传统的机械流量计,如气体涡轮流量计和气体腰轮流量计。由于在设备运行过程中,有机械部件持续的转动,需要对轴承进行定期的加油润滑,否则机械部件会有一定磨损而导致流量计计量偏慢,使燃气公司会造成计量损失。而应用于中低压的气体超声流量计,没有移动部件,不需要对其定期加油润滑。
气体超声流量计,使用超声探头声波原理,可进行远程诊断流量计的工作状态。根据AGA10美国气体协会报告[1],可通过输入天然气的组分、温度和压力的参数,计算出理论声道,与流量计计算的声速做比对,来远程诊断流量计的计量精度。气体超声流量计与传统机械流量计比对总结表1如下:
表1 气体超声流量计与机械式流量计比
三、主流天然气计量的流量计在高压下计量精度影响
天然气是一种洁净的能源和化工原料,在世界能源结构中的比例不断上升。世界各国利用天然气的数量也在不断增加。以中国为例, 2018年天然气表观消费量2803亿立方米[2],如若天然气计量的误差为1%,则每年由计量误差损失28.03亿立方米,经济损失巨大。
在天然气计量行业中,由于需要长距离的传输,天然气的压力需要增加到很高的压力值(例如10MPa),到终端燃气用户点(2KPa),进行逐级降压。不同流量计,由于不同的结构设计,流体雷诺数的差异,在不同压力及不同介质下,同一台流量计会有不同的精度曲线。对于国内的流量计生产厂家,在出厂检定时,都使用空气低压标定,来确定流量计的计量精度。而在国外,虽然大部分流量计厂家(例如气体涡轮流量计)有高压空气环道标定装置,但运行费用高昂,只在特殊要求下,才进行高压出厂标定。
在国内,高压气体超声流量计在使用前,需送国家第三方实流检定站(如中石油的四川华阳检定站、中石油大庆检定站、中石油南京高压检定站等)进行高压天然气标定,再安装使用。
而对于其他种类的流量计,特别是城市燃气公司,都只是依据厂家的低压空气出厂检定,以及送第三方低压空气检定后(国内第三方空气标定,普遍使用音速喷嘴负压法),随即安装到现场使用。但实际使用的天然气计量点,都有不同的压力,而且气质为天然气,与空气低压标定的数据,是否有差异,这是本文后续探讨的主要问题。
由于燃气皮膜表使用于极低的压力,气体腰轮流量计也一般在较低压力下,而高压的气体超声流量计,在使用前,送实流第三方检定时,会根据实流数据调整高压气体超声流量计的内部误差曲线。所以本文主要探讨气体涡轮流量计和中低压的气体超声流量计在不同压力的计量误差的变化。这两类产品,更多的用于有一定压力下的工商业用户,是燃气公司的重点客户群,对于燃气公司的供销差有直接的关联。
【气体涡轮流量计在高压下的计量误差变化】
气体涡轮流量计是工商业用户中使用最普遍的一种流量计。举例分析几台涡轮流量计,在德国PTB以及荷兰NMI高压天然气标定中心的数据,与流量计工厂低压空气标定的数据对比。
图1:德国PTB实验室
图2:荷兰NMI实验室
图3是一台进口某品牌气体涡轮流量计DN300 G4000 ANSI150在荷兰NMI高压标定,标定压力为2.0MPa,红色为高压标定误差曲线,绿色为工厂低压标定。
图3:误差曲线
图4是一台德国德闻的气体涡轮流量计DN100 G250 SN143706 ANSI150在德国PTB高压标定,标定压力为2.1MPa,红色为高压标定误差曲线,绿色为工厂低压标定。
图4:误差曲线
图5是一台德闻的气体涡轮流量计DN150 G1000 SN097571 ANSI300在德国PTB高压标定,标定压力为2.1MPa,红色为高压标定误差曲线,绿色为工厂低压标定。