天然气贸易交接用DN80口径的超声流量计与涡轮流量计对比分析
Comparison of DN80 Caliber Ultrasonic Flowmeter and Turbine Flowmeter for Natural Gas Trade Handover

作者: 傅 喆 , 陈 硕 :中国石油管道局工程有限公司设计分公司,河北,廊坊; 李 丽 , 郭 莹 , 郭文龙 :中国石油管道局工程有限公司国际事业部,河北,廊坊;

关键词: 超声流量计涡轮流量计经济对比Ultrasonic Flowmeter Turbine Flowmeter Economic Comparison

摘要:
对DN80口径超声流量计和涡轮流量计进行技术经济对比,分析其各自优缺点,对输气管道在小口径流量计设计选型方面具有一定的参考价值。

Abstract: A technical and economic comparison was conducted for DN80 caliber ultrasonic flowmeter and turbine flowmeter from various aspects, and their advantages and disadvantages were analyzed. The study provides reference for the design and selection of gas pipeline in small caliber flowmeter.

1. 引言

天然气的精确计量能保证与下游用户进行公平公正的交易,有效地管理天然气的供给和消费,最大限度地降低输差,避免监测的争端,提高服务质量。即时准确地获得计量数据和信息变得越来越重要,它有助于各个地区公司优化管线运营,提高系统的生产能力,对市场变化做出快速反应。

目前,中石油新建的长输管道贸易交接设备一般为超声流量计和涡轮流量计。笔者对DN80口径超声流量计和涡轮流量计的性能进行了对比分析。

2. DN80口径超声流量计与涡轮流量计对比分析

2.1. 工作原理

超声流量计按测量原理,有传播速度差法和多普勒法2种形式。在精度方面,只有传播速度差法流量计准确度等级可达0.5级,能满足气体交接计量的要求。目前长输天然气计量中使用的超声流量计贸易交接均采用传播速度差法超声流量计。超声流量计由超声波换能器将电能转换为超声波能力,以一定的方式发射并穿过被测流体,接收器接收到超声波信号,供显示计算仪显示和计算,实现流量的检测显示。

涡轮流量计(图1)利用气体推动流量计涡轮转动,涡轮旋转的速度与流体体积流量成正比,根据电磁感应原理,利用磁敏传感器从同步转动的涡轮上感应出与流体体积流量成正比的脉冲信号,经运算处理得出体积流量。涡轮流量计的测量精度高,准确度等级可达0.5级;量程一般为1:10。其结构紧凑轻巧,安装维护方便,对前后直管段要求较低,可用于中、高压计量。

Figure 1. The working principle of turbine flowmeter

图1. 涡轮流量计工作原理图

2.2. 误差

根据《天然气计量系统技术要求》GB/T18603-2014中规定,设计输量(5000~50000 Nm3/h)计量系统准确度等级B级,即单表误差为1% [1]。DN80口径的超声流量计和涡轮流量计误差大致在这个区间。DN80口径的超声流量计与涡轮流量计的误差均可满足国标和中石油CDP文件要求 [2]。

2.3. 流通能力与拐点流量

超声流量计的流通能力与相对口径的管线大致相同。涡轮流量计有一定的压降,DN80口径涡轮流量计的压降约为0.0020 MPa,对工艺计算及输送可忽略。但同口径的超声流量计和涡轮流量计的最大流通能力相差较大,因为2种流量计的允许流速不同,根据CDP的要求,超声流量计的最大流速为20 m/s,涡轮流量计为12 m/s,忽略微小压降的前提下,同口径、同压力的涡轮流量计其拐点位置也相差较大。以压力等级CL600、口径为DN80的超声流量计和涡轮流量计为例。在相同口径下超声流量计最大流通能力大于涡轮流量计,但同口径涡轮流量计由于检测涡轮尺寸大小不同,流通能力有3种级别。由于流通能力的差异,超声流量计不能完全代替同为DN80口径的涡轮流量计,涡轮流量计单表误差从工况流量40 m3/h开始就能满足单表0.5%误差,但超声流量计在工况流量64 m3/h以上才能满足单表0.5%误差。

2.4. 检定

业主如需对超声流量计进行在线检验,在使用初期向检定部门提出申请,经检定部门同意后,即可在使用中检验,并在每年检验,送检时间可由2年延长至6年。涡轮流量计是无法通过声速核查检验的,只能通过标定车和送检的方式检定。

2.5. 直管段长度

根据《天然气计量系统技术要求》GB/T18603-2001中规定,涡轮流量计的直管段长度为前5D后2D,超声流量计的直管段长度为前10D后3D [1]。中石油CDP《输气管道计量系统设计规定》(CDP-G-GP-IS-003-2009/B)中规定,涡轮流量计的直管段长度为前10D后5D [2],超声流量计的直管段长度为前30D后5D。中石油的项目要遵循CDP关于直管段的要求设置长度。使用DN80口径超声流量计直管段要比DN80口径涡轮流量计长1600 mm。在改造站场或征地紧张的站场,涡轮流量计直管段在长度上具有一定优势。

2.6. 经济性

涡轮流量计的价格仅为超声流量计的1/2左右(同为一线进口品牌),但涡轮流量计的后期维护量要远大于超声流量计。涡轮流量计的可动部件多,启动时必须遵循严格的操作程序,经常会发生在管道第1次通气时流量计被打坏的现象,从而不得不更换涡轮及内部部件,更换费用大约2~3万元左右(以进口设备为例)。在等待更换及更换期间流量计已无备用,影响管道的正常运营,从而造成更大的经济损失。

2.7. 对比表

DN80口径的超声流量计和涡轮流量计的各项性能参数对比表格如表1所示。

Table 1. The parameter comparison between the turbine and ultrasonic flowmeters

表1. 超声、涡轮流量计参数对比表

3. 结语

天然气计量系统的投资和运行维护费用决定了天然气计量的成本,采用先进的计量技术、正确地选型是降低经营成本的重要途径。在天然气小口径流量计设计选型时,应充分考虑项目的实际情况,包括项目类型、投资、自然环境、气质状况、运维条件、检定方案等各项影响因素,根据不同的项目特点提出最佳的设计方案,达到最优的性效比。

文章引用: 傅 喆 , 李 丽 , 郭 莹 , 郭文龙 , 陈 硕 (2019) 天然气贸易交接用DN80口径的超声流量计与涡轮流量计对比分析。 石油天然气学报, 41, 68-71. doi: 10.12677/JOGT.2019.416097

参考文献

[1] GB/T18603-2014, 天然气计量系统技术要求[S]. 北京: 中国标准出版社, 2014.

[2] CDP-G-GP-IS-003-2009/B, 输气管道计量系统设计规定[S]. 北京: 中石油天然气股份有限公司, 2009.

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