天然气能量计量误差影响因素分析

天然气能量计量误差影响因素分析

林波

成都华润燃气设计有限公司 四川 成都 610000

摘要：目前中国正处于能源大发展时期，天然气需求逐年增加，加快建设清洁、低碳、安全、高效的现代能源体系是国家实施能源战略，打赢能源攻坚战的必由之路。随着国内天然气市场的快速发展，天然气交易额稳步提升，对天然气贸易交接精度要求越来越高，因此如何保证计量精度，实现准确计量成为天然气贸易交接中的关键因素。天然气能量计量能够真实地反映出其使用价值，目前正在积极推广。文章分别从体积计量和发热量测定(间接法)两个角度分析了实施天然气能量计量时产生误差的主要影响因素。

关键词：天然气；能量计量；误差；影响因素

引言

随着我国能源结构的不断调整，国内对天然气的需求量也迅猛增加。全面实施天然气能量计量与计价呼之欲出。本文将重点对影响能量计量误差的关键因素进行探讨，为顺利实施天然气能量计量提供参考与借鉴。

1超声波流量计工作原理

声波作为一种机械辐射能，是以实际物质为载体的纵向压力波，当物质在大气中发生振动时便产生声波。声速的定义为声波在介质中的传播速度，受介质的弹性与密度的影响。超声波流量计通过超声换能器（又称“探头”）产生超声波，由一个探头发射另一个接收，在流动介质中声波由上游向下游的传输时间小于声波由下游向上游的传输时间，这两个时间之差与气体的流速存在对应关系，通过这种时间差法可以得到介质中的声速与介质流速。

1.1流速计算

天然气长输管道中，气体流动方向从左至右，故称A端为上游，B端为下游。由于A与B的距离确定，且A端处于气流上游，B端处于气流下游，因而超声波在气流的作用下从A至B的传播时间小于从B至A的传播时间。

1.2操作条件下的流量计算

操作条件下管道内气体的瞬时流量指单位时间内通过管道横截面积的流量值，即操作条件下的流量为管道内气体的平均流速与管道横截面积的乘积，由于长输管道内壁为非光滑曲面，气体与管道内壁摩擦会影响流速，因而靠近管壁位置气体流速相对较慢，靠近中心位置气体流速相对较快。为准确计算V，消除因摩擦造成的计算偏差，设置权重因子，探头分布不同，权重因子取值不同。

1.3标准参比条件下的流量计算

目前国内进行的天然气贸易交接均为标准参比条件下的天然气体积交接，因此需要将操作条件下的体积量变换为标准参比条件下的体积量。由于气体具有可压缩性，因而长输管道内的天然气在不同的压力、温度、组成体系下将体现出不同的压缩性能。

2体积计量误差因素分析

时差式超声波流量计特别适用于对大口径管道中天然气的流量进行测量，因此在国内大型输气站场中被广泛采用。

2.1管道结垢

管道结垢影响因素的本质在于减小了管道的内径，对于时差式超声波流量计来说，当管道内径存在1%的误差时，就会产生约3%的流量测量误差。当管道内发生结垢时，其后果不但会使超声流量计产生计量误差，而且还会使超声波发生散射，降低了流量计计量的准确性。如果结垢过厚，流量计甚至无法正常工作。

2.2流体流态

时差式超声波流量计属于速度式流量计，因此在工作时，对流场分布的要求较高。一般情况下，流量计较为理想的工作条件是处于流速已达到充分发展状态的流体中。而在实际站场中，由于受到站场空间或工艺流程的限制，在计量管道上游常存在弯头、汇管、阀门和变径管等扰流元件，使气体进入流量计时的流动呈现出非理想的流动状态，致使流量计产生较大误差。

2.3噪声

管道内部的噪声会对时差式超声波流量计计量的精确性带来不利的影响。管道内的噪声来源主要包括环境噪声和气流经过管道内扰流元件所产生的的噪声。例如当流量计上游的阀门开度较小时，在阀门处就会产生节流效应，此时下游流量计位置处的信噪比(信号与噪声的比例)将会大大降低，影响超声流量计的工作状态。

2.4气体脏污状态

美国天然气协会颁布的相关报告中提出，时差式超声波流量计的内部应尽量保持洁净，不得附着污油、灰尘等物质。可见，流量计内表面的清洁状态也是会影响其工作效果的，当流量计内部存在附着物时，会产生三种不良的后果。第一，附着物的存在会减小气体流通的截面积，使测出来的流量大于管道内的实际流量；第二，附着在换能器表面的沉积物也会影响超声波的发出和接受，从而导致超声波顺流和逆流的时间差增大，致使测量结果偏大；第三，附着物会改变管道内壁的粗糙度，使气体在管壁附近的流态发生变化，也会影响计量的准确性。

2.5气质组分

在一定温度和压力条件下，标准条件下气体的瞬时流量与标准条件下和工作条件下气体的压缩因子的比值成正比。因此，随着甲烷含量的增加，时差式超声波流量计输出的标准状态下的流量降低。

3发热量测定误差因素分析

天然气发热量的测定方法包括直接法和间接法。直接法是通过使天然气在热量计中燃烧，直接测量其释放的热量；而间接法是利用气相色谱仪测定天然气中可燃组分的含量，然后通过计算的方式求出其发热量。在现场实际操作过程中，间接法更为常用。

3.1水蒸气

水蒸气是天然气中较常见的组分，由于其不可燃，因此当采用间接法计算天然气的发热量时，并没有考虑其影响，所以所报告的天然气发热量是排除水蒸气后干气的发热量。而事实上，在天然气燃烧的过程中，由于水蒸气的物态变化，会直接影响天然气的实际发热量。对于大型输气站场来说，每日所输送的天然气量可达几十万立方米，因此所产生的经济差额是非常大的。而且，水蒸气在天然气中的百分含量越大，天然气的计算发热量和实际发热量之间的偏差就越大。因此当利用间接法测量天然气的发热量时，准确测量水蒸气的含量是至关重要的。

3.2取样过程

对于仅存在单一气源的输气站场，由于气质组分含量相对稳定，取样过程按照相关的规定操作即可获取较为准确的气体发热量。但对于存在两种或两种以上气源的输气站，不可能将各个气源的天然气进行分别处理和销售，都是先进行混合，然后再统一调配。由于不同气源的气质组分存在差异，气体在混合时，浓度高的组分要向浓度低处扩散，最终达到平衡的状态，即混合均匀状态，因此获取具有代表性的混合气样本对于计算混合天然气的发热量至关重要。

结束语

天然气能量计量能够真正地反映出其使用价值，因此目前正在大力推广。本文分别从体积计量和发热量测定(间接法)两个角度分析了实施天然气能量计量时产生误差的主要影响因素，从而为准确实施天然气能量计量提供了一定的参考与借鉴。

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