CN108225443A - 天然气流量检测环道装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种天然气流量检测环道装置。天然气流量检测环道装置包括：自天然气进气至出气方向顺次连接的增压和抽气系统(3)、增压和冷却系统(1)以及检测系统(2)；所述增压和冷却系统(1)与所述检测系统(2)构成闭合环路；其中，所述检测系统(2)包括，自天然气进气至出气方向顺次连接的标准工作表(201)和被检流量计(202)。本发明提供的天然气流量检测环道装置利用增压和抽气系统，以及增压和冷却系统与所述检测系统构成闭合环路，使得该装置对被检流量计的流量检测不受上游气源和下游输送天然气的压力和流量影响，对天然气流量计的检定压力、检定流量覆盖更宽，稳定性更好，并且计量更准确。
Description
技术领域
本发明涉及天然气流量检测技术领域，特别涉及一种天然气流量检测环道装置。
背景技术
根据国家检定规程，所有贸易交接用天然气流量计都需送授权的天然气实流检定机构进行检定。目前国内检定机构主要采用直排检定标准装置。直排检定标准装置的检定过程主要为输配气站上游的气源通过输气干线管网经调节阀组后，先由标准工作表计量，再由被检流量计计量，然后经过调节阀组，进入输配气站下游。该装置主要根据输配气站上下游压差，进行最大检定流量检定。
直排检定标准装置的检测压力、流量范围受上游气源及下游干线输送天然气的影响，且调压范围受限，无法满足用户接近现场压力、流量条件的流量计检定。如果气源来气为3.0MPa，直排系统检定压力就不能超过3.0MPa，并且直排检定标准装置出气至输配气站下游输气管网，对下游输气管网也有压力要求，如下游输气管网压力不得低于1.8MPa。这时直排系统的最低检定压力就不得低于1.8MPa。从而可知，直排系统的整个检定压力调节范围很窄，检定流量受限于上下游输气管网压力(夏季、冬季管网压力通常不一样)。
在实际应用中，天然气国际贸易交接压力高、流量大，一般流量计口径为DN400，压力在10MPa以上；而燃气公司交接计量天然气压力低、流量小，流量计口径通常为DN50，压力常在1.0MPa以下。显然，直排检定标准装置不能同时满足对前述二者所使用的天然气流量计进行检定。
同时，直排检定标准装置检测压力、流量范围受上游气源及下游干线输送天然气的影响，若气源压力低，而流量计使用压力高，则不能满足天然气流量计检定需求，这样也无法满足用户接近现场压力、流量条件的流量计检定。
由于天然气流量计在不同压力条件下其计量性能不同，即使在国际贸易交接中存在很小的计量偏差都将带来很大的财务风险。
因此，需要检定天然气流量计的压力范围宽、流量范围宽且计量准确的天然气流量检测装置。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种天然气流量检测环道装置。技术方案如下：
本发明提供了一种天然气流量检测环道装置，包括：
自天然气进气至出气方向顺次连接的增压和抽气系统、增压和冷却系统以及检测系统；
所述增压和冷却系统与所述检测系统构成闭合环路；
其中，所述检测系统包括，自天然气进气至出气方向顺次连接的标准工作表和被检流量计。
优选地，该装置还包括：顺次连接于所述增压和抽气系统的出口端的脱硫脱水装置和储气罐组；所述增压和抽气系统包括往复式压缩机组。
具体地，所述增压和冷却系统包括，2个以上的由自天然气进气至出气方向顺次连接的离心压缩机和换热器构成的并联支路。
优选地，在所述2个以上的由自天然气进气至出气方向顺次连接的离心压缩机和换热器构成的并联支路上并联有抗喘支路。
优选地，所述标准工作表为涡轮流量计或临界流文丘里喷嘴。
优选地，所述检测系统包括，两个以上并联连接的标准工作表和两个以上并联连接的被检流量计；所述检测系统还包括，设置在所述检测系统的进气端与所述并联连接的标准工作表的连接管路上的第一汇管；设置在所述并联连接的标准工作表与所述并联连接的被检流量计的连接管路上的第二汇管；以及设置在所述被检流量计的出气端与所述增压和冷却系统的进气端的管路上的第三汇管。
更优选地，在每个所述标准工作表的进气端的管路上自天然气进气至出气方向顺次设置有第一压力变送器、超声流量计、第一温度变送器、第一整流器和第二压力变送器；或在每个所述标准工作表的进气端的管路上自天然气进气至出气方向顺次设置有第一整流器和第二压力变送器。
更优选地，在每个所述被检流量计的进气端的管路上自天然气进气至出气方向顺次设置有第二整流器和第三压力变送器。
更优选地，在每个所述标准工作表的出气端的管路上设置有第二温度变送器；和/或在每个所述被检流量计的出气端的管路上设置有第三温度变送器和/或温度铂电阻。
更优选地，在每个所述被检流量计的出气端与所述第三汇管连接的管路上设置有氮气置换支路。
更优选地，在每个所述被检流量计的出气端与所述第三汇管连接的管路上设置有在线甲烷含量和在线氧气含量检测支路。
更优选地，所述检测系统还包括与所述第一汇管连通的用于检测天然气成分和含量的气相色谱仪。
优选地，该装置还包括：连通所述闭合环路与所述往复式压缩机组的进气端的天然气排放管路。
具体地，在所述增压和抽气系统的进气端和出气端均设置有阀门；在所述增压和冷却系统的进气端和出气端均设置有阀门；在标准工作表的进气端和出气端的管路上均设置有阀门；在所述被检流量计的进气端和出气端的管路上均设置有阀门。
具体地，所述检测系统还包括：数据采集与分析评价系统。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：本发明提供的天然气流量检测环道装置利用增压和抽气系统，以及增压和冷却系统与所述检测系统构成闭合环路，使得该装置对被检流量计的流量检测不受上游气源和下游输送天然气的压力和流量影响，对天然气流量计的检定压力覆盖更宽、检定流量覆盖更宽，稳定性更好，并且计量更准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一示例性实施例示出的一种天然气流量检测环道装置的示意图；
图2为本发明一示例性实施例示出的另一种天然气流量检测环道装置的示意图；
图3为本发明一示例性实施例示出的再一种天然气流量检测环道装置的示意图；
图中的附图标记分别表示：
1、增压和冷却系统；101、离心压缩机；102、换热器；2、检测系统；201、标准工作表；2011、涡轮流量计；202、被检流量计；203、第一汇管；204第二汇管；205、第三汇管；206、第一压力变送器；207、超声流量计；208、第一温度变送器；209、第一整流器；210、第二压力变送器；211、第二整流器；212、第三压力变送器；213、第二温度变送器；214、第三温度变送器；215、温度铂电阻；216、气相色谱仪；217、氮气置换装置；218、在线甲烷含量检测仪和在线氧气含量检测仪；3、增压和抽气系统；301、往复式压缩机组；4、脱硫脱水装置；5、储气罐组；6、电动球阀；7、止回阀；8、气动球阀；9球阀；10、抗喘振阀。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1为本发明一示例性实施例示出的一种天然气流量检测环道装置的示意图。参见图1，本发明提供的一种天然气流量检测环道装置，至少包括：
自天然气进气至出气方向顺次连接的增压和抽气系统3、增压和冷却系统1以及检测系统2；
增压和冷却系统1与检测系统2构成闭合环路；
其中，检测系统2包括，自天然气进气至出气方向顺次连接的标准工作表201和被检流量计202。
在检定被检流量计的过程中，上游气源通过增压和抽气系统3增大天然气的压力，通过增压和冷却系统1与检测系统2构成闭合环路还可以增大被检流量计的出气端的天然气的流量，相对于现有的直排检定标准装置，该天然气流量检测环道装置对被检流量计的流量检测不受上游气源和下游输送天然气的压力和流量影响，对天然气流量计的检定压力覆盖更宽，检定流量覆盖更宽，稳定性更好，并且计量更准确。该天然气流量检测环道装置可对压力范围在0.3～12MPa的天然气流量计进行检定。
在实际应用中，该装置还包括：用于除硫除水净化过滤天然气的脱硫脱水装置4和用于储存天然气的储气罐组5，储气罐组5中的每个储气罐并联连接，必要时还设置有作为备用罐的储气罐。脱硫脱水装置4和储气罐组5顺次连接于增压和抽气系统3的出气端。
上游天然气经增压及抽气系统3增压，并经脱硫脱水装置4脱硫脱水过滤处理后的天然气存储至储气罐组5中，然后由储气罐组5及调压阀组进行压力调节，向由增压与冷却系统1、检测系统2组成的环道内注入0.3～12MPa天然气，能实现环道内检定天然气压力在0.3～12MPa范围，环道内天然气经增压与冷却系统1实现流量、温度平稳自动调节，检测系统2实现流量计检定数据采集与分析评价。
还有，在实际应用中，所述增压和抽气系统3包括压缩机组，优选为压比较大的往复式压缩机组301。
再有，如图2至3所示，在上游气源与往复式压缩机组301的进气端的管路上设置有阀门，具体可以为：自天然气进气至出气方向顺次设置有电动球阀6和用于防止天然气回流的止回阀7。
下面将对增压和冷却系统1的构成进行详细描述。
如图2至3所示，增压和冷却系统1包括，2个以上的由自天然气进气至出气方向顺次连接的离心压缩机101和换热器102构成的并联支路。离心压缩机101为天然气在闭合环路中的流动提供动力，同时调控天然气在闭环环路中的流量，换热器102调控天然气在闭合环路中的温度。在实际应用中，所述离心压缩机101优选为低压比1.05～1.30，宽流量2～6500m3/h调节的离心压缩机。
如图2至3所示，在增压和冷却系统1的进气端设置有控制进入增压和冷却系统1的进气总阀门。该总阀门可以为气动球阀8。每个离心压缩机101和换热器102构成的并联支路的出气端均设置有阀门，该阀门用于控制增压和冷却系统1向检测系统2中输送天然气，该阀门可以为气动球阀8(如图2所示)。在实际应用中，根据检定流量需要，组合开启该阀门。
当离心压缩机101和换热器102构成的并联支路的天然气流量过小时，会出现喘振现象。为了防止喘振现象发生，危及设备安全以及影响天然气流量计检定的准确性，在实际应用中，2个以上的在自天然气进气至出气方向顺次连接的离心压缩机101和换热器102构成的并联支路上并联有抗喘支路。抗喘支路可以由自天然气进气至出气方向顺次连接的球阀9、抗喘振阀10和球阀9构成。
下面将对检测系统2的构成进行详细描述。
检测系统2包括，两个以上并联连接的标准工作表201和两个以上并联连接的被检流量计202；检测系统2还包括，设置在检测系统2的进气端与并联连接的标准工作表201的连接管路上的第一汇管203；设置在并联连接的标准工作表201与并联连接的被检流量计202的连接管路上的第二汇管204；以及设置在被检流量计202的出气端与增压和冷却系统1的进气端的管路上的第三汇管205。
标准工作表201为涡轮流量计(如图3所示)或临界流文丘里喷嘴(如图2所示)。
从增压和冷却系统1流出的天然气在第一汇管203汇聚混合，再分配至每个并联的标准工作表201的支路中，从标准工作表201输出的天然气在第二汇管204内汇聚混合，然后分配至每个并联的被检流量计202的支路中，对需要被检流量计进行检定。从并联的被检流量计202的支路输出的天然气在第三汇管205汇聚混合，再输送至增压和冷却系统1的进气端，从而完成一个循环。
在实际应用中，检测系统2还包括与第一汇管201连通的用于检测天然气成分和含量的气相色谱仪216。
为了使天然气的计量更加准确，如图3所示，在每个标准工作表201的进气端的管路上自天然气进气至出气方向顺次设置有第一整流器209和第二压力变送器210。第一整流器209用于整定天然气在流经标准工作表201之前的流态。第二压力变送器210用来测定天然气的当前压力。在此标准工作表支路上的标准工作表可以为临界流文丘里喷嘴。
进一步优选地，如图3所示，在每个标准工作表201的进气端的管路上自天然气进气至出气方向顺次设置有第一压力变送器206、超声流量计207、第一温度变送器208、第一整流器209和第二压力变送器210。第三压力变送器212用于测定天然气的压力，如果测定的压力同待检定压力预设值不符，则调整储气罐5及调压阀(图3中未示出)，向环道内注入所需天然气来满足压力预设值。组合某几个标准工作表201的流量用于测定天然气的流量是否符合预设值，如果不符，则调整离心压缩机101等系统来满足流量预设值。温度铂电阻215用于测定天然气的温度是否符合预设值，如果不符，则调整换热器102等冷却系统来满足温度预设值。
超声流量计207通常与涡轮流量计连用，也就是说标准工作表201可以为涡轮流量计。超声流量计207用于测定流经标准工作表的天然气流量，用于核查标准工作表201涡轮流量计的流量量值是否可靠。
被检流量计流量检定的基本过程为：将标准工作表201工况条件下天然气流量值F0，折算至被检流量计202处工况的流量F2，然后分析比较被检流量计202的流量值F1同流量值F2的示值误差、重复性，判断是否符合相应检定规程技术要求。流量F2值计算为根据状态方程转换得到，依赖参数为第二压力变送器210的绝对压力值P0、第二温度变送器213的温度值T0、标准工作表201工况条件下天然气流量F0、第三压力变送器212的绝对压力值P1、第三温度变送器214的温度值T1、气相色谱仪216天然气成分和含量Composition参数。
更进一步优选地，在每个所述标准工作表(如涡轮流量计)的出气端的管路上设置有第二温度变送器213，用于检测涡轮流量计处的天然气的温度。通常可第二温度变送器213之后设置温度铂电阻215。
在实际应用中，每个并联的标准工作表的支路的进气端和出气端均设置有阀门，为了保证环道内天然气无泄漏，该阀门可以为如图2至3所示的气动球阀8和电动球阀6联用的双阀门。在标准工作表201的进气端，气动球阀8设置在电动球阀6之前；在标准工作表的出气端，气动球阀8设置在电动球阀6之后。
根据以上描述，每个标准工作表的支路的具体构成可以为：如图3所示，由自天然气进气至出气方向顺次连接的气动球阀8、电动球阀6、第一压力变送器206、超声流量计207、第一温度变送器208、第一整流器209和第二压力变送器210、涡轮流量计2011、第二温度变送器213、电动球阀6和气动球阀8。
经第二汇管204汇聚输出的天然气，在流经每个被检流量计202之前，优选对其进行整流和压力测试，具体可以为：在每个被检流量计202的进气端的管路上自天然气进气至出气方向顺次设置有第二整流器211和第三压力变送器212。
在实际应用中，从被检流量计202输出的天然气有必要进行温度检测，具体可以为：在每个被检流量计202的出气端的管路上设置有第三温度变送器214，或温度铂电阻215，或第三温度变送器214和温度铂电阻215。
还有，在实际应用中，在每个被检流量计202的出气端与第三汇管205连接的管路上设置有氮气置换支路。该氮气置换支路设置有氮气置换装置217，用于将闭合环路中的天然气置换出来。
再有，在实际应用中，在每个被检流量计202的出气端与第三汇管205连接的管路上设置有在线甲烷含量和在线氧气含量检测支路。在线甲烷含量和在线氧气含量检测支路上设置有在线甲烷含量检测仪和在线氧气含量检测仪218。在线甲烷含量检测仪用于氮气置换后检测闭合环路中是否仍有天然气残留。在线氧气含量检测仪用于氮气置换后检测闭合环路中是否混有空气。
此外，在实际应用中，每个并联的被检流量计的支路的进气端和出气端均设置有阀门，该阀门可以为如图2至3所示的气动球阀8和电动球阀6联用的双阀门。在被检流量计202的进气端，气动球阀8设置在电动球阀6之前；在被检流量计202的出气端，气动球阀8设置在电动球阀6之后。氮气置换支路以及线甲烷含量和在线氧气含量检测支路的进气端均设置有阀门。
根据以上描述，每个被检流量计的支路的具体构成可以为：如图3所示，由自天然气进气至出气方向顺次连接的气动球阀8、电动球阀6、第二整流器211、第三压力变送器212、被检流量计202、第三温度变送器214和温度铂电阻215，分别连接于温度铂电阻215后的氮气置换支路以及在线甲烷含量和在线氧气含量检测支路。
从上述描述中可知，第一汇管203与第二汇管204之间并联有多个标准工作表的支路；第二汇管204与第三汇管205之间并联有多个被检流量计的支路。这样，本领域技术人员可以通过开启某条或某几条并联的被检流量计的支路来调控天然气流量，从而使该天然气流量检测环道装置适应更大流量范围的天然气流量计的检定。
在实际应用中，所述检测系统2还包括：数据采集与分析评价系统。
在考虑整个装置增压与冷却系统实现流量、温度平稳自动调节，检测系统实现流量计检定数据自动连续采集与分析评价时，充分考虑了整个装置的自动化程度提高及检定效率提高。环道数据采集与评价系统所采集处理得到的组合标准工作表流量信号通过OPC通讯传输至环道离心机组流量及温度控制系统，将所传送的流量信号作为离心压缩机与冷却系统流量控制的目标量，将环道检测系统被检流量计区的温度铂电阻的温度值作为增压与冷却系统温度控制的目标量，采用PID控制参数矩阵实现对每路流量计的检定，同时，将数据采集与评价系统同增压与冷却系统有机结合起来，实现一键操作即可完成对流量计的所有流量点工况调节及自动数据采集分析出具证书，一键操作完成检测段天然气氮气置换合格。
需要说明的是，OPC(OLE for Process Control，用于过程控制的OLE)是一个工业标准。PID(比例-积分-微分控制器)是用于工业控制应用的一种算法，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。
该天然气流量检测环道装置还包括：天然气排放管路，优选地，天然气排放管路为连通所述闭合环路与所述往复式压缩机组301的进气端的天然气回路。更具体为：连通第三汇管205的出气端与往复式压缩机组301的进气端的天然气回路。天然气排放管路同往复式压缩机组301、储气罐组5中备用罐形成一个抽气工艺流程，实现环道内低压天然气的存储回收，再集中处理，避免排放到大气中，造成环境污染。在实际应用中，如下游输气管网压力不得低于1.8MPa，在天然气流量检测环道装置完成流量计检定后，如果环道天然气内检定压力高于1.8MPa可直接排放至下游输气管网，但如果环道天然气内检定压力为(0.3～1.8)MPa就不能直接排放至下游输气管网，这时可利用此抽气工艺，将环道内天然气回收至储气罐中。在实际应用中，储气罐组5中的其中五个储气罐可以作为备用罐来储存返回增压和抽气系统3的天然气。
自天然气排放管路上设置有自天然气回流方向顺次连接的电动球阀6和止回阀7。
由上述实施例可知，本发明提供的天然气流量检测环道装置利用增压和抽气系统，以及增压和冷却系统与所述检测系统构成闭合环路，并且还能调节各被检流量计的压力和流量，使得该装置对被检流量计的流量检测不受上游气源和下游输送天然气的压力和流量影响，对天然气流量计的检定压力覆盖更宽，检定流量覆盖更宽，稳定性更好，并且计量更准确。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种天然气流量检测环道装置，其特征在于，包括：
自天然气进气至出气方向顺次连接的增压和抽气系统(3)、增压和冷却系统(1)以及检测系统(2)；
所述增压和冷却系统(1)与所述检测系统(2)构成闭合环路；
其中，所述检测系统(2)包括，自天然气进气至出气方向顺次连接的标准工作表(201)和被检流量计(202)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：顺次连接于所述增压和抽气系统(3)的出口端的脱硫脱水装置(4)和储气罐组(5)；所述增压和抽气系统(3)包括往复式压缩机组(301)。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述增压和冷却系统(1)包括，2个以上的由自天然气进气至出气方向顺次连接的离心压缩机(101)和换热器(102)构成的并联支路。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，在所述2个以上的由自天然气进气至出气方向顺次连接的离心压缩机(101)和换热器(102)构成的并联支路上并联有抗喘支路。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述标准工作表(201)为涡轮流量计或临界流文丘里喷嘴。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测系统(2)包括，两个以上并联连接的标准工作表(201)和两个以上并联连接的被检流量计(202)；所述检测系统(2)还包括，设置在所述检测系统(2)的进气端与所述并联连接的标准工作表(201)的连接管路上的第一汇管(203)；设置在所述并联连接的标准工作表(201)与所述并联连接的被检流量计(202)的连接管路上的第二汇管(204)；以及设置在所述被检流量计(202)的出气端与所述增压和冷却系统(1)的进气端的管路上的第三汇管(205)。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在每个所述标准工作表(201)的进气端的管路上自天然气进气至出气方向顺次设置有第一压力变送器(206)、超声流量计(207)、第一温度变送器(208)、第一整流器(209)和第二压力变送器(210)；或在每个所述标准工作表(201)的进气端的管路上自天然气进气至出气方向顺次设置有第一整流器(209)和第二压力变送器(210)。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在每个所述被检流量计(202)的进气端的管路上自天然气进气至出气方向顺次设置有第二整流器(211)和第三压力变送器(212)。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在每个所述标准工作表(201)的出气端的管路上设置有第二温度变送器(213)；和/或在每个所述被检流量计(202)的出气端的管路上设置有第三温度变送器(214)和/或温度铂电阻(215)。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在每个所述被检流量计(202)的出气端与所述第三汇管(205)连接的管路上设置有氮气置换支路。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，在每个所述被检流量计(202)的出气端与所述第三汇管(205)连接的管路上设置有在线甲烷含量和在线氧气含量检测支路。
12.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述检测系统(2)还包括与所述第一汇管(201)连通的用于检测天然气成分和含量的气相色谱仪(215)。
13.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：连通所述闭合环路与所述往复式压缩机组(301)的进气端的天然气排放管路。
14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述增压和抽气系统(3)的进气端和出气端均设置有阀门；在所述增压和冷却系统(1)的进气端和出气端均设置有阀门；在标准工作表(201)的进气端和出气端的管路上均设置有阀门；在所述被检流量计(202)的进气端和出气端的管路上均设置有阀门。
15.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测系统(2)还包括：数据采集与分析评价系统。
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