燃气计量分析.

燃 气 计 量 燃 气 计 量 目录 一、燃气计量规则 二、燃气表工作原理及特性 三、燃气温压补偿 四、燃气计量管理 一、燃气计量规则 1 计量： 实现单位统一、量值准确可靠的活动。 广义的理解是指有关测量知识的整个领域。计 量在历史上称之为“度量衡”。随着生产和科 学技术 的发展，现代计量已远远超出“度量衡”的范围。现 有长度、热学、力学、 电磁学、无线电、时间频率 、电离辐射、光学、声学、化学等计量专业。计量 涉及到工农业生产、国防建设、科学试验、国内 外 贸易、人民生活等各方面，是国民经济的一项重要 的技术基础。 一、燃气计量规则 2 燃气计量： 对管道中燃气通过量的测定和记录。 计量燃气的装置称燃气表或燃气流量计，用 以累计通过管道的燃气的体积或质量。有些流量 计只测定单位时间燃气通过量，须经过换算机构 才能显示累计量。由于气体计量易受温度和压力 的影响，计量装置上可附设温度和压力补偿装置 。 一、燃气计量规则 3 标准状态： 从气态方程PV=nRT可知，气体的三个参量P、 V、T 根据上面的公式相关联，对于一定量的气体 确定其中两个参量，另一个参量也就被确定。在 中国燃气行业通常确定：温度20，压力 101.325Kpa为标准状态。在这一状态下，进行体 积贸易交接。 3.1 标况（体积）：气体在标准状态（温度20 ，压力101.325Kpa）下的体积。 3.2、工况（体积）：气体在工况温度和压力下 的体积。 一、燃气计量规则 4 天然气组分： 4.1 组分： 天然气是一种多组分的混合气体，主要 成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另 有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般 还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气， 以及微量的惰性气体，如氦和氩等。在 燃气工程技术里，“天然气组分”是指某 种天然气中以上这些组成成分所占的百 分比。 一、燃气计量规则 4.2 天然气密度 4.2.1绝对密度：在物理学中,把某种物质 单位体积的质量叫做这种物质的密度。 我们研究都是标准状况下的天然气问题 ，因此可以定义绝对密度为：1标准立方 米天然气的质量，单位：kg/Nm3 一、燃气计量规则 4.2.2 相对密度：物质的密度与参考物质的密 度在各自规定的条件下之比。符号为d，无量 纲量。一般，相对密度只用于气体，作为参考 密度的是在标准状态下干燥空气的密度，为 1.2930kg/m3(温度0，压力101.325Kpa） 。 在燃气行业实际应用中标准状态（温度20， 压力101.325Kpa）下干燥空气的密度，为 1.20449kg/m3。 一、燃气计量规则 5 天然气的计量标准： 在天然气标准体系中，计量标准是核心。天然 气计量方式有能量计量和体积计量之分。 5.1体积计量：以“立方米”为单位的天然气计量 。我们与上游交接是按标准立方米（标况温度 20，压力101.325Kpa）。我们与下游交接既 有标准立方米也有工况立方米（如普通居民用 户）。 一、燃气计量规则 5.2质量计量：以kg为单位的天然气计量。如LNG贸 易交接计量，及CNG的基础计量。 5.3能量计量：以“热值”为单位的天然气计量。 作为能源的天然气，人们关注的是它的热值，即发 热量。天然气是一种混合物气体，除烷烃以外还含 有部分二氧化碳和氮气等不可燃物质，这些不可燃 物质并不产生热值。同样是天然气，不同产地的天 然气发热量差别很大。例如美国的天然气体积发热 量最小为36.1MJ/m3，最大为45MJ/m3，二者相差 24.6。我国管输商品天然气的高热量最小为 33.90MJ/m3，最大为44.35MJ/m3，二者相差30.8 。 各气源厂天然气组分统计表 一、燃气计量规则 因此，天然气的体积并不能真正体现其作为能 源的价值。在贸易结算中，按体积计量的方式 也不符合按质论价、优质优价的商品交易原则 ，不利于科学合理地利用有限的天然气资源， 对供需双方都不合理。 从国外的发展经验看，能量计量较好地解决了 按质论价、优质优价的问题，使消费者真正购 买到有用的天然气；同时促进供气商改进天然 气处理工艺，尽量去除二氧化碳等不可燃物 显然，采用能量计量比单纯用体积计量更符合 天然气产业的发展规律。 一、燃气计量规则 6 天然气计量机理： 6.1管道气计量：采用体积计量方式。 管道天然气流量计量是通过测量气体 流量、温度、压力、天然气组分，然后 将这些测量信号输入到流量计算机或体 积修正仪，再按照天然气流量计算气态 方程进行计算和补偿，最终得到标况流 量。 一、燃气计量规则 一、燃气计量规则 从上面公式可以看出，天然气标况体 积流量与流量、温度、压力、天然气组分 等参量相关，其中任何一个量测量不准确 ，都会影响天然气计量的准确性。 对于普通民用户，通常使用皮膜表进 行计量，则只进行流量测量，没有考虑温 度、压力等因素的影响，实际上是进行工 况体积计量 一、燃气计量规则 6.2 CNG气体计量 由于CNG气体压力高达20Mpa以上，只有质量 流量计才能完成高压下的计量。CNG气计量首 先测量出气体的质量。然后除以气体的绝对密 度，换算成标况流量显示并结算。 换算公式： 标况流量=气体质量/气体密度 从上式可以看出，气体的密度在CNG气体 结算中的重要性。因此使用CNG和销售CNG 公司要实时了解自己所用天然气密度值及加气 机的密度设定值。 一、燃气计量规则 6.3 LNG液化天然气计量： LNG购入计量通常采用称重法，利用衡器进行计 量并与上游进行贸易交接。使用时我们首先进行 汽化，然后以体积计量与我们的用户进行贸易交 接。天然气的汽化率计算公式如下： 天然气量（标况）=1000Kg/气体密度 从上式可以看出，气体的绝对密度直接关系到燃 气汽化率的大小。各气源厂天然气组分统计表 列出了各LNG产地的气体密度，可以看出气体 密度变化较大，相应的汽化率变化也非常大。这 就提示我们采购时要关注LNG气体的密度，在生 产过程控制中要了解气体的汽化率及燃气的热值 。 一、燃气计量规则 7、范围度（量程比） 范围度为上限流量和下限流量的比值 ，其值愈大流量测量范围愈宽。 二、燃气表工作原理及特性 1、皮膜表 1.1工作原理： 被测量的燃气从表的入口进入，充满表内空间 ，经过开放的滑阀座孔进入计量室2及4，依靠薄膜 两面的气体压力差推动计量室的薄膜膨胀运动，迫 使计量室1及3内的气体通过滑阀及分配室从出口流 出。当薄膜运动到尽头时，依靠转动机构的惯性作 用使滑阀盖相反运动。计量室1、3和入口相通，2、 4和出口相通，薄膜往返运动一次，完成一个回转， 形成一个回转流量，流量表也就记一个回转数。膜 式表的积累流量值即为回转流量和回转数的乘积。 二、燃气表工作原理及特性 二、燃气表工作原理及特性 膜式表的性能曲线 1计量误差曲线；2压力损失曲线；3压 力跳动曲线 二、燃气表工作原理及特性 1.2优点 1.2.1皮膜表的最大优点是量程比较宽，可以达到1 ：160，特别适用于流量变化很大的用户。 1.2.2皮膜表另一个优点是价格低廉。 1.3 缺点 1.3.1工况计量，没有温压修正。对于平原地区带 来压力计量损失，对于寒冷地区带来温度计量损失 。 1.3.2低温室外环境下，由于结构、材料等方面问 题皮膜表转速偏慢，带来计量损失（目前不能确定 偏慢多少）。 二、燃气表工作原理及特性 1.4 应用 1、皮膜表尽可能户内安装。 2、壁挂炉用户建议使用带温度补偿皮膜表。 3、寒冷地区（特别海拔较高地区）应考虑用 温度补偿皮膜表对小商业用户进行计量。 二、燃气表工作原理及特性 2、孔板流量计 2.1工作原理 孔板流量计是以伯努利方程和流体连续性 方程为依据。根据节流原理，充满管道的流体 ，当它们流经管道内的节流装置时，流束将在 节流装置的节流件处形成局部收缩，从而使流 速增加，静压力低，于是在节流件前后便产生 了压力降，即压差，介质流动的流量越大，在 节流件前后产生的压差就越大，孔板流量计可 以通过测量压差来衡量流体流量的大小。 二、燃气表工作原理及特性 二、燃气表工作原理及特性 流体流经孔板时，差压P与流体流量间有： 二、燃气表工作原理及特性 2.2优点： （1）孔板式流量计结构简单、牢固。性能稳定可靠 ,使用寿命长、价格低廉 。 （2）应用范围极广泛,至今尚无任何一类流量计可 与之相比，全部单相流体，包括液、气、蒸汽皆可 测量，部分混相流。 （3）标准孔板式流量计无需实流校准，即可投用， 在流量计中也是唯一的。 2.3缺点： （1）由于附属设备过多、分散，流量计现场安装难 以达到高标准，导致测量重复性、精度普遍偏低。 二、燃气表工作原理及特性 （2）范围度窄，由于差压信号与流量为平方关系， 一般范围度仅3:14:1。 （3）现场安装条件要求高，需要较长的直管段。 （4）压损大。 （5）可调整的部件很多，难于监督管理。 （6）流量表维护量大，需要经常拆下清洗、检测 。 由于孔板流量计对气体组分非常敏感，需要密切 跟踪气体组分变化，及时调整才能获得准确的计量 。 我们认为孔板流量计适用于对稳定大流量下游用户 计量，如果是单独的用户就更适合。 二、燃气表工作原理及特性 3涡轮流量计 3.1 工作原理： 当流体流经涡轮流量传感器时，在 流体推力作用下涡轮受力旋转，其转速 与流体平均流速成正比，涡轮转动周期 地改变磁电转换器的磁阻值，检测线圈 中的磁通随之发生周期性变化，产生周 期性的电脉冲信号。该电脉冲信号与流 经涡轮流量传感器处流体的体积流量成 正比。 二、燃气表工作原理及特性 二、燃气表工作原理及特性 3.2优点： （1）高精度，国产的一般为±1%R±1.5%R ，特殊专用 型可达±0.5%R±1.0%R。 （2）重复性好，短期重复性可达0.05%0.2%，如经常校 准或在线校准可以得到极高的精确度 。 （3）输出脉冲频率信号，适用于总量计量及与计算机连 接，无零点漂移,抗干扰能力强。可获得很高的频率信号 （34kHz），信号分辨力强。 （4）范围度较宽，中大口径可达20：130：1，小口径为 5：110：1。 （5）结构紧凑轻巧，安装维护方便，流通能力大，不断 气。 （6）可用于高压测量，仪表表体上不必开孔，易制成高 压型仪表。 二、燃气表工作原理及特性 3.3缺点： （1）不能长期保持校准特性，需要定期检定，检定周 期为两年。 （2）流量计受来流流速分布畸变和旋转流的影响较大 ，传感器上下游侧需设置较长直管段。理论上前直管段 应10D。 （3）对被测介质的清洁度要求较高，虽然可安装过滤 器以适应脏污介质，但也带来压损增大、维护量增加等 副作用。 （4）小口径（DN50以下）仪表的流量特性受物性影响 严重，故小口径涡轮流的仪表性能难以提高， 建议使用DN80以上口径的涡轮表。 二、燃气表工作原理及特性 4腰轮流量计（也称罗茨流量计） 4.1工作原理： 随着气体的通过，仪表入口和出口间产生的 差压作用在由高精密同步轮联结在一起的一对腰 轮上，从而驱动腰轮轮流旋转。在这期间，腰轮 与壳体内壁形成的计量腔周期地充气和排气，腰 轮的转数与通过仪表的气体体积量成正比。腰轮 的旋转经由多级齿轮系减速，然后经磁性耦合传 送到计数器，累计流过的气体总量。 二、燃气表工作原理及特性 二、燃气表工作原理及特性 4.2优点: （1）计量精度高，坚固而不变的计量室，确 保永久、非调整的高精度和良好的重复性。 （2）旋转流和管道阻流件流速畸变对计量精 度没有影响，没有前后直管段要求。 （3）始动流量小，测量范围度