燃气计量分析PPT课件.ppt

燃气计量 1 燃气计量 目录一 燃气计量规则二 燃气表工作原理及特性三 燃气温压补偿四 燃气计量管理 2 一 燃气计量规则 1计量 实现单位统一 量值准确可靠的活动 广义的理解是指有关测量知识的整个领域 计量在历史上称之为 度量衡 随着生产和科学技术的发展 现代计量已远远超出 度量衡 的范围 现有长度 热学 力学 电磁学 无线电 时间频率 电离辐射 光学 声学 化学等计量专业 计量涉及到工农业生产 国防建设 科学试验 国内外贸易 人民生活等各方面 是国民经济的一项重要的技术基础 3 一 燃气计量规则 2燃气计量 对管道中燃气通过量的测定和记录 计量燃气的装置称燃气表或燃气流量计 用以累计通过管道的燃气的体积或质量 有些流量计只测定单位时间燃气通过量 须经过换算机构才能显示累计量 由于气体计量易受温度和压力的影响 计量装置上可附设温度和压力补偿装置 4 一 燃气计量规则 3标准状态 从气态方程PV nRT可知 气体的三个参量P V T根据上面的公式相关联 对于一定量的气体确定其中两个参量 另一个参量也就被确定 在中国燃气行业通常确定 温度20 压力101 325Kpa为标准状态 在这一状态下 进行体积贸易交接 3 1标况 体积 气体在标准状态 温度20 压力101 325Kpa 下的体积 3 2 工况 体积 气体在工况温度和压力下的体积 5 一 燃气计量规则 4天然气组分 4 1组分 天然气是一种多组分的混合气体 主要成分是烷烃 其中甲烷占绝大多数 另有少量的乙烷 丙烷和丁烷 此外一般还含有硫化氢 二氧化碳 氮和水气 以及微量的惰性气体 如氦和氩等 在燃气工程技术里 天然气组分 是指某种天然气中以上这些组成成分所占的百分比 6 一 燃气计量规则 4 2天然气密度4 2 1绝对密度 在物理学中 把某种物质单位体积的质量叫做这种物质的密度 我们研究都是标准状况下的天然气问题 因此可以定义绝对密度为 1标准立方米天然气的质量 单位 kg Nm3 7 一 燃气计量规则 4 2 2相对密度 物质的密度与参考物质的密度在各自规定的条件下之比 符号为d 无量纲量 一般 相对密度只用于气体 作为参考密度的是在标准状态下干燥空气的密度 为1 2930kg m3 温度0 压力101 325Kpa 在燃气行业实际应用中标准状态 温度20 压力101 325Kpa 下干燥空气的密度 为1 20449kg m3 8 一 燃气计量规则 5天然气的计量标准 在天然气标准体系中 计量标准是核心 天然气计量方式有能量计量和体积计量之分 5 1体积计量 以 立方米 为单位的天然气计量 我们与上游交接是按标准立方米 标况温度20 压力101 325Kpa 我们与下游交接既有标准立方米也有工况立方米 如普通居民用户 9 一 燃气计量规则 5 2质量计量 以kg为单位的天然气计量 如LNG贸易交接计量 及CNG的基础计量 5 3能量计量 以 热值 为单位的天然气计量 作为能源的天然气 人们关注的是它的热值 即发热量 天然气是一种混合物气体 除烷烃以外还含有部分二氧化碳和氮气等不可燃物质 这些不可燃物质并不产生热值 同样是天然气 不同产地的天然气发热量差别很大 例如美国的天然气体积发热量最小为36 1MJ m3 最大为45MJ m3 二者相差24 6 我国管输商品天然气的高热量最小为33 90MJ m3 最大为44 35MJ m3 二者相差30 8 各气源厂天然气组分统计表 10 一 燃气计量规则 因此 天然气的体积并不能真正体现其作为能源的价值 在贸易结算中 按体积计量的方式也不符合按质论价 优质优价的商品交易原则 不利于科学合理地利用有限的天然气资源 对供需双方都不合理 从国外的发展经验看 能量计量较好地解决了按质论价 优质优价的问题 使消费者真正购买到有用的天然气 同时促进供气商改进天然气处理工艺 尽量去除二氧化碳等不可燃物显然 采用能量计量比单纯用体积计量更符合天然气产业的发展规律 11 一 燃气计量规则 6天然气计量机理 6 1管道气计量 采用体积计量方式 管道天然气流量计量是通过测量气体流量 温度 压力 天然气组分 然后将这些测量信号输入到流量计算机或体积修正仪 再按照天然气流量计算气态方程进行计算和补偿 最终得到标况流量 12 一 燃气计量规则 13 一 燃气计量规则 从上面公式可以看出 天然气标况体积流量与流量 温度 压力 天然气组分等参量相关 其中任何一个量测量不准确 都会影响天然气计量的准确性 对于普通民用户 通常使用皮膜表进行计量 则只进行流量测量 没有考虑温度 压力等因素的影响 实际上是进行工况体积计量 14 一 燃气计量规则 6 2CNG气体计量由于CNG气体压力高达20Mpa以上 只有质量流量计才能完成高压下的计量 CNG气计量首先测量出气体的质量 然后除以气体的绝对密度 换算成标况流量显示并结算 换算公式 标况流量 气体质量 气体密度从上式可以看出 气体的密度在CNG气体结算中的重要性 因此使用CNG和销售CNG公司要实时了解自己所用天然气密度值及加气机的密度设定值 15 一 燃气计量规则 6 3LNG液化天然气计量 LNG购入计量通常采用称重法 利用衡器进行计量并与上游进行贸易交接 使用时我们首先进行汽化 然后以体积计量与我们的用户进行贸易交接 天然气的汽化率计算公式如下 天然气量 标况 1000Kg 气体密度从上式可以看出 气体的绝对密度直接关系到燃气汽化率的大小 各气源厂天然气组分统计表 列出了各LNG产地的气体密度 可以看出气体密度变化较大 相应的汽化率变化也非常大 这就提示我们采购时要关注LNG气体的密度 在生产过程控制中要了解气体的汽化率及燃气的热值 16 一 燃气计量规则 7 范围度 量程比 范围度为上限流量和下限流量的比值 其值愈大流量测量范围愈宽 17 二 燃气表工作原理及特性 1 皮膜表1 1工作原理 被测量的燃气从表的入口进入 充满表内空间 经过开放的滑阀座孔进入计量室2及4 依靠薄膜两面的气体压力差推动计量室的薄膜膨胀运动 迫使计量室1及3内的气体通过滑阀及分配室从出口流出 当薄膜运动到尽头时 依靠转动机构的惯性作用使滑阀盖相反运动 计量室1 3和入口相通 2 4和出口相通 薄膜往返运动一次 完成一个回转 形成一个回转流量 流量表也就记一个回转数 膜式表的积累流量值即为回转流量和回转数的乘积 18 二 燃气表工作原理及特性 19 二 燃气表工作原理及特性 膜式表的性能曲线1 计量误差曲线 2 压力损失曲线 3 压力跳动曲线 20 二 燃气表工作原理及特性 1 2优点1 2 1皮膜表的最大优点是量程比较宽 可以达到1 160 特别适用于流量变化很大的用户 1 2 2皮膜表另一个优点是价格低廉 1 3缺点1 3 1工况计量 没有温压修正 对于平原地区带来压力计量损失 对于寒冷地区带来温度计量损失 1 3 2低温室外环境下 由于结构 材料等方面问题皮膜表转速偏慢 带来计量损失 目前不能确定偏慢多少 21 二 燃气表工作原理及特性 1 4应用1 皮膜表尽可能户内安装 2 壁挂炉用户建议使用带温度补偿皮膜表 3 寒冷地区 特别海拔较高地区 应考虑用温度补偿皮膜表对小商业用户进行计量 22 二 燃气表工作原理及特性 2 孔板流量计2 1工作原理孔板流量计是以伯努利方程和流体连续性方程为依据 根据节流原理 充满管道的流体 当它们流经管道内的节流装置时 流束将在节流装置的节流件处形成局部收缩 从而使流速增加 静压力低 于是在节流件前后便产生了压力降 即压差 介质流动的流量越大 在节流件前后产生的压差就越大 孔板流量计可以通过测量压差来衡量流体流量的大小 23 二 燃气表工作原理及特性 24 二 燃气表工作原理及特性 流体流经孔板时 差压 P与流体流量间有 25 二 燃气表工作原理及特性 2 2优点 1 孔板式流量计结构简单 牢固 性能稳定可靠 使用寿命长 价格低廉 2 应用范围极广泛 至今尚无任何一类流量计可与之相比 全部单相流体 包括液 气 蒸汽皆可测量 部分混相流 3 标准孔板式流量计无需实流校准 即可投用 在流量计中也是唯一的 2 3缺点 1 由于附属设备过多 分散 流量计现场安装难以达到高标准 导致测量重复性 精度普遍偏低 26 二 燃气表工作原理及特性 2 范围度窄 由于差压信号与流量为平方关系 一般范围度仅3 1 4 1 3 现场安装条件要求高 需要较长的直管段 4 压损大 5 可调整的部件很多 难于监督管理 6 流量表维护量大 需要经常拆下清洗 检测 由于孔板流量计对气体组分非常敏感 需要密切跟踪气体组分变化 及时调整才能获得准确的计量 我们认为孔板流量计适用于对稳定大流量下游用户计量 如果是单独的用户就更适合 27 二 燃气表工作原理及特性 3涡轮流量计3 1工作原理 当流体流经涡轮流量传感器时 在流体推力作用下涡轮受力旋转 其转速与流体平均流速成正比 涡轮转动周期地改变磁电转换器的磁阻值 检测线圈中的磁通随之发生周期性变化 产生周期性的电脉冲信号 该电脉冲信号与流经涡轮流量传感器处流体的体积流量成正比 28 二 燃气表工作原理及特性 29 二 燃气表工作原理及特性 3 2优点 1 高精度 国产的一般为 1 R 1 5 R 特殊专用型可达 0 5 R 1 0 R 2 重复性好 短期重复性可达0 05 0 2 如经常校准或在线校准可以得到极高的精确度 3 输出脉冲频率信号 适用于总量计量及与计算机连接 无零点漂移 抗干扰能力强 可获得很高的频率信号 3 4kHz 信号分辨力强 4 范围度较宽 中大口径可达20 1 30 1 小口径为5 1 10 1 5 结构紧凑轻巧 安装维护方便 流通能力大 不断气 6 可用于高压测量 仪表表体上不必开孔 易制成高压型仪表 30 二 燃气表工作原理及特性 3 3缺点 1 不能长期保持校准特性 需要定期检定 检定周期为两年 2 流量计受来流流速分布畸变和旋转流的影响较大 传感器上下游侧需设置较长直管段 理论上前直管段应 10D 3 对被测介质的清洁度要求较高 虽然可安装过滤器以适应脏污介质 但也带来压损增大 维护量增加等副作用 4 小口径 DN50以下 仪表的流量特性受物性影响严重 故小口径涡轮流的仪表性能难以提高 建议使用DN80以上口径的涡轮表 31 二 燃气表工作原理及特性 4腰轮流量计 也称罗茨流量计 4 1工作原理 随着气体的通过 仪表入口和出口间产生的差压作用在由高精密同步轮联结在一起的一对腰轮上 从而驱动腰轮轮流旋转 在这期间 腰轮与壳体内壁形成的计量腔周期地充气和排气 腰轮的转数与通过仪表的气体体积量成正比 腰轮的旋转经由多级齿轮系减速 然后经磁性耦合传送到计数器 累计流过的气体总量 32 二 燃气表工作原理及特性 33 二 燃气表工作原理及特性 4 2优点 1 计量精度高 坚固而不变的计量室 确保永久 非调整的高精度和良好的重复性 2 旋转流和管道阻流件流速畸变对计量精度没有影响 没有前后直管段要求 3 始动流量小 测量范围度宽 一般为1 20 1 160 适合于流量负荷变动大的气体流量测量 34 二 燃气表工作原理及特性 4 3缺点 1 结构复杂 体积庞大 笨重 大口径表易产生噪声及振动 一般只适合中小口径 DN100以下 2 对测介质清洁度要求较高 需要配置过滤器 3 流量计安装要求较高 易受安装应力影响而卡死或增加摩擦 降低测量精度 4 流量计卡死会造成断气 影响连续生产 5 不易在高压环境下使用 通常使用压力在1 6Mpa以下 35 二 燃气表工作原理及特性 5时差式超声波流量计5 1工作原理时差法测量流体流量的原理如图1所示 它利用声波在流体中传播时因流体流动方向不同而传播速度不同的特点 测量它的顺流传播时间t1和逆流传播时间t2的差值 从而计算流体流动的速度和流量 当超声波穿过流动的流体时 在同一传播距离内 其沿顺流方向和沿逆流方向的传播速度则不同 在较宽的流量 雷诺数 范围内 该时差与被测流体在管道中的体积流量 平均流速 成正比 36 二 燃气表工作原理及特性 37 二 燃气表工作原理及特性 5 2优点 1 测量精确度高 是目前实际工作中精度最高的 通常精度可达0 5级 范围度特宽 40 1 200 1 适用于高压 大口径 高精度天然气流量计 2 可适应极低流速 0 5m s 使用期长 3 为无流动阻挠测量 无压力损失 无可动部件 安装使用费用低5 3缺点 1 价格昂贵 2 安装要求较长的前后直管段 38 二 燃气表工作原理及特性 6 质量流量计6 1工作原理 科里奥利质量流量计是利用流体在振动管中流动时 产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表 电磁驱动系统以固定频率驱动U形测量管振动 当流体流过测量管时会产生科氏力 在科氏力作用下测量管会发生扭曲扭曲 测量管扭曲的程度 与流过测量管流体质量成正比 在驱动点两侧的测量管上安装电磁感应器 以测量其运动的相位差 这一相位差直接正比于流过的质量流量 39 二 燃气表工作原理及特性 40 二 燃气表工作原理及特性 41 二 燃气表工作原理及特性 6 2优点6 2 1可直接测量质量流量 具有很高的精度 通常精度可达0 2 0 5 6 2 2可测量流体范围广 测量值对粘度不敏感 流体密度变化对测量值的影响微小 6 3 3适合高压力下计量 压力越高越经济 是最高压力下唯一的选择 6 2 4安装 维护成本低 不要求直管段 检定费用低 总体上是最经济的流量计 42 二 燃气表工作原理及特性 6 3缺点6 3 1零点不稳定 不能测量低密度介质 低压气体 6 3 2不能用于较大管径 目前局限于200mm以下 另外价格昂贵 6 4应用压缩天然气作为车用燃料将在城市中大力推广 在使用中必须解决汽车加气站的计量问题 科氏质量流量计用于气体测量遇到难题为一般气体的密度低 不能适应仪表性能要求 高压 压缩 天然气使气体密度大幅度提高 恰好满足了这个要求 科氏质量流量计已经成为汽车加气站的主要计量仪表 43 二 燃气表工作原理及特性 7 涡街流量计VSF在流体中安放非流线型旋涡发生体 流体在旋涡发生体两侧交替地分离释放出两列规则的交替排列的旋涡涡街 在一定的流量 雷诺数 范围内 旋涡的分离频率与流经涡街流量传感器处流体的体积流量成正比 通过采用各种形式的检测元件测出旋涡频率就可以推算出流体的流量 44 二 燃气表工作原理及特性 卡门涡街的产生与现象粘性流体绕流圆柱体流动 当流体速度很低时 流体在前驻点速度为零 来流沿圆柱左右两侧流动 在圆柱体前半部分速度逐渐增大 压力下降 后半部分速度下降 压力升高 在后驻点速度又为零 这时的流动与理想流体绕流圆柱体相同 无旋涡产生 如图 a 所示 45 二 燃气表工作原理及特性 46 二 燃气表工作原理及特性 随着来流速度增加 圆柱体后半部分的压力梯度增大 引起流体附面层的分离 如图 b 所示 当来流的雷诺数Re再增大 达到40左右时 由于圆柱体后半部附面层中的流体微团受到更大的阻滞 就在附面层的分离点S处产生一对旋转方面相反的对称旋涡 如图 C 所示 在一定的留诺数Re范围内 稳定的卡门涡街的及旋涡脱落频率与流体流速成正比 47 二 燃气表工作原理及特性 3 3 1优点 1 结构简单牢固 安装方便 维护量少 2 适用流体种类多 如液体 气体 蒸汽和部分混相流体 3 精度较高 一般为 1 R 2 R 4 范围度宽 可达20 1 10 1 5 压损小 约为孔板的1 4 1 2 在一定雷诺数范围内 输出频率信号不受流体物性 密度 粘度 和组分的影响 即仪表系数仅与旋涡发生体及管道的形状尺寸有关 只需在一种典型介质中校验而适用于各种介质 涡街流量计在各种流量计是一种较有可能成为仅需干式校验的流量计 48 二 燃气表工作原理及特性 3 3 2缺点 1 不适用于低雷诺数测量 ReD 2 104 在高粘度 低流速 小口径情况下应用受到限制 2 旋涡分离的稳定性受流速分布畸变及旋转流的影响 需较长直管段 3 VSF对管道机械振动较敏感 不宜用于强振动场所 4 仪表系数较低 与涡轮流量计相比 分辨率低 口径愈大愈低 一般用于DN300以下 5 仪表在脉动流 多相流中尚缺乏应用经验 49 二 燃气表工作原理及特性 8 旋进旋涡流量计8 1工作原理当流体沿轴向流入传感器入口时 导流器 螺旋型叶片 迫使流体进行旋转运动 产生漩涡流 并在文丘利管中因缩径而加速 到达扩散管后 因回流作用强迫漩涡流产生旋进式二次旋转 其频率与流体流速成正比 并呈线性 产生的旋涡频率再经频率感测元件 压电晶体 检测 转换及前置放大器的放大 滤波和整形等一系列过程之后 旋涡频率就转变成了与被测介质流速大小成正比的脉冲信号 旋进漩涡流量计对流体预先进行导流和加速 其特点是其他流量计无法比拟的 它特别适合于对管道煤气 天然气 石油液化汽等流速低 粘度大 密度小的介质的测量 50 二 燃气表工作原理及特性 1 旋涡发生体 2 壳体 3 温度传感器输入口 4 压力传感器输入口 5 信号输出口 6 压电晶体 7 温度传感器 8 压力传感器 9 出口导流体旋进旋涡流量计结构图 51 二 燃气表工作原理及特性 8 2优点8 2 1计算机辅助设计的导流器和文丘利管结构 加大流体流速 并可自动清洗传感器 8 2 2无可动部件 无机械磨损 不易腐蚀 无需机械维修 可靠性高 维护费用低 8 2 3安装方便 可水平 垂直 任意斜度安装 前后直管段要求低 前 3DN 后 1DN 52 二 燃气表工作原理及特性 8 3缺点8 3 1抗干扰能力差 特别是抗振动能力差 除振动外 旋进漩涡流量计的安装环境对其计量结果影响很大 场站设备设施对其都有影响 如分离器 弯头 阀门等 据有关资料分析 分离器等造成气流脉冲 絮乱可能引起大于实际流量几倍的误差 另外有压缩机组的场站 由于振动的影响也不适宜使用旋进漩涡流量计 8 3 2流量计压损较大 始动流量较大 量程比只有15 1 53 三 燃气温压补偿 三 燃气温压补偿 1 温压补偿机理 将工况下的气体流量 连同气体的压力 温度测量值一起输送到流量计算工具 体积修正仪 进行运算 就得到了我们需要的标况流量 也就是说通过温压补偿换算可以将工况流量转变成标况流量 在商业用户计量中 由于流量表造价以及开发成本等方面原因 大量存在皮膜表和机械表 普通居民用户则全部使用皮膜表 这些流量表都是按照工况计量进行贸易结算 54 三 燃气温压补偿 工况计量与标况计量存在那些计量差异 供气温度方面由气体状态方程 PT nRT 可以推导出 对于一定量的气体存在下式关系 假设压力不变 对于一定量标况体积的气体 当温度每变化3 时 工况体积将产生约1 的变化 55 三 燃气温压补偿 如 标况体积为V0一定量气体 如果降温3 即17 后通过不带温压补偿流量表 如皮膜表 流量表测量出该气体工况体积V比标况体积为V0减少1 即计量误差为 1 同理 当气体升温3 即23 时 流量表计量会增加 计量误差为 1 全国各地大气压和年平均温度 56 三 燃气温压补偿 供气压力方面 只讨论城市管网末端压力影响 假设温度不变 对于低压一定量标况体积的气体 当压力每变化1KPa时 工况体积将产生约1 的变化 如 标况体积为V0一定量气体 如果绝对压力降压1KPa后通过不带温压补偿流量表 如皮膜表 流量表测量出该气体工况体积V比标况体积为V0增加1 即计量误差为 1 同理 当气体绝对压力升压1KPa时 流量表计量会减少1 计量误差为 1 57 三 燃气温压补偿 实际应用中 一般民用户灶前压力为2 2 5KPa 那么供气压力带来的计量损失应在2 左右 在冬季为了保用户供气 往往调高调压器出口压力 这时的压力导致计量损失进一步增大 58 三 燃气温压补偿 2中燃温压补偿政策 措施 2 1为了降低工况计量带来的计量损失 中燃输差整治小组规定 在温压核算有损失地区 商业用户尽量采用智能流量计 皮膜表只使用到G10这个规格 2 2对于特殊类型 如壁挂炉采暖 用户 拟采取皮膜表 机械表温压补偿技术 对于地理条件特殊地区采用皮膜表 机械表单项补偿技术 59 三 燃气温压补偿 2 3中燃2006年输差整治会议 芜湖 决议确定 在输差统计与考核上 对各项目公司皮膜表 机械表计量气量进行温压补偿量核销 这部分气量不作为输差进行统计 只在温压核算有损失地区进行 温压补偿系数由总部生产运营部根据各项目公司地理和气候 当地大气压 年平均温度 综合确定 60 四 燃气计量管理 1中燃计量管理规定中燃 燃气计量管理规定 和 燃气计量管理规程 是描述中国燃气控股有限公司计量方针 计量检测体系及其实施计量管理的纲领性文件 它规定了中燃公司计量工作应遵守的法律 法规及法律责任 计量管理工作岗位职责 流量计及辅助设备管理 交接计量管理 计量人员管理技术资料管理 计量数据统计分析管理等方面内容 燃气计量管理规定 2008 01 20发布 2008 03 01开始实施 燃气计量管理规程 2010 04 01发布 2010 05 01开始实施 61 四 燃气计量管理 2中燃计量管理基本要求2 1贯彻执行国家和各级政府制定的计量法律 法规 规程 标准及中国燃气燃的 燃气计量管理规定 燃气计量管理规程 接受上级部门和当地技术监督局的计量监督检查 2 2各公司要建立相应规格的计量检测管理体系 各项目公司按照中国燃气 燃气计量管理规定 燃气计量管理规程 要求建立本公司的计量检测管理体系 通过建立计量管理体系实现计量保障功能 62 四 燃气计量管理 2 3按照 合法 准确 不亏 的原则开展各项计量管理工作 2 4各级输差控制不超过管理的指标 2 5流量表选型2 5 1