上海工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所SHANGHAIINSTITUTEOFPROCESSAUTOMATIONINSTRUMENTATIONCALIBRATIONUNDERHIGHPRESSUREFORNATURALGASFLOWMETERS天然氣流量?jī)x表上海的天然氣應(yīng)用概況目前上海的天然氣總用量約為每年20億立方米。到2021年上海世博會(huì)期間，上海天然氣年用量為55～60億立方米。屆時(shí)天然氣的用量將從占能源總量的3%提高到7%，上海居民都可用上天然氣。在上海，每增用10億立方米天然氣就可少用51萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能源；每萬(wàn)元GDP能耗下降0.4%。上海天然氣的三個(gè)來(lái)源西氣東輸：到2021年西氣總供給量可達(dá)120億立方米，上海目前僅得到10億立方米，到2021年可達(dá)20億立方米。而在規(guī)劃期間，中石油承諾到2021年供給70億立方米。LNG運(yùn)輸船西氣東輸場(chǎng)站精確貿(mào)易計(jì)量對(duì)流量?jī)x表的要求：制造商應(yīng)提供穩(wěn)定可靠的流量計(jì)；流量計(jì)出廠前應(yīng)精確標(biāo)定；流量計(jì)在使用過(guò)程中應(yīng)保持準(zhǔn)確。ProficiencyFlowMeasurementandCustodyTransfer在常壓下標(biāo)定的流量計(jì)能否用于高壓應(yīng)用場(chǎng)合？06506500Q－m3/h0＋1＋2－1－21020100%被測(cè)儀表：渦輪流量計(jì)TRZ/G4000/DN300試驗(yàn)地點(diǎn)：Dordrecht,NMi常壓2MPa資料提供：F.Winkler〔德國(guó)〕04004000Q－m3/h0＋1＋2－1－21020100%被測(cè)儀表：渦街流量計(jì)WBZ/G2500/DN250試驗(yàn)地點(diǎn)：Bergum常壓1.2MPa800資料提供：F.Winkler〔德國(guó)〕被測(cè)儀表：氣體超聲流量計(jì)中石油西南油氣分公司和計(jì)量站〔成都〕提供被測(cè)儀表：氣體超聲流量計(jì)中石油西南油氣分公司和計(jì)量站〔成都〕提供渦輪流量計(jì)的最小流量將隨使用壓力的增加而向下延伸，性能改進(jìn)。QminHD=高壓下的最小流量〔m3/h)Qmin=標(biāo)定條件下的最小流量〔m3/h)dv=燃?xì)獗戎亍蔡烊粴饧s為0.65〕p=參比壓力〔絕對(duì)壓力bar〕渦輪渦街超聲三種天然氣流量?jī)x表的計(jì)量性能都在不同程度上受工作壓力的影響，而且受影響的表現(xiàn)有相似的趨勢(shì)。WHY?天然氣流量?jī)x表在高壓下標(biāo)定的需求氣體渦輪流量計(jì)的壓力影響德國(guó)DieterSchmittner的研究結(jié)論*渦輪流量計(jì)的高壓影響取決于雷諾數(shù)和設(shè)計(jì)，壓力影響與使用介質(zhì)的組分幾乎無(wú)關(guān)；渦輪流量計(jì)的精密加工是必須的；常壓標(biāo)定的性能必須是優(yōu)異的；在工作壓力下標(biāo)定，使誤差調(diào)整趨于零；僅有優(yōu)良的設(shè)計(jì)和加工還不夠，儀表的安裝影響同樣不可無(wú)視。*TheHigh-PressureBehaviorofTurbineGasMeters2006年的一篇重要論文-----德法美三國(guó)臨界流文丘里噴嘴天然氣和空氣比對(duì)試驗(yàn)，符合度在0.05%以內(nèi)CFV僅可用于湍流狀態(tài)，流出系數(shù)隨雷諾數(shù)變化而改變幾何尺寸測(cè)量的理論曲線與試驗(yàn)曲線十分接近

天然氣和空氣的試驗(yàn)結(jié)果僅差0.05%可喜的結(jié)論：空氣和天然氣標(biāo)定相差甚微需要澄清的概念天然氣的組分測(cè)量重要嗎？重要，對(duì)于確定天然氣的物性十分重要。不重要，對(duì)于天然氣流量計(jì)的標(biāo)定，組分影響很小。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12261已經(jīng)于2003年付諸實(shí)施。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12261中的計(jì)量要求局部將于2021年列入相應(yīng)的測(cè)量?jī)x表指令MID，成為強(qiáng)制性法規(guī)。MID:MeasurementinstrumentDirective重要信息歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12261的有關(guān)規(guī)定Iftestsatmorethanonepressurearecarriedout,thedifferencebetweentheresultsofthetestsbetween0.25QmaxandQmaxshallnotexceed0.5%formeterswithDN>100or1.0%formeterswithDN≤100.如果在多于一個(gè)壓力下進(jìn)行，對(duì)于公稱口徑大于100的流量計(jì)，在0.25Qmax和Qmax之間的所有結(jié)果間的差不得大于0.5%；對(duì)于公稱口徑小于等于100的流量計(jì)，在0.25Qmax和Qmax之間的所有結(jié)果間的差不得大于1.0%。0.25QmaxQmax1.0%(DN≤100)0.5%(DN>100■Pressure1■

Pressure2歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12261的有關(guān)規(guī)定Forametertypespecifiedformeasurementinapressurerangebeloworequalto4bartheerrorofindicationtestshallbecarriedoutwithagasatatmosphericconditions〔±100mbar〕.歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12261的有關(guān)規(guī)定Forametertypespecifiedformeasurementinapressurerangeextendedabove

4bartheerrorofindicationtestshallbecarriedoutwithagasintherangeofthespecifiedmeteringconditions.Thetestsshallbecarriedoutatleastatthelowestandthehighestworkingpressurespecifiedbythemanufacturer.However,forspecifiedmaximumpressureabove50baratestat50barisdeemedacceptable.歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12261的有關(guān)規(guī)定—附錄E〔normative〕每臺(tái)儀表出廠前試驗(yàn)的計(jì)量要求〔特定的儀表試驗(yàn)〕E.2.1標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于用戶指定的用于最低壓力低于或等于4bar時(shí)，須進(jìn)行大氣壓條件下〔±100mbar〕的試驗(yàn)〔節(jié)錄〕。對(duì)于用戶指定的用于高于4bar的壓力時(shí)，須進(jìn)行一個(gè)或多于一個(gè)的試驗(yàn)。如果用戶指定工作壓力的上限低于或等于用戶指定工作壓力范圍下限的4倍時(shí)，僅需進(jìn)行一個(gè)在Ptest下的試驗(yàn)；這時(shí)可以認(rèn)為在工作壓力范圍0.5Ptest到2Ptest之間儀表可以滿足計(jì)量性能的要求〔節(jié)錄〕。續(xù)下頁(yè)P(yáng)test=特定試驗(yàn)時(shí)的試驗(yàn)壓力，以表壓表示。例1：〔僅需一個(gè)試驗(yàn)〕如果用戶指定的工作壓力為5bar，儀表應(yīng)在5bar下試驗(yàn)，這時(shí)儀表適用于2.5bar至10bar之間。例2：〔僅需一個(gè)試驗(yàn)〕如果用戶指定的工作壓力為15bar至35bar，儀表在20bar下試驗(yàn)，這時(shí)儀表適用于10bar至40bar之間。續(xù)下頁(yè)適用壓力范圍2.5barPtest=5bar10barPtest=20bar10bar40bar15bar35bar用戶指定壓力范圍適用壓力范圍如果用戶指定的工作壓力上限高于工作壓力下限的4倍，須進(jìn)行在Ptest-min和Ptest-max兩個(gè)試驗(yàn)。這時(shí)可以認(rèn)為在壓力范圍0.5×Ptest-min至2×Ptest-max內(nèi)儀表可滿足計(jì)量要求。Ptest-min,Ptest-max為特定試驗(yàn)壓力，以表壓表示。例3：〔需要兩個(gè)試驗(yàn)〕如果用戶指定的工作壓力為3bar至15bar，這時(shí)需要做兩個(gè)試驗(yàn)。然而，有多于一個(gè)的方法可以滿足這些條件；如果在Ptest-min=4bar和Ptest-max=8bar下試驗(yàn)，這時(shí)儀表適用于2bar至16bar之間。如果被告知儀表通常運(yùn)行在10bar，試驗(yàn)應(yīng)在Ptest-min=4bar和Ptest-max=10bar下進(jìn)行。這時(shí)儀表適用于2bar至20bar之間。適用壓力范圍2bar4bar20bar16bar10bar8bar用戶指定壓力范圍3bar15bar在型式試驗(yàn)中，必須進(jìn)行在制造商明示的特定壓力下的試驗(yàn)。如果用戶在定貨時(shí)通知制造商儀表的常用壓力或壓力范圍，儀表出廠前必須進(jìn)行在相應(yīng)壓力下的試驗(yàn)。有壓試驗(yàn)的目的是，取得儀表運(yùn)行在相應(yīng)壓力下的加權(quán)平均誤差，并且在出廠前將儀表的誤差調(diào)整為趨近于零。歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12261的有關(guān)壓力試驗(yàn)的要點(diǎn)高壓氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的溯源音速噴嘴法標(biāo)準(zhǔn)裝置渦輪表法標(biāo)準(zhǔn)裝置Mt法基準(zhǔn)pVTt法基準(zhǔn)體積管基準(zhǔn)其他標(biāo)準(zhǔn)表法標(biāo)準(zhǔn)裝置質(zhì)量，長(zhǎng)度，時(shí)間，溫度世界主要高壓氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置基本參數(shù)試驗(yàn)室BishopAucklandDidsburyGRIMRFHPLGroningenPigsarWesterborkTCC國(guó)別英國(guó)英國(guó)美國(guó)荷蘭德國(guó)荷蘭加拿大傳遞基準(zhǔn)裝置類型在線式在線式離線式閉環(huán)法在線式在線式在線式在線式過(guò)程壓力MPa3～64～61～7.70.9～41.5～56.27試驗(yàn)流體天然氣天然氣天然氣或氮?dú)馓烊粴馓烊粴馓烊粴馓烊粴庾畲罅髁?14kg/s24kg/s44kg/s8.2kg/s72kg/s622kg/s770kg/s原始基準(zhǔn)不詳陀螺秤陀螺秤CVM流量計(jì)體積管不詳腰輪式流量計(jì)傳遞基準(zhǔn)渦輪流量計(jì)噴嘴渦輪孔板噴嘴渦輪孔板渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)原始基準(zhǔn)質(zhì)量流量不確定度不詳0.06%0.04%0.18%0.01%不詳不詳傳遞基準(zhǔn)質(zhì)量流量不確定度0.2%

40kg/s0.25%

40kg/s0.2%0.2%0.19%0.15%0.15%

16kg/s0.3%

16kg/s0.2%

25kg/s0.25%

25kg/sPIGSAR

德國(guó)高壓天然氣在線標(biāo)定裝置試驗(yàn)管段基準(zhǔn)體積管標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)〔10臺(tái)〕天然氣入口天然氣出口過(guò)濾加熱調(diào)壓G100-G10008--16--1600m3/h基準(zhǔn)體積管--德國(guó)國(guó)家高壓氣體流量基準(zhǔn)啟動(dòng)閥-開(kāi)活塞不動(dòng)CB3B1B2A啟動(dòng)閥-關(guān)活塞起始動(dòng)測(cè)量段CB1B2A位置開(kāi)關(guān)位置開(kāi)關(guān)流向標(biāo)準(zhǔn)表標(biāo)準(zhǔn)表B3加速段測(cè)量段測(cè)量范圍：30-400m3/h壓力：9MPa不確定度：0.1～0.15%德國(guó)PIGSAR高壓在線裝置德國(guó)PIGSAR高壓在線裝置在線標(biāo)定裝置的系統(tǒng)連接

PIGSAR與天然氣管網(wǎng)的連接調(diào)壓系統(tǒng)Pigsar5-6MPa1.4MPa3.5MPa1.4--5MPa8--6500m3/h調(diào)壓系統(tǒng)至下游用氣戶在線式裝置的局限性閉環(huán)式高壓氣體裝置閉環(huán)式高壓氣體裝置近年來(lái)閉環(huán)式空氣流量裝置被高度重視。原因是：歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12261的驅(qū)動(dòng)；研究證明，對(duì)于多數(shù)儀表，特別是渦輪流量計(jì)，氣體組分的影響甚微?？梢圆捎每諝饨橘|(zhì)；不存在測(cè)試用氣體的排放問(wèn)題；沒(méi)有防爆問(wèn)題的困擾；流量調(diào)節(jié)、壓力調(diào)節(jié)和更換氣體等問(wèn)題迎刃而解；裝置壓力維持本錢(qián)低，節(jié)省大量能量。不受制于外部影響，特別適用于出廠檢定。世界閉環(huán)式高壓氣體裝置建立的動(dòng)態(tài)美國(guó)西南研究所SwRI-MRF的閉環(huán)高壓裝置口徑可達(dá)DN50～DN400，壓力為1～7.7MPa。介質(zhì)為空氣、天然氣或氮?dú)?。ELSTER-INSTROMET高壓閉環(huán)氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置丹麥ForceTechnology保持高壓氣體流量的國(guó)家基準(zhǔn)流量范圍：8～10000m3/h口徑：DN50～DN400壓力范圍：0～25bar〔空氣〕，0～50bar〔天然氣〕不確定度：0.20%〔K=2〕閉環(huán)裝置熱交換器高壓鼓風(fēng)機(jī)穩(wěn)壓過(guò)濾器被檢表標(biāo)準(zhǔn)表1標(biāo)準(zhǔn)表2標(biāo)準(zhǔn)表3高壓氣源系統(tǒng)閉環(huán)高壓氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置ELSTER-INSTROMETMAINZ-KASTEL試驗(yàn)介質(zhì)：空氣〔干〕壓力范圍：常壓～2.5MPa流量范圍：5～1600m3/h被檢表口徑：DN