中壓天然氣流量計(jì)實(shí)流標(biāo)定的氣溫調(diào)控研究

劉曉婧等

摘 要：在中壓天然氣流量計(jì)實(shí)流標(biāo)定中，壓力調(diào)節(jié)引起檢定用天然氣溫度變化，溫度的波動(dòng)將會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。本文分析研究了中壓天然氣流量計(jì)實(shí)流標(biāo)定裝置中天然氣溫度的調(diào)節(jié)控制策略問(wèn)題：根據(jù)檢定裝置調(diào)壓前后天然氣壓力變化計(jì)算絕熱節(jié)流引起的天然氣低溫，通過(guò)控制一定量天然氣進(jìn)入加熱器加熱來(lái)保證標(biāo)定中天然氣的溫度在規(guī)定的范圍。這對(duì)保證檢定用天然氣溫度的波動(dòng)符合檢定規(guī)程的要求具有一定的實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：中壓天然氣 流量計(jì)量 實(shí)流標(biāo)定 氣體溫度 調(diào)節(jié)控制

中圖分類號(hào)：TH814 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）02（c）-0107-02

目前，隨著天然氣用量的增加，中壓天然氣流量計(jì)強(qiáng)制檢定及實(shí)流檢定流量?jī)x表是天然氣計(jì)量檢定的一種趨勢(shì)，并在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中提出了技術(shù)要求[1～2]。因此，需要建立中壓天然氣流量計(jì)實(shí)流標(biāo)定裝置保證流量計(jì)長(zhǎng)期的準(zhǔn)確性，可靠和有效。由于建立中壓天然氣流量計(jì)實(shí)流標(biāo)定裝置需要考慮多方面因素，因此，中壓天然氣流量計(jì)實(shí)流標(biāo)定裝置適合建在地區(qū)門站處[3～5]。然而，由于門站天然氣壓力較高，需要進(jìn)行調(diào)壓。而高壓天然氣經(jīng)過(guò)調(diào)壓器時(shí)，會(huì)因溫度降低過(guò)大引起天然氣含水量的變化，從而對(duì)流量計(jì)量精度有較大影響。因此，中壓天然氣流量計(jì)實(shí)流標(biāo)定裝置需慮調(diào)壓引起天然氣絕熱節(jié)流的溫降計(jì)算，并采取措施減少溫度測(cè)量引起的測(cè)量誤差。所以，研究中壓天然氣溫度的調(diào)節(jié)控制對(duì)天然氣流量計(jì)實(shí)流標(biāo)定裝置的影響，具有一定的實(shí)際應(yīng)用意義和價(jià)值。

1 天然氣流量計(jì)實(shí)流標(biāo)定及絕熱節(jié)流的溫降計(jì)算

1.1 中壓天然氣流量計(jì)實(shí)流標(biāo)定

國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的天然氣實(shí)流標(biāo)定裝置有南京龍?zhí)秶?guó)家石油天然氣大流量計(jì)量站等，南京國(guó)家站標(biāo)定壓力為4.5～9.6 MPa，主要解決“西氣東輸”主管道高壓管線上天然氣流量計(jì)的標(biāo)定，不負(fù)責(zé)解決一般城市管網(wǎng)所用中低壓等級(jí)流量計(jì)的標(biāo)定。各地區(qū)門站下方中壓天然氣流量計(jì)涉及貿(mào)易結(jié)算，屬于強(qiáng)制檢定范疇，需要保證流量計(jì)長(zhǎng)期的準(zhǔn)確、可靠及有效性。建立中壓天然氣流量計(jì)實(shí)流標(biāo)定裝置時(shí)，一方面要考慮標(biāo)定時(shí)進(jìn)口氣源的要求，需要選擇高壓、大流量的氣源；另一方面要考慮檢定后氣體排放的問(wèn)題，需要天然氣能及時(shí)排放，不會(huì)引起積壓現(xiàn)象。因此，中壓天然氣流量計(jì)實(shí)流標(biāo)定裝置適合建在地區(qū)門站處。例如，在上海建立建立（0.8～1.6）MPa的中壓天然氣流量計(jì)實(shí)流標(biāo)定裝置，就可以選擇在上海各門站處，入口壓力多為（3.0～6.4）MPa。然而，由于門站天然氣壓力較高，例如上海門站入口壓力為（3.0～6.4）MPa，建立（0.8～1.6）MPa的中壓天然氣流量計(jì)實(shí)流標(biāo)定裝置，需要進(jìn)行調(diào)壓。高壓天然氣經(jīng)過(guò)調(diào)壓器時(shí)，由于絕熱節(jié)流膨脹導(dǎo)致的焦耳-湯姆遜效應(yīng)，天然氣會(huì)產(chǎn)生溫降，調(diào)壓器出口處天然氣溫度可能會(huì)降到0 ℃以下。當(dāng)溫度低于天然氣露點(diǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生結(jié)露甚至結(jié)霜現(xiàn)象。溫度降低過(guò)大，會(huì)引起天然氣含水量的變化，天然氣含水量對(duì)流量計(jì)量精度有較大影響。而《渦輪流量計(jì)》（JJG 1037-2008）、《超聲流量計(jì)》（JJG 1030-2007）等檢定規(guī)程中要求：計(jì)量檢定用天然氣組分要相對(duì)穩(wěn)定；無(wú)游離水或油等雜質(zhì)；在每個(gè)流量點(diǎn)的每一次檢定過(guò)程中，檢定用天然氣的溫度變化應(yīng)不能超過(guò)±0.5 ℃[6～8]。

2 計(jì)算結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的對(duì)比

按著以上計(jì)算方法，對(duì)文獻(xiàn)[1]中杭州市北門站運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果如表1所示。

由于實(shí)際運(yùn)行過(guò)程并非完全絕熱節(jié)流過(guò)程，與理論計(jì)算數(shù)據(jù)不可能完全相同。但表格數(shù)據(jù)表明天然氣經(jīng)高—中壓調(diào)壓器后，天然氣由于節(jié)流效應(yīng)而形成低溫，理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)是基本一致。

3 溫度調(diào)節(jié)控制

在高壓天然氣經(jīng)過(guò)相應(yīng)的調(diào)壓，將會(huì)引起焦耳-湯姆遜效應(yīng)，但是為了滿足檢定規(guī)程中的一些要求，并且防止水化物的產(chǎn)生，同時(shí)還要保持住天然氣的溫度與實(shí)際工作溫度一致，就要減少工作中的溫度測(cè)量中所引起的測(cè)量誤差。故而，就要建立相應(yīng)的溫度調(diào)節(jié)控制方案，并采用相應(yīng)的加熱裝置對(duì)調(diào)壓器前部分管路或者調(diào)壓后部分管路進(jìn)行加熱，同時(shí)可以很好的控制住天然氣的溫度下降，并有效的防止工作中所產(chǎn)生的冷凝液。

加熱系統(tǒng)控制的要準(zhǔn)確的計(jì)算天然氣所需要的熱量，過(guò)低的熱量則達(dá)不到防止天然氣水化物的形成。在確定天然氣絕熱節(jié)流溫度降后，可根據(jù)檢定溫度的要求和天然氣流量，計(jì)算所需加熱功率，控制一定量天然氣進(jìn)行加熱。

以下是對(duì)調(diào)壓器前、后管道加熱兩種情況，根據(jù)檢定溫度的要求和天然氣流量，分別計(jì)算所需加熱功率。 （12）

式中：為天然氣溫度，K；為天然氣需加熱到的溫度，K；為天然氣檢定溫度，K。

為天然氣摩爾質(zhì)量，kg/kmol；為天然氣定壓比熱容，kJ/kg.K；為加熱器效率，無(wú)因次；為天然氣質(zhì)量流量，kg/s；為加熱功率，kw。

根據(jù)加熱功率、實(shí)際需要及成本核算選取合理的加熱方式，使管路中天然氣較快升溫。常用來(lái)提高天然氣溫度的方法有管道電伴熱法、渦漩先導(dǎo)燃?xì)饧訜崞鞣?、指揮器加熱器法、熱交換器法等。

4 結(jié)論

綜上所述，要保證中壓天然氣流量計(jì)檢定中天然氣溫度波動(dòng)達(dá)到檢定規(guī)程的要求，需要考慮根據(jù)檢定裝置調(diào)壓前后天然氣壓力變化，計(jì)算絕熱節(jié)流引起的天然氣低溫。當(dāng)調(diào)壓后天然氣溫度低于流量計(jì)檢定中要求的溫度時(shí)，需要建立溫度調(diào)節(jié)控制方案。進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)控制中，計(jì)算加熱功率，選取合理的加熱方式，控制一定量天然氣進(jìn)入加熱器加熱，這對(duì)保證標(biāo)定中天然氣的溫度在規(guī)定的范圍、保持計(jì)量準(zhǔn)確性具有一定實(shí)際意義。

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