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天然气计量误差分析

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  摘 要:我国目前的天然气资源量基本上是供不应求,随着国内“煤改气”力度的加大,天然气作为清洁能源已成为我国现代化城市的首选燃料,它的使用量也在不断加大。天然气计量的准确性关系到上下游双方的经济利益。气体超声波流量计具有许多传统流量计无法相比的优点,本文主要围绕使用超声波流量计进行天然气计量时产生的计量误差原因分析并提出控制误差的有效措施。
  关键词:天然气;误差;计量;超声波流量计;控制措施
  天然气从气井开采,经脱硫、脱水处理后集输到城市用户,从计量角度天然气可分为三种类型:原料气、管道气和商品天然气,本文以管道气计量为研究对象,管道气的特点是单相、高、中压、大口径、高准确度计量。无论是测量时获得流动状态条件,还是贸易交接计量时的标准状态条件,都是处于流动压力、温度变化幅度相对较大、且无规律的状态下,此时一定要考虑压力、温度补偿和天然气组分变化。
  1 超声波流量计的组成和特点
  超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统三部分组成。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量,并将其发射到被测流体中,接收器接收到的超声波信号,经电子线路放大并转换为代表流量的电信号供给显示和积算仪表进行显示、积算从而实现了流量的检测和显示。气体超声波流量计具有许多传统流量计无法相比的优点,如:无可动件、无压损、量程宽、准确度高、耐用,适于中高压、大流量。在大口径天然气管道流量计量中逐步成为计量仪表的首选,如表一:
  2 超声波流量计计量系统的组成
  流量测量系统包括流量计和各种配套仪表和设备。超声波流量计要求计量条件下的气体密度要在规定范围内、若气体中夹带固体颗粒一般式无影响的,若有干扰可以安装过滤器、若气体中有液体,信号会受干扰变坏,发信号和接收器被黏塞,仪表功能减弱、压力和温度变化对超声波流量计没有影响、当脉动频率高于超声流量计的收发频率时会有影响、上游要保证10D长度直管段,下游需3D长度的直管段。对于不同等级的计量系统配套仪表的准确度均有不同的规定,如表二,计量系统准确度越高,其各参数测量的误差就越小。流量计的准确度并不是天然气流量测量系统的准确度,它包括流量检测系统内所使用的各个仪器仪表和设备的准确度,整个测量系统的测量不确定度需要进行合成评估来权衡。
  3 计量误差原因
  计量系统由积算仪、超声波流量计、压力变送器、温度变送器和色谱分析仪构成,可压缩气体的标准状态方程为PV=RT,其中 R为气体常数,8.314kJ/(kmol*k)。对于实际气体引入一个气体压缩系数Z,它表示实际气体与理想气体的偏离程度,PV=ZRT。
  工作条件下:PfVf=ZfRTf
  标准参比条件下:PnVn=ZnRTn
  在t1时刻,t0
  Vn=Vf(Pf /Pn)×(Tn /Tf)×(Zn /Zf)
  累计流量
  根据标准参比条件下的瞬时流量计算公式,计量系统产生误差要主要考虑以下几项原因:
  ①超声波流量计本体的原因,包括换能器的性能、声道布置方法等;
  ②超声波流量计安装环境的制约,包括管道结垢、安装上游直管段13D前人为加入阻力件、被测介质内部有噪声、天然气的流态非紊流速度分布等;
  ③温度变送器、压力变送器、积算仪和色谱分析仪故障,导致数据传输错误和计算值错误,如压力变送器根部阀门未开启则瞬时流量值为0。
  4 计量误差的控制措施
  超声波流量计计量天然气产生误差的控制措施很多,包括换能器类型的选择、带测量段的插入式换能器的安装、外夹装式的安装、信号传输电缆的性能和敷设、安装环境等,对于有超声波流量计的基层输气单位应该掌握的控制措施即超声波流量计的日常维护对计量误差的控制尤为重要。需要检查的运行参数有工作温度、工作压力、气体组成、流量计系数、各声道运行状态、零流速读数、声速、增益值、噪声、气体工作流速和流量参数核查。
  5 结论
  了解超聲波流量计的特点、超声波流量计计量系统的组成和误差原因,从日常维护工作入手,扎扎实实做好计量误差的控制工作是确保天然气贸易交接的有力保障。
  参考文献:
  [1]杨建昌.气体超声波流量计在天然气计量中的应用[J].油气储运,2002,21(9).35-37.
  [2]潘丕武.天然气计量技术基础[M].北京:石油工业出版社,2012.
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