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城镇工商业天然气贸易计量皇冠计的选型建议


城镇工商业天然气贸易计量皇冠计的选型建议 ,天然气的计量按用途分为气田计量、输气干线贸易计量、城市门站和城市天然气用户贸易计量等部分。2002年至2004年北京市公用事业科研所通过对北京市天然气用户在用的贸易计量皇冠计进行抽样检测,分析数据,提出有关城市天然气贸易计量皇冠计的选型建议。

    城市天然气用户计量所使用的皇冠计是多种多样的,主要有涡轮、旋进漩涡、腰轮、膜式(包括商用和民用)。燃气用户多种多样,既有工业企业用户,又有城市公用事业用户、商业用户,还有居民用户,它是一个复杂的用户群,使用情况各不相同。贸易计量是天然气供需双方结算的凭证,因此,面对如此众多品种的皇冠计,如何选择合适的皇冠计,如何安装和维护管理皇冠计,对供需双方都很重要。

               

    2 常用各类天然气皇冠计的选型依据
    2.1 城市天然气用户皇冠计选型需要考虑的因素
    由于皇冠计的种类多、且性能各不相同,安装现场各不相同,因此,选型时必须同时考虑各种因素,具体如下:
    首先,了解各类皇冠计的计量特点,包括其原理、精度、范围度、压力损失、是否具备温度压力修正、所配套的智能积算仪的功能等;其次,明确工况,包括环境的温湿度、周围设备的噪声、电磁干扰情况、安装空间以及天然气介质的压力、温度、清洁度、组分等;同时还得考虑经济因素。
    2.2 选型步骤
    要想选型合适,必须了解皇冠计性能质量和被测量介质工况,即熟悉各类常用皇冠计的特性和适用范围,并掌握被计量燃气设备的有关参数及工况条件。图1为选型步骤。
    2.3 皇冠计类型的选择
    表1列出了各类皇冠计有关特性对比表,皇冠计选型可供参考。选型必须同时考虑到多种因素,并且还得分清主次,综合分析,才能找到合适的皇冠计类型。
    3 皇冠计规格的选择
    3.1 几种皇冠计典型特性曲线
    所谓误差特性,就是皇冠计的误差值与皇冠测量值之间的关系。讨论误差特性,就是讨论和研究测量误差值随皇冠测量值变化而变化的趋势。
    3.2 涡轮皇冠计规格的选择
    3.2.1 皇冠范围上限
    该种皇冠计一般使用在锅炉房,锅炉最大皇冠选在皇冠计进入精度的最大皇冠(Qmax)的0.6倍~0.8倍之间,因为锅炉一般有大小火之分,小火一般为大火的三分之一到二分之一之间(最低到十分之一),如果锅炉最大耗气量为涡轮皇冠计Qmax的0.6倍,那么锅炉最小耗气量就在Qmax的0.2倍~O.3倍之间,正好避开了特性曲线的拐点;从另一方面来说,锅炉最大耗气量选在涡轮皇冠计Qmax的O.8倍左右,在设备启动或管路皇冠、压力发生脉动时,可避免超量程使用,从而延长皇冠计的使用寿命。因此,根据涡轮皇冠计的特性曲线,用气设备的常用皇冠段最好处于0.3Qmax~O.8Qmax之间。
    3.2.2皇冠范围下限
    选型时要满足涡轮皇冠计进入精度的最小皇冠(Qmin)小于设备最小用气量,这样才能保证小皇冠的计量精度。
    在涡轮皇冠计的设计选型中,要兼顾用气设备的最大(额定)皇冠与进入精度的最大皇冠(Qmax)之间的匹配和最小用气量与皇冠计进入精度的最小皇冠(Qmin)之间的匹配,即确保计量结果稳定可靠,需满足以下条件:设备额定流/Qmax=0.6~0.8;Qmin≤设备最小皇冠。
    3.3 旋进旋涡皇冠计规格的选择
    旋进旋涡皇冠计选择规格时参照的原则与涡轮皇冠计相似,但由于其皇冠计实际进入精度的最小皇冠通常较大,因此满足下限要求尤为重要。另外由于其压力损失与涡轮等其它皇冠计相比很大,因此建议将其使用在供气压力高于8kPa的工况下。厂家的产品说明书上有详细的不同口径、不同皇冠、不同工况下有关其压力损失的图表和计算公式,设计中要保证供气压力减去压力损失应大于燃气设备的使用压力,否则燃气设备将无法正常工作。
表1 各类皇冠计有关特性对比表
  旋进旋涡 涡轮 腰轮(国产) 腰轮(进口) 公福膜式 民用膜式 精度 1.5   1.5 0.5~1.0 1.5~2 1.5~2   10:1 30:1 10:1~20:1 100:1 160:1 160:1 压力损失 较大 一般 一般 一般 小 小 D80,200m3/h 约2000Pa 约300Pa 约300Pa 约240Pa <400Pa <200Pa 小皇冠精度 低 一般 一般 高 高 高 可测量大皇冠
(m3) 3600 25000 1000 1000 1000 10 介质最大压力
(MPa) 4MPa 10MPa 1.2MPa 1.2MPa 0.05MPa 0.05MPa 介质温度 -20℃~+80℃ -10℃~+60℃ -40℃~+60℃ -40℃~+60℃ -20℃~+50℃ -20℃~+50℃ 环境温度 -30℃~+50℃ -20℃~+70℃ -30℃~+50℃ -30℃~+50℃ -10℃~+40℃ -10℃~+40℃ 检定周期(年)
(优于0.5级) 1 1 0.5 0.5    
检定周期(年)
(低于0.5级)
2 2 0.5 0.5 10 10 使用寿命 长 长 长 长 10 10 重量 中 中 重 重 重 轻 含杂质 不行 不行 不行 不行 不行 不行 是否需要
过滤器 需要 需要 需要 需要 需要 需要 故障率 一般 低 高 一般 低 低 结垢影响 大 大 大 大 大 大 粘附影响 大 大 大 大 大 大 测量原理 速度 速度 容积 容积 容积 容积 补偿方式 温度、压力 温度、压力、压缩系数 温度、压力 温度、压力 无 无 瞬时显示 智能型 智能型 智能型 智能型 无 无 安装方法 任意 口径200mm及以下 水平
/垂直安装; 大于则只
能水平 安装 垂直或水平 垂直或水平 水平 水平 皇冠计前
后直管段 需要 需要 不需要 不需要 不需要 不需要 价格 中 中 中 高 低 低
    为了解决旋进旋涡易受干扰的问题,通常厂家会把皇冠计的灵敏系数设置得较低,这是以牺牲小皇冠精度为代价的,其结果是不仅使小皇冠精度降低,而且经常是小皇冠根本不计量。因此,选用该表必须确定燃气设备的最小使用皇冠大于旋进旋涡皇冠计实际进入精度的最小皇冠。
    3.4 腰轮皇冠计规格的选择
    根据腰轮皇冠计的特性曲线,用气设备常用皇冠段应该使用在0.2Qmax~0.8Qmax之间。
    腰轮皇冠计一般使用在食堂或小型锅炉房,如前所述的原因,一般希望锅炉的最大皇冠选在皇冠计进入精度的最大皇冠Qmax的0.6倍~0.8倍之间,这样既能保证用气设备大皇冠时运行稳定,也能保证小皇冠时运行稳定。
    如果用户是锅炉房,按0.6Qmax~0.8Qmax选型是可以的,如果用在食堂里,则需要进行一些分析:
    从表3中可以知道食堂中两种灶具的耗气皇冠点,食堂中还有其它各种灶具,选型时应仔细核算灶具的使用工况,大小皇冠点兼顾,如一个皇冠计不行,如有必要建议大小灶具用不同规格的皇冠计分别计量。
表3 食堂灶具耗气皇冠点及皇冠计规格选型要求
工作情况 实际皇冠Q(m3/h) Q/Qmax 仅使用1个低汤灶 2.35 2.35/Qmax 仅使用1个双眼灶、1台蒸箱、一台低汤灶 15.29 15.29/Qmax 所有灶具满负荷 Q ≤0.8
    因此,在今后腰轮表的设计选型中,要仔细核算用气设备的最大、最小皇冠,确保计量精度的稳定可靠,额定皇冠/Qmax=0.6~0.8。
    下限要求应满足:Qmin≤设备最小皇冠。
    3.5 膜式皇冠计规格的选择
    3.5.1商用膜式表
    皇冠计在设计选型时应该考虑其在实际使用中的常用皇冠点情况,保证皇冠计运行稳定,计量准确。本课题中通过对皇冠计及其使用现场情况的调查研究,分析皇冠计选型是否合理。
    目前使用较多的商用膜式煤气表主要是JMB-100、JMB-40和JMB-25 3种规格,皇冠的对比情况如表4所示。
表4 食堂灶具耗气皇冠点及膜式表规格选型要求
工作情况 JMB-100
(Qmax=160m3/h)
(Qmin=1m3/h) JMB-40
(Qmax=65m3/h)
(Qmin=0.4m3/h) JMB-25
(Qmax=40m3/h)
(Qmin=0.25m3/h) 实际皇冠Q m3/h Q/Qmax 实际皇冠Q m3/h Q/Qmax 实际皇冠Q m3/h Q/Qmax 仅使用低汤灶 2.35 0.015 2.35 0.036 2.35 0.059 仅使用一台双眼灶、
一台蒸箱、一台低汤灶 15.29 0.096 15.29
    从表4所列情况进行分析,一般厨房最小皇冠是低汤灶工作,此时计量误差是偏负的;到营业时间开始使用一台双眼灶、一台蒸箱、一台低汤灶,皇冠点均在0.1Qmax以上,示值误差相对稳定;到营业高峰时间灶具满负荷使用,皇冠点落在大皇冠段,示值误差相对稳定。因此选用皇冠计时应仔细核对工作皇冠情况,选择合适的规格,如果最大、最小皇冠相差较大,可考虑使用两台不同规格的膜式表对不同皇冠段的燃气设备分别计量。
    3.5.2 民用膜式表
    对于民用户来讲,大部分用气设备为:一台双眼民用灶、一台热水器(或壁挂炉),目前使用较多的民用膜式煤气表主要是JMB-3、G4两种规格,JMB-3膜式表实际就是G2.5膜式表。G2.5、G4表的皇冠对比情况如表5所示。
    从表5中所列情况进行分析,一般厨房最小皇冠是小火保温情况,此时计量误差大多是偏负的;经常使用的是一个火眼或两个火眼,G2.5表的皇冠点均在0.1Qmax以上,示值误差相对稳定;G4表的皇冠点分布在0.1Qmax前后。如果灶具与热水器同时使用,G2.5的皇冠点落在0.8Qmax左右;G4的皇冠点落在0.5Qmax左右。由此可见普通居民用户选用G2.5膜式表比较合理。
表5 居民用气设备使用情况
工作情况 G2.5(Qmax=4m3/h)
(Qmin=0.025m3/h) G4(Qmax=6m3/h)
(Qmin=0.04m3/h) 实际皇冠Q m3/h Q/Qmax 实际皇冠Q m3/h Q/Qmax 小火保温 0.09
0.09 0.015 双眼灶单眼工作 0.41 0.103 0.41 0.069 双眼灶双眼工作 0.82 0.205 0.82 0.137 双眼灶+热水器 3.18 0.795 3.18 0.530
    因此,在今后民用表的设计选型时,应根据用户具体设备情况,如果是普通居民住宅,选用G2.5膜式表比较合适;如果是高档住宅区,需考虑灶具和其他用气设备的运行情况,进行合理选择。
    4.1 皇冠计选型建议
    4.1.1不同用户建议使用皇冠计的类型如表6所示。
表6 各类用途选型参考表
种类 建议使用表型 采暖 涡轮皇冠计 制冷 涡轮皇冠计 供热厂 涡轮皇冠计 工业 涡轮皇冠计、腰轮皇冠计、
商用膜式皇冠计(视具体情况而定) 商用(公福) 腰轮皇冠计、商用模式皇冠计 家庭 民用模式表
    4.1.2同一皇冠计不同使用情况下皇冠计规格的选型原则
    通过分析知道各类城市天然气皇冠计的选型存在一个共同的问题:小皇冠段使用不当。皇冠计在选型阶段往往考虑的是设备最大皇冠不超出皇冠计的上限皇冠,而对于用气设备各个皇冠段的使用概率及其误差区域未加考虑,这样导致皇冠计使用中均未超出其皇冠上限,但是小皇冠段或常用皇冠段误差偏大。
    今后的皇冠计选型应仔细了解用气设备各皇冠点与皇冠计的匹配程度,选择合适的皇冠计、合适的规格,保证使用皇冠点均落在误差稳定区域。涡轮、旋涡、腰轮使用在锅炉用户时最大皇冠点选在0.6Qmax~0.8Qmax;普通居民用户(双眼灶加热水器)使用的膜式表选用G2.5膜式表比较合适;对于燃气设备较多、且耗气量差异很大的商业公福用户,应仔细核算使用皇冠与皇冠计量程,当一台皇冠计无法兼顾大小皇冠时,可采用分路计量供气。
    4.2 对现有皇冠计的建议
    4.2.1 温度、压力修正
    贸易结算是用标准参比条件下(压力为101325Pa,温度为293.15K,即20℃)的体积值。目前北京燃气集团使用的膜式表、部分腰轮表、少数涡轮表是机械表,没有进行温压修正。
    不进行压力修正所造成的偏差肯定为负,且实际工况压力越大造成的偏差也越大,燃气集团亏损越大。不进行温度修正,当环境温度高于20℃时,所造成的偏差为正;当环境温度低于20℃时,所造成的偏差为负,冬季采暖锅炉所用皇冠计所测天然气介质的温度通常均低于20℃,这时不进行温度修正所造成的偏差为负。因此,进行温度压力修正对于维护燃气公司利益十分重要。
    对于安装了温压传感器的智能涡轮表、旋涡表、腰轮表,虽然使用中进行实时修正,但是也存在问题:检定规程只是规定出温压传感器的配置精度,并未要求进行检定,实际上也没有进行检定,因此智能表温压传感器的计量精度是不知道的。建议对智能皇冠计使用的温压传感器进行明确的检定,从而在皇冠计的使用温度、压力变化范围内,温度、压力传感器的测量值准确,以保证皇冠计的整体计量精度。
    4.2.2信号远传
    通过调查我们知道大部分皇冠计具有信号远传的功能,但都未使用。用于锅炉房的计量皇冠计主要是涡轮皇冠计和旋涡皇冠计,如果燃气集团利用皇冠计的信号远传功能,就可以通过皇冠计随时了解锅炉的用气情况,记录皇冠计的工作状况,及时发现问题,避免发生漏计的故障情况。另外每个锅炉房经过一段时间的运行,也可摸清其运行规律,如有异常,可及时发现问题,保证燃气系统安全、高效益地运行。
    4.2.3提高加工质量
    目前,国内皇冠计质量与国外同类产品相比,差距还是比较大的,主要原因是国内的产品机械加工水平较低,材料质量也不如人家,使得原理相同、结构相似,但性能差别较大,而高质量的进口皇冠计其价格又较贵,因此迫切需要提高国产皇冠计质量。
    4.2.4天然气的能量计量
    天然气是一种混合气体,它含有甲烷、乙烷、丙烷等烃类组分和氮、二氧化碳、一氧化碳等非烃类组分,各组分含量并不相同,不同地区产的天然气组分含量可能有所不同。作为燃料天然气的商品价值是其所含的发热量,即天然气销售使用的实质是天然气的能量,而不是体积。当天然气作为燃料时,能量计量显然比体积计量(或质量计量)更科学、更公平。
    传统的天然气发热量的计量方法:
    (1)直接法:热量计;
    (2)间接法:气相色谱仪。通过组分分析计算天然气的热值和相对密度。
    国外新型天然气发热量的计量方法有超声法和红外热传法两种。其特点是用不同于气相色谱的分析法,测出燃气中烃类的碳原子、CO2和N2各自的组分含量,并依据烃类中碳原子与声速、气体的摩尔质量、发热值之间的线性关系,算出发热值。方法简单,设备投资低,运行费用也低。具体产品如下:
    一种是instromet international的产品:ENSONIC——超声能量计,采用超声法;另一种是RuhrgasAG Essen的产品:gas-lab Q1——红外热传燃气质量测定仪采用红外热传法。
    目前在国外,能量计量也是处于理论研究阶段,尚未实现贸易计量上的实际应用。为了今后在我国逐步实行按能量进行贸易交接,还需在法规上、计量体系上、标准上、配套设备上等方面做许多相关的准备工作。
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