对天然气发热量测定溯源体系的探讨.pdf

技术篇I 节能计量技术专题礴溺瀚麟缀燃麴豳醺翻燃圈麓麓豳潮溺瀚渤缀缝嬲嘲鳓髓 天然气由体积计量向能量计量转化，迫切需要有权威、准确的测量方法作为技术支持 对天然气发 口李佳王海峰孙国华 热量测定溯源体系的探讨 国际上天然气计量的方式主要有3 种体积计量、质 量计量和能量计量．但在天然气贸易计量中以能量计量 为目前国际通行的也是最公平的方法。随着人世和天然 气市场竞争的加剧．天然气计量准确性和合理性倍受关 注。目前，国家发改委对原油、成品油和天然气的计量方 式都提出了与困际接轨的要求．大型贸易的天然气交接 计量将采用能量计量方式．然而要推广实施天然气能量 计量方式．迫切需要解决的问题是其相关技术的标准化 问题。天然气由体积计量向能量计量转化．迫切需要有权 威、准确的测量方法作为技术支持。 一、天然气发热量测定方法的现状 目前．国内外用于测馈天然气发热量的测量方法主 要有以下几类 1 ．采用水流式气体热量计测量 水流式气体热量计也称容克式气体热量计。这种方 法利用热量计中水流将燃气燃烧产生的热量完全吸收． 再根据水量和水温的升高以及消耗的气体体积求出燃气 的发热量。该方法分成两个步骤完成测量第一．测量甲 烷燃烧热标准物质的发热餐．得到热量计的修正系数即 热效率；第二。采用同样的测试条件测量样气．经过热效 率修正后得到样气的发热量。 根据该方法的原理。标准气体高位热值按式 1 和式 2 计算。 帖掣 1 式中Q 谢一实际测得的高位热值，l 【J ／m ，；C L 一水 的比热容，J ／ g K ；形一次实验巾流过热量计的水 量，g ；纽、￡出热量计进、出水的平均温度，℃；y 一 次实验中消耗的气体体积。L 。 肚善罴糕讲 2 ‘ ￡，2 7 3 ．1 5 1 0 1 ．3 2 5 “ ⋯7 式中卜燃气体积修正系数．用于将实验条件下消 耗的湿气体积换算到标准状态下的千气体积；￡厂燃气温 度，℃；r 大气压值，k P a ；卜流量计内燃气压力，k P a ； s 水的饱和蒸汽压，℃；，；湿式流量计修正系数。 从上述测量方法可以看出．最重要的因素有标准物 质标准值的不确定度、测量重复性、温度测量、燃气体积 的测量等．其不确定度可达l ％。城市燃气的测定目前主 要使用该方法．优点是仪器成本低．测量过程不受被测气 体成分的影响；缺点是测量过程环节多．对于操作人员和 环境控制要求高．使得测量结果受到多方面因素的影响。 2 ．色谱分析法 这种方法是目前测量天然气比较常用的方法。其主 要原理是在同样的操作条件下．模拟天然气组分的气体 标准物质和天然气样气用气相色谱法进行分离．通过对 比标准气体和样气的峰高、峰面积或者两者均对比。得到 样气的组分．按照国家标准G B 厂I ’1 1 0 6 2 1 9 9 8 天然气发热 量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法，计算获得样 气的发热量。国家标准明确限制了除甲烷外其余可能出 现的各组分的含量。通常N 的摩尔分数不超过0 _ 3 ，C O 和 C 2 H 。不超过0 ．1 5 ，某组分过大都会使计算值的不确定度 增大。因此。对于组成成分较简单的天然气样．色谱分析 的准确度较高对于组成成分复杂或某种组分超出国标 的限定范围的天然气样．其测量结果的不确定度也会随 之增大。对于在线测量．色谱法的不确定度主要来源于气 体总流量、气体标准物质以及单组分气体发热量。 3 ．采用金属膨胀型气体热量计测量 其原理是燃气燃烧后．其火焰和燃烧产物使金属物 体受热膨胀．其膨胀量值与燃气发热量成正比。该仪器在 测量过程首先需要用甲烷标准气体对仪器进行校正．然 后在同样的条件下测量样气的发热量。以英国A T A C 公司 的S I G M A l o l 型号为例．其燃烧产生的热气流加热金属铜 棒后传给双金属元件．通过机械连动机构将其变化量放 大。此类仪器的优点是操作简单，可用于在线半定量测 量；缺点是基于双金属片原理，该仪器是作为燃气发热量 的粗略测量使用。在实际测量中测量准确度较低．目前在 市场上的应用范围较窄。 下转第6 7 页 M p ， n Ⅳ1 M c h j n a j I ．c o m ．c n 万方数据 弱耀麟豳黼豳圈霹隧麓豳豳飘豳豳豳捆嘲豳豳魁豳糕料节能计量技术专题l 技术篇 上接第6 4 页 二、天然气发热量测定的溯源体系 天然气发热量测量方法按照原理分为盏接测鼍法和 间接测量法．天然气发热量测定方法和溯源性的关系如 图I 所示。上述第一类和第三类方法为直接测量法，第二 类属于间接测量法。 l 孳差篱譬幂警譬I 一。高嚣c ，L I 质』l } 单位克 I 广] 5 差荔斗’n l 气辑I 色谱法测量天然氧弹法测艟水流式气体热世i I 法 l 气组分计算发热量天然7 t 发热世测量天然7 t 发热量 皓l ％￡， 0 ．5 ％￡， 0 ．1 ％ 商量法Ib ⋯量法一 b ⋯⋯腿一． 图l天然气发热量测定方法与溯源性示意图 可以看出．第～类方法有明确的溯源性．可以 接将 天然气发热量溯源到国家燃烧热基准装置。在实际应用 中．普遍使用第二类方法气相色谱法，在测量未知样 品时．使用标准物质作为定值标准．通过比较标准物质与 被测样- 品的响应信号获得被测样品的组成并计算发热 量。它属于间接测量方法。这种方法由于简洁、快速而且 更适合天然气输送管路中装备的在线色谱仪进行在线测 量或离线测量。天然气企业已广泛采用。这种间接测量法 测量所使用的标准气体为重量法配制。被测天然气和其 比较计算得到发热量．这样．天然气发热量量值可溯源到 重量法的配气装置即质跫单位。 天然气发热量的在线测量必须以直接法或离线分析 法为依据．才能确保天然气发热量测定的准确性。对于组 分复杂的气体标准物质．我国的水平与世界发达国家还 有一定差距。单组分气体发热鼍的准确测量是目前各国 研究的蕈点．德国物理技术研究院 盯B 、法困国家度量 衡学实验窜 I 。N E 以及俄罗斯门捷列夫全俄计量科学研 究院 V N I I M 都在开展相关研究，我国在绝对法测量天 然气发热量方面开展‘1 二作的有中国计量科学研究院．目 前．正在进行氧弹法气体发热量标准装置的研究，目标不 确定度为0 ．5 ％．从而能够保证天然气发热量值的溯源性。 并明显提高能量计量标准的技术水平。 三、结论 为满足闰际和同内天然气贸易结算的需要．首先．需 要建立更高级别的天然气发热量直接测避法测量标准． 为社会提供天然气发热量测肇和技术仲裁服务．保证天 然气发热量量值的溯源性其次，需要研制高水平的模拟 天然气组分的气体标准物质以保证间接测量法的准确 度；再次．需要通过组织或参加国际性、区域性及国内天 然气发热量测定比对．保证我国相关领域化学分析测量 结果的准确一致、等效可比。 作者单位【中国计量科学研究院】圃 罗茨流量计用于高黏度介质测量时耗能惊人 在排除我公司常减压装置罐区原油计量表 罗茨流 ，量计．型号L L z 一2 0 4 2 B ／8 1 2 5 ，通径2 0 0 m m ，测量范围 0 ～4 0 0 m 讥 故障，并切除该表走副线的过程中，笔者 偶然发现在流量不变的状态下 1 2 0 l I r I 弧 ．该机泵 为 离心泵 变频器输出频率由4 5 ．8 H z 降为3 8 ．7 H z 。原状态 下．实测机泵消耗功率为1 3 5 ．8 k W 电机功率2 0 0 k W 。由 于离心式机泵的轴功率与转速的立方成正比，经计算． 3 8 ．7 H z 对应的轴功率为8 1 ．9 2 k W ．即该罗茨流量计的实 际耗能等效于l 台5 3 ．8 8 k W 的机泵。从罗茨流量计的工 作原理可知．该型表等效于1 台双转子的特殊泵，负载 不难理解。但耗能如此大，却令人费解。该套装置2 0 0 3 年4 月投产．至今已运行6 年。按年运行8 0 0 0 h 计算，该表 一一一■■一一 h 钍p ／／w w w ．c h i n a j I ．c o m ．c n 口刘国起刘广霞 耗能高达5 3 ．8 8 8 0 0 1 0 6 2 5 8 6 2 4 0 k W ．h 。 为什么罗茨流量计用于原油计量有如此大的能耗呢 查该表随机说明书“当被测液体的黏度≤3 r I 曲s ， 流量范围应缩小到最大流量的2 0 ％。9 0 ％。”而我公司原 油输送时的 输送温度为6 0 ℃ 实际黏度为3 8 8 m P a s ，是 适用黏度的1 2 9 倍。严重超出了该型表的适用条件。由 此可见罗茨流量计根本不适合高黏度介质的计量。 当然．罗茨流量计耗能不仅来自计量表自身．还包 括其配套过滤器的耗能 与过滤网的目数有关 。发现 此问题后，我们用质量流量计．仅半年节约的电费即可 收同改造投资。 作者单位【中海沥青股份有限公司】田 万方数据 对天然气发热量测定溯源体系的探讨对天然气发热量测定溯源体系的探讨 作者李佳， 王海峰， 孙国华 作者单位中国计量科学研究院 刊名 中国计量 英文刊名CHINA METROLOGY 年，卷期2009，5 引用次数0次 本文链接 下载时间2010年4月16日