摘,要:呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)作為全國(guó)已建非常大的儲(chǔ)氣庫(kù),在天然氣外輸計(jì)量中,計(jì)量安全性、穩(wěn)定性及精確度顯得尤為重要。目前,選用氣體超聲波流量計(jì)檢測(cè)外輸天然氣流量,實(shí)現(xiàn)貿(mào)易交接計(jì)量,計(jì)量精度高、可靠性強(qiáng)、得到界內(nèi)一致認(rèn)可。
0 引言
呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)采氣系統(tǒng)完善工程設(shè)計(jì)氣體超聲波流量計(jì)一套,包括現(xiàn)場(chǎng)
超聲波流量計(jì)、溫度補(bǔ)償儀表、壓力補(bǔ)償儀表、前后直管段、流動(dòng)整流器及流量計(jì)算機(jī),具有雙向計(jì)量功能,實(shí)現(xiàn)呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)與西部管道公司之間的貿(mào)易交接計(jì)量。
1 測(cè)量原理
氣體超聲波流量計(jì)由多對(duì)探頭傳感器、信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)、電子顯示單元等測(cè)量元件組成,配套使用流量計(jì)算機(jī)。通過(guò)對(duì)超聲脈沖傳輸時(shí)間的測(cè)量,實(shí)現(xiàn)氣體的流速測(cè)量,進(jìn)而計(jì)算出天然氣工況條件下的流量,也就是根據(jù)順氣流方向的脈沖比逆氣流方向的脈沖速度快的原理,計(jì)算出關(guān)系中的氣體流速,如圖1所示。每個(gè)探頭同時(shí)進(jìn)行收發(fā)脈沖,每對(duì)探頭通過(guò)連續(xù)進(jìn)行脈沖收發(fā)方向切換完成測(cè)量,如:一個(gè)方向的傳輸時(shí)間測(cè)量完成后,原來(lái)的脈沖發(fā)射器就變成接收器,反之亦然。此外,聲速的測(cè)量還取決于氣體的組分類(lèi)型、壓力和溫度等可以量化的因素,為了充分考慮到流態(tài)變化的影響,采用多聲道分布在幾個(gè)完全平行的平面上,每個(gè)測(cè)量平面由兩個(gè)相互交叉的聲道組成,聲道結(jié)構(gòu)依據(jù)高斯-切比雪夫原理科學(xué)排列,保證氣體流速測(cè)量和不對(duì)稱(chēng)流、渦流、切向流檢測(cè)與補(bǔ)償均達(dá)到非常優(yōu)化,如圖2所示。
2 遵循的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)
《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》(GB/T 18603-2014)。
《用氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》(GB/T 18604-2014)。
《Measurement of Gas by Multipath Ultrasonic Meters》(A.G.A No.9)。
《Speed of Sound in Natural and Other Related HydrocarbonGas》(A.G.A No.10)。
3 選型設(shè)計(jì)與應(yīng)用
3.1 超聲波流量計(jì)
◆ 超聲波流量計(jì)的量程比寬,可達(dá)到1:100的量程比,適用于流量變化幅度大的計(jì)量站場(chǎng)。
◆ 設(shè)計(jì)規(guī)范要求超聲波流量計(jì)所測(cè)管道內(nèi)天然氣介質(zhì)的流速不應(yīng)超過(guò)20m/s。目前,國(guó)際知名制造商(例如:RMG、Daniel、德國(guó)西克)所生產(chǎn)的超聲波流量計(jì)的檢測(cè)范圍是0.3 m/s ~30 m/s。
◆ 非貿(mào)易交接計(jì)量,一般選用單聲道或雙聲道超聲波流量計(jì)即可;貿(mào)易交接計(jì)量中,至少選用4聲道超聲波流量計(jì),其中聲道數(shù)量為探頭的對(duì)數(shù)。
◆ 超聲波流量計(jì)需要定期進(jìn)行實(shí)流標(biāo)定,目前,國(guó)內(nèi)各大標(biāo)定站所能標(biāo)定的超聲波流量計(jì)的非常大口徑為DN400。
◆ 超聲波流量計(jì)的安裝應(yīng)盡可能避開(kāi)振動(dòng)環(huán)境,減少振動(dòng)、噪音干擾。
◆ 依據(jù)流量計(jì)安裝使用場(chǎng)所,合理確定超聲波流量計(jì)的防爆等級(jí)及防護(hù)等級(jí)。
◆ 標(biāo)準(zhǔn)參比條件:20℃,101.325KPa。
3.2 溫度補(bǔ)償儀表
◆ 超聲波流量計(jì)補(bǔ)償用溫度檢測(cè)儀表的精度應(yīng)該優(yōu)于±0.3℃。
◆ 如果流量計(jì)只是進(jìn)行單向流測(cè)量,那么應(yīng)將測(cè)溫孔和取樣孔設(shè)在流量計(jì)下游距法蘭端面2D~5D之間;如果流量計(jì)是用于雙向流測(cè)量,那么測(cè)溫孔和取樣孔應(yīng)設(shè)在距流量計(jì)法蘭端面3D~5D之間 [3] 。
◆ 溫度計(jì)和取樣器插入深度宜為1/3D,對(duì)于大口徑流量計(jì)(DN300及以上),插入深度應(yīng)不超過(guò)125mm。
◆ 依據(jù)流量計(jì)安裝使用場(chǎng)所,合理確定溫度補(bǔ)償儀表的防爆等級(jí)及防護(hù)等級(jí)。
3.3 壓力補(bǔ)償儀表
◆ 超聲波流量計(jì)補(bǔ)償用壓力檢測(cè)儀表的精度,A級(jí)計(jì)量系統(tǒng)不低于0.2%,B級(jí)計(jì)量系統(tǒng)不低于0.5%,C級(jí)計(jì)量系統(tǒng)不低于1.0%。
◆ 超聲波流量計(jì)表體應(yīng)至少有一個(gè)取壓孔用以測(cè)量靜壓,每個(gè)取壓孔應(yīng)具有裝隔離閥的內(nèi)螺紋,并且具有能將隔離閥直接安裝在取壓孔上的回轉(zhuǎn)空間,內(nèi)螺紋的規(guī)格宜為1/4″NPTF或1/2″NPTF。
◆ 壓力補(bǔ)償儀表一般選擇安裝于超聲波流量計(jì)本體,也可以根據(jù)業(yè)主要求,安裝于超聲波流量計(jì)的前后直管段。
◆ 依據(jù)流量計(jì)安裝使用場(chǎng)所,合理確定壓力補(bǔ)償儀表的防爆等級(jí)及防護(hù)等級(jí)。
3.4 直管段
◆ 流量計(jì)單向計(jì)量,不帶整流器的情況下,流量計(jì)上游至少需要50D的直管段;流量計(jì)下游直管段長(zhǎng)度至少應(yīng)為5D。
◆ 流量計(jì)單向計(jì)量,帶有流動(dòng)整流器的情況下,流量計(jì)上游至少需要30D的直管段,且流動(dòng)整流器宜安裝在流量計(jì)上游10D處。流量計(jì)下游直管段長(zhǎng)度至少應(yīng)為5D。
◆ 流量計(jì)雙向計(jì)量,帶有流動(dòng)整流器的情況下,流量計(jì)上游至少需要30D的直管段,流量計(jì)下游至少需要30D的直管段,且流動(dòng)整流器分別安裝在流量計(jì)上游/下游10D處為宜。
◆ 直管段與流動(dòng)整流器、超聲波流量計(jì)、上下游管線之間均采用法蘭安裝。
3.5 流動(dòng)整流器
◆ 整流板的孔板厚度應(yīng)在0.125D~0.25D之間。
◆ 孔板式流動(dòng)調(diào)整器應(yīng)選用不銹鋼板材料制造。
◆ 根據(jù)超聲波流量計(jì)制造商要求,合理選用19束、25束或其他型式的流動(dòng)整流器。
3.6 流量計(jì)算機(jī)
◆ 超聲波流量計(jì)一般配套使用流量計(jì)算機(jī),用于流量計(jì)控制和工作的計(jì)算機(jī)代碼應(yīng)當(dāng)存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中,所有流量計(jì)算常數(shù)和人工輸入的參數(shù)也應(yīng)當(dāng)存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中。
◆ 流量計(jì)算機(jī)應(yīng)采用LCD顯示方式,其面板應(yīng)帶操作按鍵,可任意選擇顯示內(nèi)容。一般依據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間,合理計(jì)算出流量計(jì)算機(jī)的顯示精度,例如能達(dá)到小數(shù)點(diǎn)前10位及小數(shù)點(diǎn)后4位,如圖3所示。
◆ 流量計(jì)算機(jī)采用柜式安裝方式,放置于儀表控制室內(nèi)。
4 總結(jié)
呼圖壁儲(chǔ)氣庫(kù)依據(jù)天然氣出氣能力,成功選用超聲波流量計(jì)作為貿(mào)易交接計(jì)量?jī)x表,投運(yùn)至今,平穩(wěn)運(yùn)行,無(wú)故障發(fā)生,得到使用方一致好評(píng),在新疆地區(qū)得到廣泛應(yīng)用,為天然氣外輸計(jì)量領(lǐng)域做出巨大貢獻(xiàn)。
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