压缩天然气(CNG)计量技术交流

压缩天然气 CNG 计量技术交流 景德镇站 陈颖 1 1 利用科里奥利质量流量计进行计量利用科里奥利质量流量计进行计量 目前全国 CNG 加气站绝大多数都使用这种类型的售气机 其中的科里奥利 质量流量计是一种 80 年代才发展起来的新型流量测量仪器 科里奥利质量流量 计 是运用流体质量流量对振动管振荡的调制作用为原理 实现质量流量的测 量 同时具有根据温度参数对质量流量和密度测量进行补偿 修正的功能 除 可直接测量流体的质量流量外 还可直接测量流体的密度和温度 2 2 科里奥利质量流量计工作原理科里奥利质量流量计工作原理 2 1 工作原理 利用流体在振动管内流动时产生的科里奥利力 以直接或间接的方法测量科 里奥利力而得到流体质量流量 按测量管形状可分为弯曲形和直形 刚性 抗腐蚀 沉积 重量有差异 图 1 弯管与直管 图 2 为科里奥利流量计的简单原理图 在该图中 流体从左边进入直管中 从右边出来 可通过速度矢量 v 看出来 流量管在其共振频率下振动 图中 流量管显示向上移动 从图中可看出 在入口侧 质量将抵抗流量管运动并对 流量管施加一个向下的作用力 在出口侧 情况刚好相反 流体的流动将增加 因向上作用力而引起的流量运动 这两个作用力大小相等 方向相反 就是我 们所说的科里奥利力 图 2 科里奥利质量流量计测量原理 这两个科里奥利力就造成了测量管的扭曲运动 这时两个检测传感器上产 生的正弦波就出现了不同步的现象 两个正弦波的时间差称为相位差 单位为 微秒 其与质量流量成正比 2 2 结构 流量计由传感器和变送器组成 其中传感器主要由振动管 驱动部件等构 成 变送器主要由测量和输出单元等构成 图 3 典型科里奥利质量流量计构成图 2 3 优点 a 测量范围宽 测量误差小 重复性高 b 测量流体范围广泛 包括高粘度的各种液体 含固形物的液体 有足够 密度的中高压气体 c 不受介质流动状态影响 对流速分布不敏感 因而无上下游直管段要求 d 无可动部件 使用寿命长 e 对流体粘度不敏感 流体密度变化对测量结果影响小 可做多参数测量 如同期测量密度 2 4 缺点 a 对环境振动敏感 多台同时使用时 相互干扰 b 体积和质量较大 不宜用于大管径质量流量测量 c 测量管内壁磨损腐蚀或沉积结垢会影响测量精确度 d 压力损失较大 有零点漂移 价格昂贵 3 3 影响科里奥利质量流量计精度的几个主要因素及校准时注意点 影响科里奥利质量流量计精度的几个主要因素及校准时注意点 3 1 测量管的刚性及应力的影响 测量管的刚性直接影响质量流量的测量结果 在其它条件相同的情况下 测量管的刚性强则测量管不易弯曲 t 减少 质量流量减小 测量管的刚性 弱则测量管易弯曲 t 增加 质量流量增大 在管材料 管结构确定的情况 下 对测量管刚性影响最大的为温度及压力 温度对测量管刚性的影响 温度增加 测量管弹性增强 刚性减弱 温度减 少 测量管弹性减弱 刚性增强 压力对测量管刚性的影响 压力减少 测量管弹性增强 刚性减弱 压力增 加 测量管弹性减弱 刚性增强 一般科里奥利流量计都自带温度传感器进行自动补偿 有压力传感器信号 输入接口进行补偿 补偿因子都很小 检定时记录温度 压力即可 科里奥利质量流量需要用扭转力进行流量计算 流量计安装时不能产生应 力 因此在进行流量计校准时要特别注意如下 安装管道必须对心 安装管路 的法兰平面要平行 流量计法兰与管道法兰连接旋紧螺栓时要均匀用力 不能 使用流量计来校直管路 图 4 易产生应力的情况 3 2 零点 阻尼系数的影响 与其他的机械 电气系统一样 科里奥利质量流量计也有零点调整问题 科里奥利质量流量计厂家给出的流量范围一般从零流量开始 用户根据自己的 需要确定最小与最大流量 对于一些流量计其最小流量可能较低 此时零点偏 移对精度的影响较大 因此 JJG 1038 2008 科里奥利质量流量计 检定规程中规定 流量计在 可以达到的最大检定流量的 50 以上运行一段时间 一般不少于 10min 然后按 说明书的要求进行零点调整 由于厂家不一样调零的方法也不一样 但有一些 必须都需要注意的地方 零点调整前必须关闭 小信号切除 功能 流量计充 满介质且上下游阀门关闭等 阻尼系数的影响 科里奥利质量流量计与涡轮 涡街 容积式流量计相比 其最基本的测量对象不同 科里奥利质量流量计测量对象 t 涡轮等的测量对象 连续脉冲 固有 这样科里奥利质量流量计就涉及到采样及读数更新率的问题 此更新率也 影响了其输出 科里奥利质量流量计动态响应速度极快 流体波动及流体噪声都能被科里 奥利质量流量计反应出来 而涡轮 容积式流量计则由于其机械惯性对小的流 体波动及噪声具有平滑作用 因此科里奥利质量流量计为了使读数更加稳定 一般都加入了阻尼系数这一设置用于平滑波动及噪声 3 3 静电影响 科里奥利质量流量计不同于传统的流量计 具有大量的信号采集 信号处 理电路 驱动线圈信号 检测线圈信号 RTD 元件的配线都连接到其核心处理 器 核心处理器由微处理器等构成 属于精密器件 应特别注意静电防护 避 免核心处理器击穿 损坏 在校准时应注意 接地保护 介质属性 安装方式 将流量计外壳与装置 地用粗线相连 3 4 安装方式 振动的影响 由于测量管形状及结构设计的差异 同一口径相近流量范围不同型号传感 器的重量和尺寸差别很大 例如 80mm 口径者仅 45kg 重者达 150 200kg 还 有安装要求亦千差万别 因此必须按照制造厂规定的安装方法和趋避禁止事项 如安装方向 安装支撑等 由于科里奥利质量流量计通过振动进行测量 管路振动有时也会对流量计 产生影响 因此为隔离管道振动影响仪表 有时候传感器与管道之间要以柔性 管连接 而柔性管与传感器之间又要一段有支撑件分别固定的刚性直管 校准时注意 按照制造厂商的要求安装流量计 如果校准装置本身管路振 动较大则需要制造制造专门的支撑底座进行安装 4 4 定期检查与维护措施定期检查与维护措施 4 1 流量计密封性能的检查维护 流量计在现场使用 特别是应用在有腐蚀性气体 潮湿或粉尘多的环境中 要经常注意检查传感器接线口处的密封完好情况 以防腐蚀接线端子 造成仪 表不能正常运行 4 2 工作参数的检查 流量计在使用过程中 应经常注意所设置的工作参数是否发生了变化 所 显示的流量 密度 温度值是否正常 如与实际情况有较大的出入 可按使用 说明书中所叙述的方法重新进行校准 若上述工作完成之后仍感觉不正常 则 应查看变送器内部设置的各工作参数是否正确 4 3 定期观察流量计的故障指示 根据流量计的型号 规格 生产厂家的不同 故障显示方式和内容也各有所 异 对不同的故障告警指示 可查看产品使用说明书以确定故障原因 进行处 理 4 4 定期全面检查维护 对于使用中的流量计 应定期地进行全面检查 从传感器的外观 安装牢固 程度 工艺管线的振动 变送器和显示仪表的指示等方面着手逐项全面检查 发现问题应及时处理 4 5 流量计的周期检定和比对 流量计使用一段时间后 应按要求进行周期检定 以确定流量计的使用性 能 根据JJG 897 95质量流量计国家检定规程 质量流量计的检定周期根据使 用情况确定 用于贸易结算的一般不超过1年 在条件许可的情况下 可定期与 其他计量手段进行比对 以确认流量计的运行是否正常 4 6 建立流量计的档案 为了确保流量计长期可靠的运行 用户应建立流量计的档案 把每次检查 维护和检定情况作详细记录并装入档案中 以利今后更好的维护和使用 5 5 景德镇景德镇 CNGCNG 母站计量管理存在的问题及整改建议母站计量管理存在的问题及整改建议 5 1 进气管线缺少计量装置 目前景德镇末站到 CNG 加气母站的进气管线缺少计量装置 调压撬也不带 计量装置 这样就给 CNG 加气母站的计量管理带来极大的不便 建议公司在景 德镇末站至 CNG 的进气管线上加装涡轮流量计 这样每天的进气量与销售气量 可以进行比对 出现较大误差时便于及时查找原因 避免出现较大的误差 给 公司造成经济损失 5 2 工艺设备缺陷造成的计量输差 目前景德镇 CNG 加气母站的天然气脱水装置存在工艺及设计上的缺陷 导 致气体脱水效果差 露点温度不达标 脱水装置目前达不到设计要求 只能采 取减压再生的方式来提高脱水效果 所以每次再生干燥塔前需要泄压至 200 300PSI 等压再生系统压力为 500PSI 需要放掉系统内的一部分天然气 每天 再生 1 2 次 这样算下来也是一笔不小的输差 5 3 景德镇末站天然气密度与压缩后天然气的密度存在误差 科里奥利质量流量计用体积作为计量单位时 密度值的变化引起的影响是 不容忽视的 一般天然气的组分报告都是在气田或长输管线的末站采样 它所 得出的气体密度与质量流量计计量时的压缩天然气密度 换算成标准状态 有 着较大误差 因为科里奥利质量流量计计量的天然气 是经过脱水干燥 混油 除油 分离部分高碳烃后的压缩天然气 其密度必然要发生变化 经过脱水脱 烃后的天然气密度会变小 如果以末站天然气密度作为质量流量计设定密度 那么经过质量流量计计量后换算出的体积数就会偏小 这时候计量误差就出来 了 最好的办法是在加气机后取样 测出压缩后的天然气密度用于校准计量仪 器 保证压缩