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1、2023/1/19,1,天然气超声流量计量系统,天然气超声流量计量相关概念及系统组成简介。,2023/1/19,2,一、相关概念,流量 flow rate 流体流过一定截面的量称为流量。流量是瞬时流量和累积流量的统称。在一段时间内流体流过一定截面的量称为累积流量，也称总量。当时间很短时，流体流过一定截面的量称为瞬时流量，在不会产生误解的情况下，瞬时流量也可简称流量。流量用体积单位表示时称为体积流量，用质量单位表示时称为质量流量，用能量单位表示时称为能量流量。最大流量 maximum flow-rate(Qmax)满足计量性能要求的最大流量。最小流量 minimum flow-rate(Qmin
2、)满足计量性能要求的最小流量。,2023/1/19,3,一、相关概念,流量范围 flow-rate range 由最大流量和最小流量所限定的范围，在该范围内满足计量性能的要求。工况流量 working condition flow-rate 流量计在其工作条件下测得的介质的流量为工况流量。标况流量 standard condition flow-rate 流量计测得的工况流量经计算转化为标准参比条件下的流量，称为标况流量。采用体积计量时，标况流量表示绝对压力为 101.325kPa、温度为 20时测得的流量，称为标况体积流量；采用能量计量时，标况流量表示绝对压力为 101.325kPa、温度为
3、 20、干基时测得的流量，称为标况能量流量。,2023/1/19,4,一、相关概念,工作条件 working conditions 流经装置并符合一次装置规范的被测流体物理性质的特性值。工作温度 working temperature 流经一次装置并符合一次装置规范的被测流体的温度。设计压力 design pressure 在相应的设计温度下，用以确定管道计算壁厚及其它元件尺寸的压力，该压力为管道的内部压力时称为设计内压力，为外部压力时称设计外压力。操作压力 operating pressure 在稳定操作条件下，一个系统内介质的压力。在正常操作条件下，管道系统中的最大实际操作压力称之为最大操
4、作压力；所能连续操作的最大压力称之为最大允许操作压力。,2023/1/19,5,一、相关概念,计量站 measuring station 由入口和出口管道、截断阀及其他设备安装成可被封隔的、用于天然气贸易计量的设施。计量系统 measuring system 用于实现专门计量的配套计量仪表和其它设备。流量计算机 flow computer 计算和指示标准参比条件下的流量等参数的装置。,2023/1/19,6,检定 verification 据有关计量器具的检定规程，查明和确认计量器具是否符合法定要求的程序。它包括检查、加标记和（或）出具检定证书。校准 calibration 在规定条件下，为确
5、定测量仪器或测量系统所指示的量值，与对应的由标准所复现的量值之间的一组操作。（标定的涵义之一）,一、相关概念,2023/1/19,7,一、相关概念,实流检定或校准 actual flow verification or calibration 以天然气、空气或水等为介质所进行的流量计检定或校准。比对 comparison 同类基准、标准或器具之间的量值比较。核查流量计 check flow meter 只用于核查、比对的已知准确度等级的流量计。,2023/1/19,8,一、相关概念,计量监督系统 metrological supervise system 为核查计量器具是否依照计量法律、法规正
6、确使用和诚实使用，而对计量器具制造、安装、修理或使用进行控制的系统。量值溯源 traceability of the value of quantity 通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链，使测量结果或测量标准的值能够与规定的参考标准，通常是与国家测量标准或国际测量标准联系起来。,2023/1/19,9,一、相关概念,流量测量装置 flow measuring equipment 用以确定流量量值的装置。计量橇（针对天然气输送计量）是指被整体安装在钢结构平台上的计量仪表（不包括流量计算机和组分分析仪表）和工艺系统部分。在计量橇工艺安装时，汇气管、截断阀、直管段和流量计等需要用管架/管托进
7、行支撑，把前、后汇气管和几路并联的流量计测量管路都支撑固定，集成在一个整体的钢结构平台上，这个整体集成部分称为计量橇。,2023/1/19,10,一、相关概念,计量橇（实物图）,气体超声流量计,强制密封球阀+电动执行机构,上游直管段 20D+10D,下游汇气管,橇座钢架,信号箱,上游手动球阀,动力电源箱,下游汇气管,2023/1/19,11,二、天然气超声计量系统的组成,天然气超声计量系统的组成 首先这里界定的天然气超声计量系统为用于天然气贸易交接的计量系统。主要由超声流量计量仪表、工艺系统和控制系统三部分组成。计量系统应满足 GB/T 18603的要求。计量系统应同时满足体积计量和能量计量的
8、功能要求。贸易计量系统的系统最大允许误差应不低于1%，其中采用的流量计的最大允许误差在 qtqmax范围内应优于0.5%。发热量测量系统的不确定度应优于0.5%。它是企业进行贸易交接、经济分析、成本核算的主要依据。1、计量仪表组成 主要由气体超声流量计和配套流量计算机、温度变送器、压力（差压）变送器、组分分析仪表等组成。,2023/1/19,12,二、天然气超声计量系统的组成,1）在天然气贸易计量系统中，组分分析仪表主要是指在线或离线色谱分析仪。（常见品牌有DANIEL的Danalyzer 570 GC2350A,ELSTER的EnCAL3000,ABB 8200 NGC等）2）在线水露点测量
9、仪和在线硫化氢测量仪是用于监测天然气气质的一项重要的指标，目前该指标不参与流量计算。(常见品牌德国BARTEC HYGROPHIL F5673 DT和美国Amtek 933型H2S分析仪)3）超声流量计是指时间传播法的多声道气体超声流量计，其应用标准应符合 GB/T 18604。满足（GB/T 18603）天然气贸易计量准确度方面的要求。,2023/1/19,13,二、天然气超声计量系统的组成,4）流量计算机由信号转换、采集、计算、处理和输出等单元组成。5）温度变送器用于被测天然气温度的准确测量。以用于工况流量向标准参比条件下流量的换算以及天然气物性参数计算。6）压力变送器用于被测天然气压力的
10、准确测量。以用于工况流量向标准参比条件下流量的换算以及天然气物性参数计算。,2023/1/19,14,二、天然气超声计量系统的组成,组份分析小屋简介,气体在线色谱分析仪系统全套包括：取样系统，样气处理系统，检测分析，数据处理系统，显示及信号传输系统，载气，标样气及相应的管路附件等，软件含在全套设备内。分析小屋材料为不锈钢板橇式预制，包括：保湿隔热屋体，内配套通风，防爆空调，内部供配电、照明、安全接地；可燃气体检测，防爆接线箱，内部设备固定及安装用支架，支座，防静电地板等。,2023/1/19,15,二、天然气超声计量系统的组成,组份分析小屋简介,2023/1/19,16,二、天然气超声计量系统
11、的组成,计量仪表组成,包括测量管段、换能器、信号处理单元,温度、压力变送器,流量计算机,色谱分析仪,流量计配套上、下游直管段，流动调整器及工艺参数就显示压力、温度仪表；,2023/1/19,17,二、天然气超声计量系统的组成,计量仪表配套防爆接线箱接线箱配备了葛兰和接线端子，安装在撬座的边缘。接线箱符合现场防爆要求，通常设计以下三种接线箱：电源接线箱 模拟信号接线箱 通讯信号接线箱在接线箱中作为备用预留额外的接线端子。另外，用户单独给每个阀门的电动执行机构分别提供380V 交流电源，并分别引至每个电动执行机构旁边。,2023/1/19,18,二、天然气超声计量系统的组成,2、工艺系统1）工艺系
12、统主要是由前、后汇气管和几条并联的流量计测量管路组成；每条流量计测量管路上是由前、后截断阀，流量计前、后直管段，流动调整器等组成。2）除了流量计算机、在线色谱分析仪、在线水露点测量仪和在线硫化氢测量仪外，计量仪表均被安装在工艺系统上。3）流量计测量管路不允许设旁通支路。4）工艺系统中，还包括入口压力平衡阀、放空阀管路，在前、后汇气管上还装有排污阀等。,2023/1/19,19,二、天然气超声计量系统的组成,工艺系统（示意图）,2023/1/19,20,二、天然气超声计量系统的组成,计量系统设计原则（示意图）,CL-1气体超声流量计,分析小屋,2023/1/19,21,二、天然气超声计量系统的组
13、成,3、控制系统1）控制系统主要完成计量系统上的电动阀门控制和流程切换以及数据采集、计算处理等功能。2）一般，计量系统不单独配置控制系统，而是使用计量站内设置的控制系统（站控系统）对计量系统上的电动阀门进行操作控制，完成流程切换；使用流量计配套的流量计算机将流量、温度、压力和组分信号进行采集计算，计量数据由流量计算机通信上传至站控系统。最后，由站控系统将有关计量数据、控制数据和状态上传至调控中心。,2023/1/19,22,二、天然气超声计量系统的组成,计量控制柜,标准仪表盘和照明设计、散热风扇等附件。机柜为整体型，有前后开门，门有锁尺寸。2100mm高（含100mm 底座），800mm深，8
14、00mm 宽。电缆从底部进入机柜，电缆和接线都是标准PVC绝缘电缆，符合DIN 或UL 1015标准。内设置接线端子、端子保险丝及汇线槽。24V DC 开关电源，蓄电池、防浪涌保护器、安全栅、以太网 Hub。FCL-1型 流量计算机，盘式安装。通常24台流量计算机一套标准柜。,2023/1/19,23,二、天然气超声计量系统的组成,计量控制柜外形图,2023/1/19,24,1、超声流量计的选用1）超声流量计是指时间传播法的多声道气体超声流量计，其应用标准应符合 GB/T18604。2）适用于高压、大流量计量应使用气体超声流量计。3）在设计时，应考虑振动、噪声对超声流量计性能的影响，如超声流量
15、计下游配置调节阀时，应使用法兰夹持式 19 管降噪器或 T 型头来降低噪声对超声流量计的影响。4）超声流量计应具备声速检验所需的各项功能。,三、超声计量仪表的配置导则,2023/1/19,25,超声流量计降噪措施的选用,三、超声计量仪表的配置导则,降噪管,2023/1/19,26,三、超声计量仪表的配置导则,2、流量计算机的选用1）选用的流量计算机应获得相关机构的认证，例如国家质量监督检验检疫总局或 OIML、PTB、NEL 或 API 等贸易计量认证，才能用于贸易交接计量。2）流量计算机与流量计应是一对一配置方式。3）流量计算机可直接接收现场的流量、温度、压力、组分等信号，并进行流量补偿计算
16、。具备采集、计算、累计、显示、存储等功能。4）能将有关信息通过数据通信接口传送到站控系统。,2023/1/19,27,三、超声计量仪表的配置导则,3、温度、压力变送器的选用1）量程的选择：测量介质的工作温度、压力范围，应使测量范围落在满量程的1/33/4；注意防爆的要求，机械接口、电气接口的选择；2）温度传感器选择上要考虑测量介质压力及是否具有腐蚀性杂质，以便确定热电阻的铠装热套管或保护套管的材质；当管线设计压力6.3MPa 时，应采用法兰或焊接连接温度计套管。用于贸易计量补偿运算的变送器要优于0.2，信号分辨率应大于0.025%，变送器准确度要适应流量测量准确度要求；其它场所使用的变送器要优
17、于0.5；3）注意准确度的要求应满足流量计系统测量不确定度的要求，一般保证其准确度为流量计的1/5。,2023/1/19,28,三、超声计量仪表的配置导则,4）计量用压力变送器的测量原理宜为电容式。计量用压力变送器应采用绝压变送器。选用灵敏度高的变送器，信号分辨率应大于0.025%，准确度要不低于0.075%，用于贸易计量补偿运算的变送器精度应提高至0.04%。变送器准确度要适应流量测量准确度要求。5）压力变送器可用于压力的准确测量，压力表只用于 压力的监测。4、在线气相色谱分析仪的选用的选用 天然气的组分百分含量测量是天然气压缩因子、密度、发热量等物性参数计算的基础数据，在天然气贸易交接计量
18、中组分测量数据非常重要。,2023/1/19,29,三、超声计量仪表的配置导则,1）在满足下述条件之一时，应设置在线气相色谱分析仪：a）输气量接近或超过 10104 N m3/h的计量站场；b）在多路进气管线的每个入口处和汇合管线的出口处；c）计量站间隔 800k m 左右；d）供需双方在合同中要求的计量站。2）在线气相色谱分析仪通常安装在站场内计量系统的入口管线或进站管线处或出站管线处。,2023/1/19,30,三、超声计量仪表的配置导则,3）对于没有安装在线色谱分析仪的站场，可使用相邻分输站的天然气组分值。4）输气量超过 5104 Nm3/h 的计量站可预留在线色谱分析仪的安装位置和取样
19、接口。5、在线水露点测量仪的选用 天然气中水含量或水露点是天然气管输系统和商品天然气中一个非常重要的指标。目前，主要采用在线水露点测量仪测量天然气中的水含量或水露点。,2023/1/19,31,三、超声计量仪表的配置导则,1）在满足下述条件之一时，应设置在线水露点测量仪：a）输气管道的首站和末站及支干线入口处。b）多路进气管线的每个入口处。c）沿途压气站的入口处宜设置。d）供需双方在合同中要求的计量站。2）在线水露点测量仪应安装在站场内计量系统的入口管线处或进站管线处。,2023/1/19,32,三、超声计量仪表的配置导则,6、在线硫化氢测量仪的选用 天然气中硫化氢含量也是天然气管输系统和商品
20、天然气中一个非常重要的指标。目前，主要采用在线硫化氢测量仪测量天然气中的硫化氢含量。1）在满足下述条件之一时，应设置在线硫化氢测量仪：a）输气管道的首站和末站。b）供需双方在合同中要求的计量站。2）在线硫化氢测量仪应安装在站场内计量系统的入口管线处或进站管线处。,2023/1/19,33,三、超声计量仪表的配置导则,计量仪表的检定,计量系统在投运前应按中华人民共和国计量法的规定，对用于贸易结算的工作计量器具应进行强制首次检定并取得检定合格证书。检定方法和要求遵照国家的有关检定规程执行。计量器具在使用中应进行定期强制检定并取得检定合格证书。常用计量器具的强制检定周期参见下页表1所示：流量计宜采用
21、天然气作为介质对其进行实流首次检定和周期检定。实流检定的操作压力应与实际运行操作压力相近。,2023/1/19,34,计量仪表的检定周期,三、超声计量仪表的配置导则,表1,2023/1/19,35,四、超声计量仪表的安装,流量计机械安装,推荐配置形式：通常标配按上游10D直管段+流动调整器+上游10D直管段+流量计+下游5D直管段。如果测量现场无弯头，过滤器等扰流件的影响标配直管段的长度可省去流动调整器前的10D。气体超声流量计前端应避开调压器或调节开关阀等干扰方面的影响，以使其工作在最佳的状态。,P,T,10 DN,5 DN,3-5 DN,2023/1/19,36,四、超声计量仪表的安装,流
22、量计电气安装,SCNWS,T,10 D,3 D,电源EE ib,24V DC,22.5mm电源线,Modbus RS485 for service PC or host systems,4-20mA,4-20mA,4-20mA,3-4D,流向,E,E,脉冲信号,21.5mm 屏蔽信号电缆,E-Zone,E,流量计算机EE ia,21.5mm 屏蔽信号电缆,控制室,21.5mm 屏蔽信号电缆,21.5mm 屏蔽信号电缆,21.5mm 屏蔽信号电缆,2023/1/19,37,四、超声计量仪表的安装,典型站场站控系统配置图,2023/1/19,38,四、超声计量仪表的安装,西气东输SCADA系统和MIS框图,
