中壓天然氣流量計實流標定的氣溫調控研究

劉曉婧等

摘 要：在中壓天然氣流量計實流標定中，壓力調節引起檢定用天然氣溫度變化，溫度的波動將會影響測量的準確度。本文分析研究了中壓天然氣流量計實流標定裝置中天然氣溫度的調節控制策略問題：根據檢定裝置調壓前后天然氣壓力變化計算絕熱節流引起的天然氣低溫，通過控制一定量天然氣進入加熱器加熱來保證標定中天然氣的溫度在規定的范圍。這對保證檢定用天然氣溫度的波動符合檢定規程的要求具有一定的實際意義。

關鍵詞：中壓天然氣 流量計量 實流標定 氣體溫度 調節控制

中圖分類號：TH814 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（c）-0107-02

目前，隨著天然氣用量的增加，中壓天然氣流量計強制檢定及實流檢定流量儀表是天然氣計量檢定的一種趨勢，并在相關標準中提出了技術要求[1～2]。因此，需要建立中壓天然氣流量計實流標定裝置保證流量計長期的準確性，可靠和有效。由于建立中壓天然氣流量計實流標定裝置需要考慮多方面因素，因此，中壓天然氣流量計實流標定裝置適合建在地區門站處[3～5]。然而，由于門站天然氣壓力較高，需要進行調壓。而高壓天然氣經過調壓器時，會因溫度降低過大引起天然氣含水量的變化，從而對流量計量精度有較大影響。因此，中壓天然氣流量計實流標定裝置需慮調壓引起天然氣絕熱節流的溫降計算，并采取措施減少溫度測量引起的測量誤差。所以，研究中壓天然氣溫度的調節控制對天然氣流量計實流標定裝置的影響，具有一定的實際應用意義和價值。

1 天然氣流量計實流標定及絕熱節流的溫降計算

1.1 中壓天然氣流量計實流標定

國內現有的天然氣實流標定裝置有南京龍潭國家石油天然氣大流量計量站等，南京國家站標定壓力為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的標定，不負責解決一般城市管網所用中低壓等級流量計的標定。各地區門站下方中壓天然氣流量計涉及貿易結算，屬于強制檢定范疇，需要保證流量計長期的準確、可靠及有效性。建立中壓天然氣流量計實流標定裝置時，一方面要考慮標定時進口氣源的要求，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題，需要天然氣能及時排放，不會引起積壓現象。因此，中壓天然氣流量計實流標定裝置適合建在地區門站處。例如，在上海建立建立（0.8～1.6）MPa的中壓天然氣流量計實流標定裝置，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實流標定裝置，需要進行調壓。高壓天然氣經過調壓器時，由于絕熱節流膨脹導致的焦耳-湯姆遜效應，天然氣會產生溫降，調壓器出口處天然氣溫度可能會降到0 ℃以下。當溫度低于天然氣露點時，會產生結露甚至結霜現象。溫度降低過大，會引起天然氣含水量的變化，天然氣含水量對流量計量精度有較大影響。而《渦輪流量計》（JJG 1037-2008）、《超聲流量計》（JJG 1030-2007）等檢定規程中要求：計量檢定用天然氣組分要相對穩定；無游離水或油等雜質；在每個流量點的每一次檢定過程中，檢定用天然氣的溫度變化應不能超過±0.5 ℃[6～8]。

2 計算結果與實際運行數據的對比

按著以上計算方法，對文獻[1]中杭州市北門站運行數據進行了計算，結果如表1所示。

由于實際運行過程并非完全絕熱節流過程，與理論計算數據不可能完全相同。但表格數據表明天然氣經高—中壓調壓器后，天然氣由于節流效應而形成低溫，理論計算結果和實際運行數據是基本一致。

3 溫度調節控制

在高壓天然氣經過相應的調壓，將會引起焦耳-湯姆遜效應，但是為了滿足檢定規程中的一些要求，并且防止水化物的產生，同時還要保持住天然氣的溫度與實際工作溫度一致，就要減少工作中的溫度測量中所引起的測量誤差。故而，就要建立相應的溫度調節控制方案，并采用相應的加熱裝置對調壓器前部分管路或者調壓后部分管路進行加熱，同時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生的冷凝液。

加熱系統控制的要準確的計算天然氣所需要的熱量，過低的熱量則達不到防止天然氣水化物的形成。在確定天然氣絕熱節流溫度降后，可根據檢定溫度的要求和天然氣流量，計算所需加熱功率，控制一定量天然氣進行加熱。

以下是對調壓器前、后管道加熱兩種情況，根據檢定溫度的要求和天然氣流量，分別計算所需加熱功率。 （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。

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

根據加熱功率、實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。常用來提高天然氣溫度的方法有管道電伴熱法、渦漩先導燃氣加熱器法、指揮器加熱器法、熱交換器法等。

4 結論

綜上所述，要保證中壓天然氣流量計檢定中天然氣溫度波動達到檢定規程的要求，需要考慮根據檢定裝置調壓前后天然氣壓力變化，計算絕熱節流引起的天然氣低溫。當調壓后天然氣溫度低于流量計檢定中要求的溫度時，需要建立溫度調節控制方案。進行溫度調節控制中，計算加熱功率，選取合理的加熱方式，控制一定量天然氣進入加熱器加熱，這對保證標定中天然氣的溫度在規定的范圍、保持計量準確性具有一定實際意義。

參考文獻

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