高压天然气流量标定装置压缩版.ppt
上海工业自动化仪表研究所SHANGHAI INSTITUTE OF PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION,CALIBRATION UNDER HIGH PRESSURE FOR NATURAL GAS FLOW METERS,天然气流量仪表在高压下的标定,上海的天然气应用概况,目前上海的天然气总用量约为每年20亿立方米。到2010年上海世博会期间，上海天然气年用量为5560亿立方米。届时天然气的用量将从占能源总量的3%提高到7%，上海居民都可用上天然气。在上海，每增用10亿立方米天然气就可少用51万吨标准煤的能源；每万元GDP能耗下降0.4%。上海天然气的三个来源西气东输：到2008年西气总供应量可达120亿 立方米，上海目前仅得到10亿立方米，到2008年可达20亿立方米。而在规划期间，中石油承诺到2010年供应70亿立方米。,东海平湖天然气：每年可稳定供气6亿立方米。进口液化天然气（LNG）：在建的马来西亚LNG进口项目将在2009年开始供气，初期每年110万吨，2010年可达300万吨（相当于40亿立方米）。合同期为25年。即使计划全部实现，上海的天然气供应形势仍非常严峻，供需双方斤斤计较不可避免。天然气流量计量的准确性将是供需双方最关心的问题。全国各城市的供气情况大致相同。西气东输二期工程将于2008年开工，中亚天然气管道将汇入新疆西气管网。2010年完工时可供气年300亿立方米；四川天然气将进入上海，届时可望供应情况有较大改善。,LNG运输船,西气东输场站,精确贸易计量对流量仪表的要求：制造商应提供稳定可靠的流量计；流量计出厂前应精确标定；流量计在使用过程中应保持准确。,Proficiency Flow Measurementand Custody Transfer,在常压下标定的流量计能否用于高压应用场合？,0,650,6500,Qm3/h,0,1,2,1,2,10,20,100,%,被测仪表：涡轮流量计TRZ/G4000/DN300,试验地点：Dordrecht,NMi 常压 2MPa,资料提供：F.Winkler（德国）,0,400,4000,Qm3/h,0,1,2,1,2,10,20,100,%,被测仪表：涡街流量计WBZ/G2500/DN250,试验地点：Bergum 常压 1.2MPa,800,资料提供：F.Winkler（德国）,被测仪表：气体超声流量计中石油西南油气分公司和计量站（成都）提供,被测仪表：气体超声流量计中石油西南油气分公司和计量站（成都）提供,涡轮流量计的最小流量将随使用压力的增加而向下延伸，性能改进。,QminHD=高压下的最小流量（m3/h)Qmin=标定条件下的最小流量（m3/h)dv=燃气比重（天然气约为0.65）p=参比压力（绝对压力bar）,涡轮 涡街 超声三种天然气流量仪表的计量性能都在不同程度上受工作压力的影响，而且受影响的表现有相似的趋势。,WHY?,天然气流量仪表在高压下标定的需求,在常压下标定的天然气流量计在高压下性能有变化；广泛应用的涡轮流量计明显受压力影响；天然气的价格越来越昂贵，供需双方计较计量精度；世界天然气工业呼吁新的计量法规和相应技术；欧洲标准EN12261明文规定涡轮表应在高压下标定；欧标EN12261已经于2003年正式执行；世界上各种原理的高压装置建立已成趋势；我国的相关计量法规必然与国际接轨；在我国建立低成本高压装置的时机已经到来。,气体涡轮流量计的压力影响德国Dieter Schmittner的研究结论*涡轮流量计的高压影响取决于雷诺数和设计，压力影响与使用介质的组分几乎无关；涡轮流量计的精密加工是必须的；常压标定的性能必须是优异的；在工作压力下标定，使误差调整趋于零；仅有优良的设计和加工还不够，仪表的安装影 响同样不可忽视。*The High-Pressure Behavior of Turbine Gas Meters,2006年的一篇重要论文-德法美三国临界流文丘里喷嘴天然气和空气比对试验，符合度在0.05%以内,PTB 德国技术物理研究院NIST 美国标准技术研究院BNM-LNE-LADG 法国国家计量院天然气试验室,CFV仅可用于湍流状态，流出系数随雷诺数变化而改变 几何尺寸测量的理论曲线与试验曲线十分接近 天然气和空气的试验结果仅差0.05%,可喜的结论：空气和天然气标定相差甚微,需要澄清的概念天然气的组分测量重要吗？重要，对于确定天然气的 物性十分重要。不重要，对于天然气流量计 的标定，组分影响很小。,标准和技术规范的逐步升级关于天然气流量仪表的有压标定 AGA-7号报告（涡轮，1996年）：制造商可在出厂前以压力低于100psig（0.69 MPa）的空气对多数涡轮流量计进行标定；必要时进行工况压力下的标定。AGA-9号报告（超声）：最好进行工况压力下的实流标定；原因是很多制造商仅在工厂进行静态标定。EN 12261（涡轮，2003年）：当工作压力高于0.4MPa时，同时在用户要求和制造商明示时，气体涡轮流量计应在高压下标定。欧洲MID（检测仪表指令，2008年）：当工作压力高于0.4MPa时，气体涡轮流量计必须在高压下标定。,欧洲标准EN12261已经于2003年付诸实施。,欧洲标准EN12261中的计量要求部分将于2008年列入相应的测量仪表指令MID，成为强制性法规。MID:Measurement instrument Directive,重要信息,欧洲标准EN12261的有关规定5.2.1.1,If tests at more than one pressure are carried out,the difference between the results of the tests between 0.25 Qmax and Qmax shall not exceed 0.5%for meters with DN100 or 1.0%for meters with DN100.,如果在多于一个压力下进行，对于公称口径大于100的流量计，在0.25Qmax和Qmax之间的所有结果间的差不得大于0.5%；对于公称口径小于等于100的流量计，在0.25Qmax和Qmax之间的所有结果间的差不得大于1.0%。,0.25Qmax,Qmax,1.0%(DN100)0.5%(DN100,Pressure 1 Pressure 2,欧洲标准EN12261的有关规定5.2.1.2,For a meter type specified for measurement in a pressure range below or equal to 4 bar the error of indication test shall be carried out with a gas at atmospheric conditions（100 mbar）.,对于特定在低于或等于4 bar压力范围内测量的仪表，其示值误差试验须用在大气压条件下的气体进行。,欧洲标准EN12261的有关规定5.2.1.2,For a meter type specified for measurement in a pressure range extended above 4 bar the error of indication test shall be carried out with a gas in the range of the specified metering conditions.The tests shall be carried out at least at the lowest and the highest working pressure specified by the manufacturer.However,for specified maximum pressure above 50 bar a test at 50 bar is deemed acceptable.,对于特定在高于4 bar压力范围内测量的仪表，其示值误差试验应用在测量条件下进行。试验至少须在制造商明示的最低压力和最高压力下进行。然而，当明示的最高压力高于50 bar时，在50 bar下的试验是可以接受的。,欧洲标准EN12261的有关规定附录E（normative）每台仪表出厂前试验的计量要求（特定的仪表试验）,E.2.1 规范对于用户指定的用于最低压力低于或等于4 bar时，须进行大气压条件下（100 mbar）的试验（节录）。对于用户指定的用于高于4 bar的压力时，须进行一个或多于一个的试验。如果用户指定工作压力的上限低于或等于用户指定工作压力范围下限的4倍时，仅需进行一个在Ptest下的试验；这时可以认为在工作压力范围0.5 Ptest到2 Ptest之间仪表可以满足计量性能的要求（节录）。,续下页,Ptest=特定试验时的试验压力，以表压表示。例1：（仅需一个试验）如果用户指定的工作压力为5 bar，仪表应在5 bar下试验，这时仪表适用于2.5 bar至10 bar之间。例2：（仅需一个试验）如果用户指定的工作压力为15 bar至35 bar，仪表在20 bar下试验，这时仪表适用于10 bar至40 bar之间。,续下页,适用压力范围,2.5 bar,Ptest=5 bar,10 bar,Ptest=20bar,10bar,40bar,15bar,35bar,用户指定压力范围,适用压力范围,如果用户指定的工作压力上限高于工作压力下限的4倍，须进行在Ptest-min和Ptest-max两个试验。这时可以认为在压力范围0.5Ptest-min至2Ptest-max内仪表可满足计量要求。Ptest-min,Ptest-max为特定试验压力，以表压表示。例3：（需要两个试验）如果用户指定的工作压力为3 bar至15 bar，这时需要做两个试验。然而，有多于一个的方法可以满足这些条件；如果在Ptest-min=4 bar和Ptest-max=8 bar下试验，这时仪表适用于2 bar至16 bar之间。如果被告知仪表通常运行在10 bar，试验应在Ptest-min=4 bar和Ptest-max=10 bar下进行。这时仪表适用于2 bar至20 bar之间。,适用压力范围,2bar,4bar,20bar,16bar,10bar,8bar,用户指定压力范围,3bar,15bar,在型式试验中，必须进行在制造商明示的特定压力下的试验。如果用户在定货时通知制造商仪表的常用压力或压力范围，仪表出厂前必须进行在相应压力下的试验。有压试验的目的是，取得仪表运行在相应压力下的加权平均误差，并且在出厂前将仪表的误差调整为趋近于零。,欧洲标准EN12261的有关压力试验的要点,高压气体流量标准装置的溯源,音速喷嘴法标准装置,涡轮表法标准装置,Mt法基准,pVTt法基准,体积管基准,其他标准表法标准装置,质量，长度，时间，温度,PIGSAR,德国高压天然气在线标定装置,试验管段,基准体积管,标准涡轮流量计（10台）,天然气入口,天然气出口,过滤,加热,调压,G100-G1000 8-16-1600m3/h,基准体积管-德国国家高压气体流量基准,启动阀-开活塞不动,C,B3,B1,B2,A,启动阀-关活塞起始动,测量段,C,B1,B2,A,位置开关,位置开关,流向,标准表,标准表,B3,加速段,测量段,测量范围：30-400m3/h 压力：9 MPa不确定度：0.10.15%,德国PIGSAR高压在线装置,德国PIGSAR高压在线装置,在线标定装置的系统连接 PIGSAR与天然气管网的连接,调压系统,Pigsar,5-6 MPa,1.4 MPa,3.5 MPa,1.4-5 MPa8-6500 m3/h,调压系统,至下游用气户,在线式装置的局限性,测试压力难以控制，需投资调压装置。流量调节困难，受上下游压力影响。测试气体排放受制于下游用户。,闭环式高压气体装置,闭环式高压气体装置,近年来闭环式空气流量装置被高度重视。原因是：欧洲标准EN12261的驱动；研究证明，对于多数仪表，特别是涡轮流量计，气体组分的影响甚微。可以采用空气介质；不存在测试用气体的排放问题；没有防爆问题的困扰；流量调节、压力调节和更换气体等问题迎刃而解；装置压力维持成本低，节省大量能量。不受制于外部影响，特别适用于出厂检定。,世界闭环式高压气体装置建立的动态,美国西南研究所SwRI-MRF的闭环高压装置口径可达DN50DN400，压力为17.7MPa。介质为空气、天然气或氮气。,ELSTER-INSTROMET高压闭环气体流量标准装置,丹麦Force Technology保持高压气体流量的国家基准,流量范围：810000 m3/h 口径：DN50DN400压力范围：025 bar（空气），050 bar（天然气）不确定度：0.20%（K=2）,闭环装置,热交换器,高压鼓风机,稳压过滤器,被检表,标准表1,标准表2,标准表3,高压气源系统,闭环高压气体流量标准装置,ELSTER-INSTROMET MAINZ-KASTEL,试验介质：空气（干）压力范围：常压2.5MPa流量范围：51600 m3/h被检表口径：DN50DN200压力等级：PN10ANSI 600,标准表：涡轮 TRZ-DN200涡轮 TRZ-DN200腰轮 IRM-1 DUO,ELSTER-INSTROMET,装置建成：2005年末 装置取证：2006年初,闭环式高压气体装置的前景,近年来闭环式装置在国际上不断出现，数量远超过开环式装置。典型的事例有：台湾中油公司经过23年的技术经济分析和论证，最终决定采用闭环方案。目前已在嘉义炼制所建成装置。德国RMG公司为满足欧标要求，已决定投资90万欧元建立大型闭环装置，用于该公司产品涡轮、涡街、超声等仪表的出厂标定。,在我国，随着天然气供销双方对贸易计量精度的要求越来越高；进口天然气比重的增加，高压装置的需求将日益迫切。如果没有特殊理由，闭环方案将成为合情合理的选择。需求主要来自：计量科研部门：在法规的基础上，进行型式试验，仲裁贸易计量争议，指导和协助制造商生产高品质仪表。制造部门：进行出厂试验，根据用户要求提供仪表在高压下工作的技术数据，提高产品的技术含量。,闭环式高压气体装置的关键技术,如果要在2.5MPa下达到1600m3/h的流量，高压鼓风机的功率将略微超过100kW；空气温度将上升约9C。系统中空气必须被冷却到原来温度，这样，热交换系统将需要另外的66kW电力。系统温度必须稳定控制，以减少温度测量的附加误差。高压鼓风机需承受4MPa压力，并在高压下提供所需流量，对其特性和结构强度将有严格要求。目前尚缺少研制和调试方面的经验。应适时开展高压装置的溯源技术研究。,建议,目前已经可以开展试验室模型研制，为建立实用的大型装置打下基础。具有耐压性能和优良特性的高压鼓风机目前国内企业尚难提供，可考虑进口产品。装置的溯源可在国内解决，但暂不能期望达到国际先进水平。装置溯源到先进的原级基准，如气体体积管，也是切实可行的选项之一。,谢谢！,李 传 经陈 云 麒王 继 忠,
