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天然氣輸銷過程中的輸差計算及其控制

發布日期:2021-06-04 作者: 點擊:

目前,天然氣輸送在管道輸送行業中受到了最高的重視,天然氣計量輸送的差異嚴重影響了輸送水平的提高。計量儀器作為計量行業的關鍵工具,其管理水平和應用水平直接影響著計量傳遞誤差的控制。為了提高經濟效益,企業必須加強對天然氣計量傳輸差異的控制和管理。簡要介紹了天然氣計量儀表的管理,進一步分析了傳輸差異的來源,提出了有效的管理和控制方法,以有效地控制天然氣傳輸差異。

1 天然氣輸差形成原因

當今天然氣被認為是一種國際上高度交易的商品, 已經成為一種有吸引力的能源。管道運輸的開放給天然氣生產商帶來了更大的競爭和更多的銷售機會,從而提高了產量。在這一重要的應用領域中,測量不確定性起著重要的經濟作用。

輸氣差值是指輸氣管道在一段時間內的輸入氣流量和輸出氣流量的差值。這種誤差分絕對誤差和相對誤差兩種,我們常說的氣體輸送速率,是指燃氣公司的購氣金額與銷售金額之差。氣體輸送誤差 =( 購買氣體體積 - 銷售量 )/ 購買氣體體積 ×100%。對于燃氣公司來說,是指從上游燃氣公司采購的量與銷售給最終用戶的量 ( 供銷差價 ) 之間的差額。綜合天然氣各行業輸送差異較大,最高可達 30% 以上,數據得到的輸送差異每增加一個百分點,都會給企業帶來巨大的損。

2 國內外天然氣輸銷輸差計算技術的比較

2.1 測量儀器應用技術

渦輪機流量計是指當流體通過擴散段時,流體被加速到一個多葉片水動力平衡渦輪轉子上。轉子速度與體積流率成正比。當轉子轉動時,安裝在儀表上的機械或電子裝置檢測每個葉片尖端的通道,從而產生與流量成正比的頻率的正弦波輸出。渦輪機儀表非常適合交付點, 因為他們的準確性提高,所以應用范圍廣泛。這個儀表可能因為液體塞而損壞。它們必須為托管移交應用進行校準,并且必須得到證明。

質量流量計測量單位時間內流過管道的流體的質量流量。體積流率是質量流量除以流體密度。由于聲速依賴于控制的液體濃度而決定。科里奧利力是質量流量計的主要原理。測量質量相對于旋轉中心移動而產生的加速度或慣性所產生的力,由振動管產生的扭轉量,流體在其中流動與其質量流量成正比。傳感器用于測量扭轉, 發射機產生線性流量信號。如果密度變化太頻繁,人工校準不足,科里奧利流量計也可以用來測量密度。

流體管道的固有振動頻率取決于管道和流體的組合質量。通過對管子的運動和固有頻率的測量,可以推導出管子中流體的質量。用管子的已知體積除以質量,就得到了流體的密度。瞬時密度測量允許通過將質量流量除以密度來計算單位時間內的流量。

孔板流量計工作的過程中,根據與孔板相關的計算, 可以用孔板計推斷出容積流量或質量流量。它采用伯努利原理,即流體的壓力和流體的速度之間存在一種關系。當速度增加時,壓力減小,反之亦然。壓降是用差壓傳感器測量的,當校準時,這個壓降就成為流量的測量值。

孔板流量計是測量大型管道中單相連續流量的一種簡便方法,而且成本較低。它具有可預測的特點,占用的空間相對較小。孔板只有在具有擬充分發展的流量剖面時才能很好地工作。這是通過上游直管長度為 20~40 管道直徑,取決于雷諾數,或使用流量調節器消除旋流和非對稱。孔板體積小,價格低廉,但比文丘里管有更高的壓力損失。

當流體退出孔板的開口時,它的橫截面在一個特定的距離內是最小和均勻的,然后流體的橫截面開始發散。在孔口的上游,在流體收斂之前,流體的壓力最大。當流體開始收斂進入孔口時,其壓力下降。當流體退出孔口開放,其壓力是最小的,這個最小壓力保持恒定的最小截面面積的流體流動在下游。

在孔口邊緣下游獲得的流體的這個最小橫截面面積稱為壓縮靜脈。差壓傳感器記錄壓差,壓差成為流體通過管道的流量的指示。金屬板通常制作有鋒利邊緣( 也稱為方邊) 的圓孔。邊緣可以是圓形的或圓錐形的,板材可以有一個與管道相同大小的孔,除了頂部或底部有一段阻塞,孔可以安裝在與管道偏心的位置,壓力開孔可以安裝在其他位置。

每種組合產生不同的流量系數,只要滿足不同的條件, 就可以預測不同的流量系數。一旦孔板設計和安裝完畢, 通過取孔板壓差的平方根并應用一個適當的常數,就可以高度確定地測量流量。甚至壓力和溫度不同的可壓縮氣體流動也可以按可接受的確定性進行測量,只需取絕對壓力和 / 或溫度的平方根,這取決于測量的目的和輔助儀器的費用。

文丘里管流量計由一段短管組成,形狀類似于靜脈收縮管,與普通管道相吻合。在文丘里管喉部對液體流動造成的阻礙在該區域產生與排放速率成正比的局部壓降。這種現象用伯努利方程來計算流量,同時引入了流量系數,通常介于 0.96 和 0.99 之間。

每個氣體或液體流量計都可以通過一個固定的或便攜式的標準儀表現場校準,或者在液體計量應用中校準。對于直徑小于 4 200 m(1.07 m)的管道,可以使用現場標準器。較大管徑的流量計必須運送到能夠處理較大流量計的校準設備,除非可以找到另一種容積校準方法。

在總表檢定應用中,一個流量計被指定為流量檢定器。它的準確度必須比要測試的儀器好四倍。在過去12 個月內,總表必須根據基本標準進行校準。為了證明流量計的正確性,被測流量計與主流量計標準器串聯使用。被測儀表與校準儀或母表之間的誤差用來產生校正系數。這個修正系數被編程到與被測儀表相連的流量計算系統中。在多路計量系統中,每個流量計必須依次檢定。

2.2 輸差控制技術

天然氣流量計在理想條件下測量天然氣流量參數,但更精確的是,天然氣的數量只能在一定的溫度和壓力范圍內測定。根據標準條件 ( 天然氣壓力為 101、325kPa 和溫度為 20℃的條件) 調整計量數據的溫度和壓力校正器可以用三種方式使用 :①根據查爾斯定律在一定的標準條件下確定體積 ;②根據理想氣體定律,確定在一定標準溫度和壓力下的體積 ;③根據已知的實際天然氣參數,確定標準條件下的體積。

傳統上,大多數操作人員根據基于時間的校準時間表進行儀表校準,并產生經常性的維護費用。然而,其他方法可能更有效。基于風險和條件的校準是其他已證實的選擇。基于時間的校準是在指定時間間隔內對設備進行校準。在選擇校準間隔時,要考慮儀器類型、操作條件、測量應用和廠家建議等因素。基于風險的校準是由測量隨時間漂移造成的財務風險程度與維護設備。基于條件的校準使用從設備或測量系統獲得的診斷數據。隨著數字化程度的提高和分析工具的可用性,基于條件的校準可以有把握地采用。

以時間為基礎的校正方法不考慮儀器是否真正需要校正,也不可能解決校正間隔期間出現的嚴重測量漂移問題。在某些情況下,可能不需要像時間表要求那樣頻繁地進行校準。校正時間表可能過于頻繁,費用過高, 或與錯誤測量有關的財務風險超過更頻繁校正的費用的情況過于罕見。

基于風險和條件的方法越來越多地用于校準調度。在財政計量的應用中,測量的流體具有相對較高的價值, 錯誤的測量可能成本高昂。財務風險源于所有測量系統固有的不確定性。如果考慮到流量和流動價值,那么財務風險就是與可能錯誤測量該流量流相關的潛在成本。在一個系統中,金融風險的大小與儀表的漂移程度相對應。

在基于風險的方法中,校準儀表的最佳時間是財務風險等于維護成本的點。對給定裝置的每一次校準或驗證,都會有數據可用,從而可以評估漂移的大小和速率。利用這些數據,確定了每個設備的漂移特性。

基于風險的校準調度的另一種方法是基于條件的方法。在當前的自動化系統中,除了與流量測量本身有關的基本信息之外,還可以捕獲和分析大量的數據。現代流量計尤其如此,它依賴于先進的電子設備。從流量計輸出的數據可以進行后處理,以便了解流量計的性能。

3 結語

計量工作是國家、社會和經濟發展的基礎工作。準確可靠的計量是我國天然氣工業快速發展的重要保證。在天然氣生產環節,計量為油氣田的生產計劃和作業調度提供了基礎數據。在天然氣輸送管道中,測量可以為天然氣管道運行狀態監測中的傳輸差異分析提供基礎數據。在天然氣銷售環節,準確的計量有助于有效地保障企業的合法經濟利益,實現天然氣的公平交易和交付。大力發展天然氣,推動我國能源生產和消費升級是我國能源戰略的重要方向。

隨著我國天然氣工業的高質量發展和對國外天然氣依存度的不斷提高,我國天然氣計量技術和標準體系將進一步完善,并與國際接軌。測量工具的可靠性保證可能從強制性檢定轉變為通過檢定或校準進行溯源。加快計量工具國產化步伐,天然氣貿易計量方式將由量計向能計轉變。


來源:國際燃氣網







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