国际气体流量测量技术的新进展

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发表于 2003-7-11 19:08 |只看该作者 |倒序浏览

国际气体流量测量技术的新进展

孙延祚 KOOS VAH HEI BEN
北京化工大学

摘要文章从以下6个方面综述了当今国际上气体流量测量技术的最新进展；（1）在加拿大新建成的TCC高压天然气大流量标准装置，它是目前世界上最精确的高压气体流量标定站；（2）全新的大流量气体流量传递标准-----世界第一个工业用大型旋转活塞（腰轮）式校准仪；（3）新一代的气体超声流量计；（4）新型气体腰轮流量计；（5）用于天然气国际贸易输送的计量系统；（6）用于较小量点的新型天然气分配计量系统。

主题词气体流量计量装置系统流量计技术发展

                        目前世界上最精确的高压气体流量标定站

世界上唯一的一种旋转活塞（腰轮）式校准仪具有标定站的“看站狗”WATCH BOG）能力。利用它能够实现从主参比标准流量计到主基准的更直接的连接（溯源），详见下文IRPP。这个溯源链是由NMI确保和认证的，安装在加拿大WINNIPEG。
安装在加拿大WINNIPEG 的TCC流量标定站的总不确定度2000年底将达0.15%。（目前已公认为0.2%）。IRPP校准仪利用现代化的Instromet 的最新监控序列软件（ ISS Supervisory Suite Software ）来获取全部测量结果，该软件提供了一个快速、精确和友好的用户界面。对全部信号，包括流量的快速采样（仅3秒）能充分利用全部的流动信息，能使测量的延续（持续）时间最佳化，是获得一个客观的不确定度结果的基础。为确保测量结果的完善一致，系统已被最佳化。它能进行快速的误差检测。

                           第一个工业用大型旋转活塞式校准仪（IRPP）

在进行大量的研究和无数次的实验之后， Instromet 独特的旋转活塞式（腰轮）校准仪现已安装在加拿大的TCC流量标定站。该校准仪是基于一系列的无脉动的气体腰轮流量计，能在很宽的压力和流量范围内提供高度精确的流量测量结果。它所具有的只有在实验室中才能取得的精确度和重复性使其能相当可观地减小一个流量标定装置的总不确定度。

                           图 1 高压气体流量标定站
工业用旋转活塞式校准仪（IRPP）的主要特点；
（1）极高的精确度；（2）极好的重复性；（3）与标定站的安装无关；（4）与气体的温度、压力和组分无关；（5）极宽的量程比；（6）可量测性好；（ Scalable ）可将IRPP系统安装在气体贸易输送计量站或流量测试装置处，在这里可利用IRPP作为备用的传递标准，以便对其它流量计进行常规的例行的检定。它的测量核心组件（盒式芯子）是便携的，使其能很方便地将该核心组件运至溯源的主基准（更高级的检定实验室）。
专用的软件系统能输出快速响应的流量信号并减小不必要的数据，从而将IRPP制作成一个现实的校准仪式的标准流量计。

                  超声流量计的最新一代产品-----“运动跑车”

最新一代的气体超声流量计已经出现。这种杰出的流量计的超声探头（传感器）相对于流量计表体处于垂直方位，这与传统的沿倾斜角度插入的传感器不同。专为4英寸（100 mm）到8英寸（200mm）管道而设计的这种新型Q Sonic----3气体超声流量计结构是非常紧凑的，它使用于气体的贸易输送计量。声道的配置仍然依据已证实且受专利保护的双反射原理，同时结合通过管道中部的单反射声道。目前一直在生产的Q系列超声流量计中也是采用双反射声道与单反射声道相结合的原理。
将传感器安装在测量管的半顶部，这样做一方面是为了便于维护，另一方面也是为了防止在传感器槽（凹、空穴）处聚集液体。因此这个新一代的超声流量计能更好地适用于湿气体的场合。
在新一代的超声流量计的结构设计方面的，另一个特点是；在线带压更换传感器仍是一个由用户决定的任选项。有专门为此而开发的抽出工具。利用此抽出工具可以无须降低管道中的压力，仅在几分钟之内更换传感器。
对于新一代的超声流量计，超声频率已被提高到200KHZ ，其结果是使信噪比得以改善。这使得新一代的超声流量计对于由调压器或调节阀所产生的噪声更不敏感。

                        气体腰轮流量计技术的最新产品

作为腰轮流量计中常用的盒式组件结构的一种替代物,Instromet 的工程师们开发出了结构极为紧凑的具有极优良计量特性的IRM---3型气腰轮流量计。它能使通过测量室的气体泄露量达到最小，同时使由腰轮输送的气体体积（容积）达到最大。
IRM----3的表体非常结实，不可能由于安装中的未对准而发生表体变形。而一般常规气体腰轮流量计安装时，常常由于管道轴线与流量计轴线的不同轴而使壳体变形，易发生腰轮被卡死而停转的故障。IRM---3则不会发生此种卡死故障。
与Instromet 扩展其精密测量前沿的传统一致，Instromet 开发出了专利的IRM DUO型气体腰轮流量计。它消除了普通腰轮流量计中所固有的主要脉动（本质上是气体流量的脉动）。通过在一个表体中精巧地安装耦合了的两对腰轮，而每对腰轮所产生的脉动正好安排得彼此相对，从而获得气流的平滑的（无脉动）流动。这种DUO原理现已成功地用于IRM—1系列较大口径的气体腰轮流量计，和用于4英寸（100mm）到6英寸（150mm）口径IRM—3型气体腰轮流量计。所有这些新型腰轮流量计工作时，都有无与伦比的寂静和平稳。
IRM---3系列气体腰轮流量计的供货口径为：1.5英寸（40mm）--6英寸（150mm），它相应的流量测量范围是；0.6----100m3 / h（1.5---38M，亦即G25—G650），气体的工作压力可达1.6MPa。此种流量计的精度优于1%，重复性优于0.1%，量程比大于1：100。气体工作温度范围：-300℃---600℃ 。IRM---3系列腰轮流量计已由几个国际上主要的权威计量机构批准可用于贸易输送计量。

                        享有国际声誉的边境计量系统

由于因用了Instromet的ISS监控序列软件包，已达到具有99.99%利用率的有100%冗余度的总能量系统。ISS的先进的彩色图形显示具有历史趋势、报警和广泛的维护功能。这使得系统运行很省事。高级计算包括用于过程的量与质的测量和支持冗余度的一个完整的流量库。计量系统可通过ISS系统或中央计算机实现完整的自控。各种报表完全可以按规格改制。有可以利用的内部互联网（In-tranet）支持软件。Instromet一直在提供完整的高水平边境天然气计量系统的交钥匙工程。已完成的几个工程有：
（1）瑞士Transitgas,WaIIbach 站：在6.75 MPa下1990 680 m3/h,4× 24" Q.Shic 和 SM---RI—X涡轮，有分析器室，冗余的可编程调节器PLC.冗余的ISS系统。
（2）土尔其BoIocIar 站；在7.5MPa下，120 ×104m3/n,4×24"孔板，有分析器室，冗余的PLC.冗余的ISS系统。
（3）意大利Masera 站；在6 MPa下，230×104m3/h,6×20"Q.Sonic 和SM—RI—X涡轮，有分析器室，冗余的PLC.冗余的ISS系统。
（4）奥地利OMV.ArnoIdstein and Baumgarten 站；1990 680m3/h(在6.75MPa下)，4×24"Q.Soh-ic和SM—RI—X涡轮，有分析器室，冗余的PLC、冗余的ISS系统。

                     天然气分配计量系统能提供各种便利，操作容易

为较小计量点的自动化，Instromet 提供了性能价格比高的解决办法。在边境计量中使用的工业强度的ISS监管（控）系统，可提供计算，复杂的管路切换，能量计算和完成报表等功能。彩色图象的拟态显示使操作运行非常轻松。出现任何问题都要报警，确保操作人员获得有关信息。在系统中测量结果记录，档案和变化趋势使故障排除工作变得极为简单。
其特点是由Instromet 设计完成的与中央系统的连接和通过调制解调器（modem）的支持都是标准的。已提供给用户关于该系统的一些例子如下；
（1）韩国，韩国燃气；11个站，3或4个平行的计量管道；47×6"、8"、10"、12"和16"SM—RI---X涡轮流量计，用于站控的PLC，用于监控与管理的ISS软件。计量管的自动切换和自动报表。
（2）波斯尼亚Sarajevogas 地区的Kiadan 站；2×16"，1×18"SM—RI—X型涡轮流量计，EncaI2000 色谱仪，用于监督管理，管道切换和报表的ISS.
（3）马来西亚Petronas地区蹬GeIugor 站；6.9MPa,213 750m3/h,3×8"SM—RI—X型涡轮流量计，EncaI 2000 色谱仪；用于站控PLC，可实现计量管道的自动切换，用于监管和报表的ISS .
（4）荷兰， NAM, Tjuchem 北站和南站；7.5MPa,500×144m3/h和1000×104m3/h,4和 8×24"Q.Sonic流量计，PLC和ISS监控计算机。
（5）希腊，Depa地区的22个计量站和减压站；5×104---50×104m3/h流量，SM—RI—X涡轮流量计，压力调节器。EncaI 2000色谱仪，用于遥测和监控的PLC。