安装又可将流量变送器与智能流量既可一体化安装又可将流量变送器与智能流量积算仪分离安装，实现远距离显示；信号输出积算仪分离安装，实现远距离

9、显示；信号输出可为脉冲信号或可为脉冲信号或420mA模拟信号模拟信号。17第五节第五节 天然气热值计量天然气热值计量天然气发热量天然气发热量直接测量方法直接测量方法间接测量方法间接测量方法18一、天然气发热量一、天然气发热量 1.高位发热量高位发热量 规规定定量量的的气气体体在在空空气气中中完完全全燃燃烧烧时时所所释释放放出出的的热热量量。在在燃燃烧烧反反应应时时，压压力力p保保持持恒恒定定，所所有有燃燃烧烧产产物物降降至至规规定定的的反反应应物物温温度度t相相同同的的温温度度，除除燃燃烧烧中中生生成成的的水水在在温温度度t下下全全部部冷冷凝凝为为液液态态外外，其其余余所所有有燃燃烧烧产产物物

10、为为气态。气态。19一、天然气发热量一、天然气发热量2.低位发热量低位发热量 规规定定量量的的气气体体在在空空气气中中完完全全燃燃烧烧时时所所释释放放出出的的热热量量。在在燃燃烧烧反反应应时时，压压力力p保保持持恒恒定定，所所有有燃燃烧烧产产物物的的温温度度降降至至指指定定的的反反应应物温度物温度t相同的温度，所有燃烧产物相同的温度，所有燃烧产物为气态。为气态。20一、天然气发热量一、天然气发热量3.天然气发热量计算天然气发热量计算GB/T11062天天然然发发热热量量、密密度度、相相对对密密度和沃泊指数的计算方法度和沃泊指数的计算方法 理想发热量理想发热量(kJ/m3)真实发热量真实发热量(

11、kJ/m3)21一、天然气发热量一、天然气发热量计量中天然气的发热量：天然气的低位计量中天然气的发热量：天然气的低位发热量（有效发热量）；发热量（有效发热量）；国内天然气发热量的计量参比条件、燃国内天然气发热量的计量参比条件、燃烧参比条件都是烧参比条件都是293.15K、101.325kPa。22二、直接测量方法二、直接测量方法直接测量天然气发热量的主要有水流吸直接测量天然气发热量的主要有水流吸热法、烟气吸热法和金属膨胀法；热法、烟气吸热法和金属膨胀法；水流吸热法测燃气发热量是公认的最基水流吸热法测燃气发热量是公认的最基本测试方法；本测试方法；其方法采用其方法采用GB 12206 城市燃气发热

12、量城市燃气发热量测定方法。测定方法。23水流吸热法测量原理水流吸热法测量原理测测量量原原理理是是将将气气体体燃燃料料连连续续地地通通过过量量热热计计，使使其其完完全全燃燃烧烧，燃燃烧烧所所释释放放出出来来的的热热量量被被逆逆流流而而过过的的水水流流连连续续吸吸收收，根根据据燃燃烧烧掉掉的的气气体体燃燃料料的的容容积积，以以及及在在此此气气体体燃燃烧烧时时间间内内通通过过的的水水量量和和进进、出出水水的的温温度度差差，就就可可以以计计算算出出气气体体燃燃料料的的热值。热值。24水流吸热法测量原理水流吸热法测量原理Hl天然气的低位热值，天然气的低位热值，kJm3；C水的比热，水的比热，kJ/（kg

13、）；）；W燃烧时间内通过量热计的冷却水质量，燃烧时间内通过量热计的冷却水质量，kg；ti水的进口温度，水的进口温度，；t。为水的出口温度，为水的出口温度，；V为燃烧掉的燃料气体容积，为燃烧掉的燃料气体容积，m3；Hw量热计的冷凝水潜热，量热计的冷凝水潜热，kJm3。25三、间接测量方法三、间接测量方法采用气相色谱仪分析天然气组分，由天采用气相色谱仪分析天然气组分，由天然气组分计算天然气发热量。然气组分计算天然气发热量。组分分析执行组分分析执行GB/T 13610天然气的组天然气的组成分析成分析 气相色谱法，可在线和离线测气相色谱法，可在线和离线测量；量；国内天然气热值计量以间接测量为主；国内天

14、然气热值计量以间接测量为主；261.热值计量系统热值计量系统272.在线式热值自动测试仪在线式热值自动测试仪282.在线式热值自动测试仪在线式热值自动测试仪 上上图图是是日日本本横横河河电电机机公公司司的的CM6G型型燃气热量计的组成方框图，主要由：燃气热量计的组成方框图，主要由：n 空气稳压部分；空气稳压部分；n 燃气稳压部分；燃气稳压部分；n 压差检测部分，包括孔板流量检测及差压压差检测部分，包括孔板流量检测及差压变送器；变送器；n 喷嘴燃烧及热值检测部分；喷嘴燃烧及热值检测部分；n 密度计和运算器。密度计和运算器。29第六节第六节 计量技术进展与发展趋势计量技术进展与发展趋势国内外天然气

15、计量状况国内外天然气计量状况我国天然气计量技术新进展我国天然气计量技术新进展天然气计量新的观念与发展趋势天然气计量新的观念与发展趋势 30一、国内外计量状况一、国内外计量状况从流量计选型上，欧洲主要使用涡轮、从流量计选型上，欧洲主要使用涡轮、腰轮流量计，如在荷兰涡轮、腰轮流量计腰轮流量计，如在荷兰涡轮、腰轮流量计的使用约占的使用约占80%，在加拿大涡轮流量计的，在加拿大涡轮流量计的使用约占使用约占90%，而美国则以使用孔板为主，而美国则以使用孔板为主，约占约占80%。从整体上来看，在流量计使用上，从整体上来看，在流量计使用上，70年年代形成了孔板使用高潮，代形成了孔板使用高潮，80年代形成了涡

16、年代形成了涡轮流量计使用的高潮，轮流量计使用的高潮，90年代中后期则掀年代中后期则掀起了超声流量计热潮。起了超声流量计热潮。31一、国内外计量状况一、国内外计量状况 在流量标准方面，相继推出具有代表性的标准在流量标准方面，相继推出具有代表性的标准如天然气流量标准孔板计量标准（如天然气流量标准孔板计量标准（AGA No.3）、）、气体涡轮流量计标准（气体涡轮流量计标准（AGA No.7）、）、天然气及天然气及其他烃类气体的压缩性和超压缩性标准（其他烃类气体的压缩性和超压缩性标准（AGA No.8）、）、用气体超声流量计测量天然气标准用气体超声流量计测量天然气标准（AGA No.9）、）、用差压装

17、置测量流体流量标准用差压装置测量流体流量标准（ISO5167）、）、气体涡轮流量计标准气体涡轮流量计标准（ISO9951）、）、气体超声波流量计标准气体超声波流量计标准（ISO/TR12765）以及天然气压缩因子计算标准以及天然气压缩因子计算标准（ISO/DIS12213）等，这些标准规程对天然气流等，这些标准规程对天然气流量计量具有积极的指导意义。量计量具有积极的指导意义。32一、国内外计量状况一、国内外计量状况在在流流量量检检定定方方面面：国国外外人人们们从从重重视视干干标标法法逐逐步步过过渡渡到到实实流流检检定定的的思思维维模模式式重重视视量量值值溯溯源源与与量量值值传传递递工工作作，相

18、相继继出出现现许许多多实实流流检检定定实实验验室室，如如美美国国科科罗罗拉拉多多工工程程实实验验室室（CEESI）、美美国国西西南南研研究究院院（SWRI）、荷荷兰兰国国家家计计量量研研究究院院（NMI）、加加拿拿大大标标定定站站（TCC）、德德国国（Pigsar）、英英国国国国家家工工程程 实实 验验 室室（NEL）、日日 本本 国国 家家 计计 量量 院院（NRLM）。）。33一、国内外计量状况一、国内外计量状况 国国内内计计量量仪仪表表主主要要使使用用标标准准孔孔板板，其其比比例例约约占占88，采采用用几几何何检检定定法法。从从70年年代代以以来来，我我国国参参照照国国外外系系列列标标准

19、准，结结合合自自己己的的实实际际情情况况，在在天天然然气气仪仪表表的的设设计计选选型型、使使用用、安安装装、维维护护、管管理理、气气质质分分析析等等方方面面作作了了相相应应的的工工作作，得得出出一一些些较较重重要要的的结结论论，同同时时对对现现场场阻阻力力件件、复复杂杂工工况况影影响响，摸摸索索出出了了一一些些成成熟熟的的经经验验，在在标标准准方方面面形形成成了了SY/T6143 天天然然气气流流量量的的标标准准孔孔板板计计量量方方法法等等效效采采用用ISO5167形形成成GB2624标标底底，但但就就总总体体水水平，与国外还存在显著差距。平，与国外还存在显著差距。34国内计量技术与国外的差距

20、国内计量技术与国外的差距 天天然然气气计计量量管管理理方方面面：严严格格地地按按标标准准进进行行设设计计、制制造造和和安安装装方方面面尚尚有有一一定定差差距距，故故有有时时不不能能保保证证计计量量精精度度；没没有有严严格格执执行行管管理理规规程程中中所所要要求求维维修和定期修和定期检验检验。新新型型流流量量计计量量仪仪表表在在我我国国应应用用较较少少，推推广广应应用用困困难难，缺缺乏乏相相应应的的检检定定部部门门及及手手段段，无无法法解解决决高高压压、大流量的气体、大流量的气体标标定，定，现场标现场标定甚少。定甚少。没有形成一个完整的量没有形成一个完整的量值传递值传递体系。体系。35二、我国天

21、然气计量技术新进展二、我国天然气计量技术新进展孔板节流装置二次仪表智能化孔板节流装置二次仪表智能化；适应中小流量的新型智能式流量计应用适应中小流量的新型智能式流量计应用；高压大流量计量技术研究高压大流量计量技术研究；实流检定技术的发展实流检定技术的发展；标准的逐步完善与统一标准的逐步完善与统一。361.孔板计量装置二次仪表智能化孔板计量装置二次仪表智能化 1998年以来，在二次仪表方面，对部年以来，在二次仪表方面，对部分天然气计量装置进行了改造，现场逐步分天然气计量装置进行了改造，现场逐步采取配用智能压力变送器、温度变送器，采取配用智能压力变送器、温度变送器，流量计算机以取代双波纹管差压计，从

22、而流量计算机以取代双波纹管差压计，从而实现计量自动化。该系统变送器具有准确实现计量自动化。该系统变送器具有准确度高、稳定性好，可利用它的通讯功能进度高、稳定性好，可利用它的通讯功能进行在线故障诊断、组态和校验，天然气流行在线故障诊断、组态和校验，天然气流量计量逐步走向在线、智能、实时计量。量计量逐步走向在线、智能、实时计量。372.新型智能式流量计应用新型智能式流量计应用为为解解决决部部分分现现场场在在中中小小流流量量和和中中低低压压情情况况下下流流量量波波动动较较大大，孔孔板板计计量量准准确确性性较较差差的的特特殊殊难难题题，国国内内推推出出智智能能漩漩进进旋旋涡涡流流量量计计、智智能能涡涡

23、轮轮流流量量计计，该该类类流流量量计计能能在在线线采采集集压压力力、温温度度、工工况况流流量量、标标定定流流量量、实实时时修修正正压压缩缩因因子子以以及及自自动动进进行行温温度度、压压力力补补偿偿。经经过过实实流流标标定定和和在在现现场场较较大大范范围围应应用用（如如四四川川、新新疆疆、大大港港、大大庆庆等等），效效果果较较好好。近近期期又又出出现现了了该该类类型型的的双双探探头头智智能能流流量量计计，抗抗干干扰能力进一步增强。扰能力进一步增强。383.高压大流量计量技术研究高压大流量计量技术研究 随随着着国国外外气气体体超超声声流流量量计计的的迅迅速速发发展展，我我国国及及时时跟跟踪踪国国外

24、外先先进进计计量量技技术术，自自1999年年以以来来，由由成成都都天天然然气气流流量量分分站站牵牵头头，对对具具有有典典型型代代表表的的美美国国Daniel、荷荷兰兰Instromet、美美国国Contronlotron所所生生产产的的气气体体超超声声流流量量计计进进行行了了实实流流测测试试，研研究究在在理理想想安安装装条条件件、非非理理想想安安装装条条件件、旋旋转转不不同同角角度度安安装装条条件件、带带压压更更换换超超声声换换能能器器、不不同同压压力力条条件件、声声道道故故障障状状态态的的性性能能并并进进行行现现场场应应用用。得得出出气气体体超超声声流流量量计计干干校校后后仍仍需需实实流流检

25、检定定和和周周期期送送检检等等重重要要结结论论。国国内内已已逐逐步步引引进进气气体体超超声声流流量量计计约约40台台，口口径径在在DN150mmDN400mm之之间间，不不确确定定度度为为0.51.0。394.实流检定技术的发展实流检定技术的发展 过过去去标标准准孔孔板板一一直直沿沿用用“几几何何检检验验法法”，流流量量检检定定装装置置通通常常使使用用空空气气作作介介质质，负负压压检检定定。1996年年华华阳阳计计量量分分站站建建成成，该该站站拥拥有有mt原原级级标标准准装装置置，总总不不确确定定度度为为0.1和和从从美美国国CEESI引引进进临临界界流流音音速速喷喷嘴嘴次次级级标标准准装装置

26、置，总总不不确确定定度度为为0.25，具具备备天天然然气气流流量量实实流流检检定定条条件件。最最近近4年年，实实流流检检定定技技术术日日趋趋成成熟熟，已已建建立立起起全全套套天天然然气气实实流流检检定定方方法法、程程序序、管管理理制制度度，并并与与国国外外如如美美国国、荷荷兰兰、英国、德国等技术和水平逐步靠近。英国、德国等技术和水平逐步靠近。404.实流检定技术的发展实流检定技术的发展 为为了了更更好好地地模模拟拟现现场场工工况况，减减少少装装载载、运运输输带带来来的的系系列列困困难难，控控制制和和合合理理减减少少现现场场计计量量误误差差，我我国国实实流流检检定定逐逐步步从从室室内内走走向向现

27、现场场。如如，国国家家原原油油大大流流量量计计量量站站（大大庆庆）的的移移动动式式音音速速喷喷嘴嘴标标定定车车（压压力力1.6MPa、管管径径DN200mm、流流量量90000m3/h），华华阳阳计计量量分分站站新新购购置置的的移移动动式式气气体体超超声声流流量量标标定定车车（压压力力6.4MPa、管管径径DN600mm、工工况况流流量量80-8000 m3/h）。）。415.标准的逐步完善与统一标准的逐步完善与统一 孔孔板板标标准准由由SYL0483升升级级为为SY/T61431996，现现正正准准备备升升为为国国家家标标准准；GB/T18604-2001用用气气体体超超声声流流量量计计测测

28、量量天天然然气气非非等等效效采采用用AGA NO.9，同同时时也也参参考考了了ISO/TRl2765的的部部分分内内容容，GB/T18603-2001天天然然气气计计量量系系统统技技术术要要求求，非非等等效效采采用用欧欧洲洲标标准准EN 1776：天天然然气气测测量量系系统统基基本本要要求求，2001年年8月月，已已通通过过国国家家专专标标委委评评审审。目目前前正正准准备备起起草草用用涡涡轮轮流流量量计测量天然气国家标准。计测量天然气国家标准。42三、三、新的观念与发展趋势新的观念与发展趋势 计计量量方方式式向向自自动动化化、智智能能化化、远远程程化化计计量量方方式式发发展；展；检检定定方方式式、量量值值溯溯源源从从静静态态单单参参数数向向动动态态多多参参数数溯源发展溯源发展；仪表选型从单一仪表向多元化仪表发展；仪表选型从单一仪表向多元化仪表发展；计量标准由单一标准向多重标准发展计量标准由单一标准向多重标准发展；计量方式从体积计量向能量计量发展计量方式从体积计量向能量计量发展；单一数据管理向计量系统管理方向发展单一数据管理向计量系统管理方向发展；从事后计量纠纷解释向事前过程管理发展从事后计量纠纷解释向事前过程管理发展。