高壓天然氣流量標(biāo)定裝置-壓縮版

上海工業(yè)自動化儀表研究所SHANGHAIINSTITUTEOFPROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATIONCALIBRATIONUNDERHIGHPRESSUREFORNATURALGASFLOWMETERS天然氣流量儀表上海的天然氣應(yīng)用概況目前上海的天然氣總用量約為每年20億立方米。到2010年上海世博會期間，上海天然氣年用量為55～60億立方米。屆時天然氣的用量將從占能源總量的3%提高到7%，上海居民都可用上天然氣。在上海，每增用10億立方米天然氣就可少用51萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能源；每萬元GDP能耗下降0.4%。上海天然氣的三個來源西氣東輸：到2008年西氣總供應(yīng)量可達120億立方米，上海目前僅得到10億立方米，到2008年可達20億立方米。而在規(guī)劃期間，中石油承諾到2010年供應(yīng)70億立方米。東海平湖天然氣：每年可穩(wěn)定供氣6億立方米。進口液化天然氣（LNG）：在建的馬來西亞LNG進口項目將在2009年開始供氣，初期每年110萬噸，2010年可達300萬噸（相當(dāng)于40億立方米）。合同期為25年。即使計劃全部實現(xiàn)，上海的天然氣供應(yīng)形勢仍非常嚴(yán)峻，供需雙方斤斤計較不可避免。天然氣流量計量的準(zhǔn)確性將是供需雙方最關(guān)心的問題。全國各城市的供氣情況大致相同。西氣東輸二期工程將于2008年開工，中亞天然氣管道將匯入新疆西氣管網(wǎng)。2010年完工時可供氣年300億立方米；四川天然氣將進入上海，屆時可望供應(yīng)情況有較大改善。LNG運輸船西氣東輸場站精確貿(mào)易計量對流量儀表的要求：制造商應(yīng)提供穩(wěn)定可靠的流量計；流量計出廠前應(yīng)精確標(biāo)定；流量計在使用過程中應(yīng)保持準(zhǔn)確。ProficiencyFlowMeasurementandCustodyTransfer在常壓下標(biāo)定的流量計能否用于高壓應(yīng)用場合？06506500Q－m3/h0＋1＋2－1－21020100%被測儀表：渦輪流量計TRZ/G4000/DN300試驗地點：Dordrecht,NMi常壓2MPa資料提供：F.Winkler（德國）04004000Q－m3/h0＋1＋2－1－21020100%被測儀表：渦街流量計WBZ/G2500/DN250試驗地點：Bergum常壓1.2MPa800資料提供：F.Winkler（德國）被測儀表：氣體超聲流量計中石油西南油氣分公司和計量站（成都）提供被測儀表：氣體超聲流量計中石油西南油氣分公司和計量站（成都）提供渦輪流量計的最小流量將隨使用壓力的增加而向下延伸，性能改進。QminHD=高壓下的最小流量（m3/h)Qmin=標(biāo)定條件下的最小流量（m3/h)dv=燃氣比重（天然氣約為0.65）p=參比壓力（絕對壓力bar）渦輪渦街超聲三種天然氣流量儀表的計量性能都在不同程度上受工作壓力的影響，而且受影響的表現(xiàn)有相似的趨勢。WHY?天然氣流量儀表在高壓下標(biāo)定的需求在常壓下標(biāo)定的天然氣流量計在高壓下性能有變化；廣泛應(yīng)用的渦輪流量計明顯受壓力影響；天然氣的價格越來越昂貴，供需雙方計較計量精度；世界天然氣工業(yè)呼吁新的計量法規(guī)和相應(yīng)技術(shù)；歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12261明文規(guī)定渦輪表應(yīng)在高壓下標(biāo)定；歐標(biāo)EN12261已經(jīng)于2003年正式執(zhí)行；世界上各種原理的高壓裝置建立已成趨勢；我國的相關(guān)計量法規(guī)必然與國際接軌；在我國建立低成本高壓裝置的時機已經(jīng)到來。氣體渦輪流量計的壓力影響德國DieterSchmittner的研究結(jié)論*渦輪流量計的高壓影響取決于雷諾數(shù)和設(shè)計，壓力影響與使用介質(zhì)的組分幾乎無關(guān)；渦輪流量計的精密加工是必須的；常壓標(biāo)定的性能必須是優(yōu)異的；在工作壓力下標(biāo)定，使誤差調(diào)整趨于零；僅有優(yōu)良的設(shè)計和加工還不夠，儀表的安裝影響同樣不可忽視。*TheHigh-PressureBehaviorofTurbineGasMeters2006年的一篇重要論文-----德法美三國臨界流文丘里噴嘴天然氣和空氣比對試驗，符合度在0.05%以內(nèi)PTB德國技術(shù)物理研究院NIST美國標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院BNM-LNE-LADG法國國家計量院天然氣試驗室CFV僅可用于湍流狀態(tài)，流出系數(shù)隨雷諾數(shù)變化而改變幾何尺寸測量的理論曲線與試驗曲線十分接近

天然氣和空氣的試驗結(jié)果僅差0.05%可喜的結(jié)論：空氣和天然氣標(biāo)定相差甚微需要澄清的概念天然氣的組分測量重要嗎？重要，對于確定天然氣的物性十分重要。不重要，對于天然氣流量計的標(biāo)定，組分影響很小。標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范的逐步升級關(guān)于天然氣流量儀表的有壓標(biāo)定AGA-7號報告（渦輪，1996年）：制造商可在出廠前以壓力低于100psig（0.69MPa）的空氣對多數(shù)渦輪流量計進行標(biāo)定；必要時進行工況壓力下的標(biāo)定。AGA-9號報告（超聲）：最好進行工況壓力下的實流標(biāo)定；原因是很多制造商僅在工廠進行靜態(tài)標(biāo)定。

EN12261（渦輪，2003年）：當(dāng)工作壓力高于0.4MPa時，同時在用戶要求和制造商明示時，氣體渦輪流量計應(yīng)在高壓下標(biāo)定。歐洲MID（檢測儀表指令，2008年）：當(dāng)工作壓力高于0.4MPa時，氣體渦輪流量計必須在高壓下標(biāo)定。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12261已經(jīng)于2003年付諸實施。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12261中的計量要求部分將于2008年列入相應(yīng)的測量儀表指令MID，成為強制性法規(guī)。MID:MeasurementinstrumentDirective重要信息歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12261的有關(guān)規(guī)定—5.2.1.1Iftestsatmorethanonepressurearecarriedout,thedifferencebetweentheresultsofthetestsbetween0.25QmaxandQmaxshallnotexceed0.5%formeterswithDN>100or1.0%formeterswithDN≤100.如果在多于一個壓力下進行，對于公稱口徑大于100的流量計，在0.25Qmax和Qmax之間的所有結(jié)果間的差不得大于0.5%；對于公稱口徑小于等于100的流量計，在0.25Qmax和Qmax之間的所有結(jié)果間的差不得大于1.0%。0.25QmaxQmax1.0%(DN≤100)0.5%(DN>100■Pressure1■

Pressure2歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12261的有關(guān)規(guī)定—5.2.1.2Forametertypespecifiedformeasurementinapressurerangebeloworequalto4bartheerrorofindicationtestshallbecarriedoutwithagasatatmosphericconditions（±100mbar）.對于特定在低于或等于4bar壓力范圍內(nèi)測量的儀表，其示值誤差試驗須用在大氣壓條件下的氣體進行。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12261的有關(guān)規(guī)定—5.2.1.2Forametertypespecifiedformeasurementinapressurerangeextendedabove

4bartheerrorofindicationtestshallbecarriedoutwithagasintherangeofthespecifiedmeteringconditions.Thetestsshallbecarriedoutatleastatthelowestandthehighestworkingpressurespecifiedbythemanufacturer.However,forspecifiedmaximumpressureabove50baratestat50barisdeemedacceptable.對于特定在高于4bar壓力范圍內(nèi)測量的儀表，其示值誤差試驗應(yīng)用在測量條件下進行。試驗至少須在制造商明示的最低壓力和最高壓力下進行。然而，當(dāng)明示的最高壓力高于50bar時，在50bar下的試驗是可以接受的。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12261的有關(guān)規(guī)定—附錄E（normative）每臺儀表出廠前試驗的計量要求（特定的儀表試驗）E.2.1規(guī)范對于用戶指定的用于最低壓力低于或等于4bar時，須進行大氣壓條件下（±100mbar）的試驗（節(jié)錄）。對于用戶指定的用于高于4bar的壓力時，須進行一個或多于一個的試驗。如果用戶指定工作壓力的上限低于或等于用戶指定工作壓力范圍下限的4倍時，僅需進行一個在Ptest下的試驗；這時可以認(rèn)為在工作壓力范圍0.5Ptest到2Ptest之間儀表可以滿足計量性能的要求（節(jié)錄）。續(xù)下頁Ptest=特定試驗時的試驗壓力，以表壓表示。例1：（僅需一個試驗）如果用戶指定的工作壓力為5bar，儀表應(yīng)在5bar下試驗，這時儀表適用于2.5bar至10bar之間。例2：（僅需一個試驗）如果用戶指定的工作壓力為15bar至35bar，儀表在20bar下試驗，這時儀表適用于10bar至40bar之間。續(xù)下頁適用壓力范圍2.5barPtest=5bar10barPtest=20bar10bar40bar15bar35bar用戶指定壓力范圍適用壓力范圍如果用戶指定的工作壓力上限高于工作壓力下限的4倍，須進行在Ptest-min和Ptest-max兩個試驗。這時可以認(rèn)為在壓力范圍0.5×Ptest-min至2×Ptest-max內(nèi)儀表可滿足計量要求。Ptest-min,Ptest-max為特定試驗壓力，以表壓表示。例3：（需要兩個試驗）如果用戶指定的工作壓力為3bar至15bar，這時需要做兩個試驗。然而，有多于一個的方法可以滿足這些條件；如果在Ptest-min=4bar和Ptest-max=8bar下試驗，這時儀表適用于2bar至16bar之間。如果被告知儀表通常運行在10bar，試驗應(yīng)在Ptest-min=4bar和Ptest-max=10bar下進行。這時儀表適用于2bar至20bar之間。適用壓力范圍2bar4bar20bar16bar10bar8bar用戶指定壓力范圍3bar15bar在型式試驗中，必須進行在制造商明示的特定壓力下的試驗。如果用戶在定貨時通知制造商儀表的常用壓力或壓力范圍，儀表出廠前必須進行在相應(yīng)壓力下的試驗。有壓試驗的目的是，取得儀表運行在相應(yīng)壓力下的加權(quán)平均誤差，并且在出廠前將儀表的誤差調(diào)整為趨近于零。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12261的有關(guān)壓力試驗的要點高壓氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的溯源音速噴嘴法標(biāo)準(zhǔn)裝置渦輪表法標(biāo)準(zhǔn)裝置Mt法基準(zhǔn)pVTt法基準(zhǔn)體積管基準(zhǔn)其他標(biāo)準(zhǔn)表法標(biāo)準(zhǔn)裝置質(zhì)量，長度，時間，溫度世界主要高壓氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置基本參數(shù)試驗室BishopAucklandDidsburyGRIMRFHPLGroningenPigsarWesterborkTCC國別英國英國美國荷蘭德國荷蘭加拿大傳遞基準(zhǔn)裝置類型在線式在線式離線式閉環(huán)法在線式在線式在線式在線式過程壓力MPa3～64～61～7.70.9～41.5～56.27試驗流體天然氣天然氣天然氣或氮氣天然氣天然氣天然氣天然氣最大流量314kg/s24kg/s44kg/s8.2kg/s72kg/s622kg/s770kg/s原始基準(zhǔn)不詳陀螺秤陀螺秤CVM流量計體積管不詳腰輪式流量計傳遞基準(zhǔn)渦輪流量計噴嘴渦輪孔板噴嘴渦輪孔板渦輪流量計渦輪流量計渦輪流量計渦輪流量計原始基準(zhǔn)質(zhì)量流量不確定度不詳0.06%0.04%0.18%0.01%不詳不詳傳遞基準(zhǔn)質(zhì)量流量不確定度0.2%40kg/s0.25%40kg/s0.2%0.2%0.19%0.15%0.15%16kg/s0.3%16kg/s0.2%25kg/s0.25%25kg/sPIGSAR

德國高壓天然氣在線標(biāo)定裝置試驗管段基準(zhǔn)體積管標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計（10臺）天然氣入口天然氣出口過濾加熱調(diào)壓G100-G10008--16--1600m3/h基準(zhǔn)體積管--德國國家高壓氣體流量基準(zhǔn)啟動閥-開活塞不動CB3B1B2A啟動閥-關(guān)活塞起始動測量段CB1B2A位置開關(guān)位置開關(guān)流向標(biāo)準(zhǔn)表標(biāo)準(zhǔn)表B3加速段測量段測量范圍：30-400m3/h壓力：9MPa不確定度：0.1～0.15%德國PIGSAR高壓在線裝置德國PIGSAR高壓在線裝置在線標(biāo)定裝置的系統(tǒng)連接

PIGSAR與天然氣管網(wǎng)的連接調(diào)壓系統(tǒng)Pigsar5-6MPa1.4MPa3.5MPa1.4--5MPa8--6500m3/h調(diào)壓系統(tǒng)至下游用氣戶在線式裝置的局限性測試壓力難以控制，需投資調(diào)壓裝置。流量調(diào)節(jié)困難，受上下游壓力影響。測試氣體排放受制于下游用戶。閉環(huán)式高壓氣體裝置閉環(huán)式高壓氣體裝置近年來閉環(huán)式空氣流量裝置被高度重視。原因是：歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12261的驅(qū)動；研究證明，對于多數(shù)儀表，特別是渦輪流量計，氣體組分的影響甚微?？梢圆捎每諝饨橘|(zhì)；不存在測試用氣體的排放問題；沒有防爆問題的困擾；流量調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)和更換氣體等問題迎刃而解；裝置壓力維持成本低，節(jié)省大量能量。不受制于外部影響，特別適用于出廠檢定。世界閉環(huán)式高壓氣體裝置建立的動態(tài)美國西南研究所SwRI-MRF的閉環(huán)高壓裝置口徑可達DN50～DN400，壓力為1～7.7MPa。介質(zhì)為空氣、天然氣或氮氣。ELSTER-INSTROMET高壓閉環(huán)氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置丹麥ForceTechnology保持高壓氣體流量的國家基準(zhǔn)流量范圍：8～10000m3/h口徑：DN50～DN400壓力范圍：0～25bar（空氣），0～50bar（天然氣）不確定度：0.20%（K=2）閉環(huán)裝置熱交換器高壓鼓風(fēng)機穩(wěn)壓過濾器被檢表標(biāo)準(zhǔn)表1標(biāo)準(zhǔn)表2標(biāo)準(zhǔn)表3高壓氣源系統(tǒng)閉環(huán)高壓氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置ELSTER-INSTROMETMAINZ-KASTEL試驗介質(zhì)：空氣（干）壓力范圍：常壓～2.5MPa流量范圍：5～1600m3/h被檢表口徑：DN50～DN200壓力等級：PN10～ANSI600標(biāo)準(zhǔn)表：渦輪TRZ-DN200渦輪TRZ-DN200腰輪IRM-1DUO