气体流量计生产厂家

专家引导选型 24小时售后服务

联合循环电厂大量程比的天然气贸易流量计量

时间:2018/05/30来源:未知

摘要:在某联合循环电厂天然气贸易计量配置方式中,针对小流量计超量程的问题,分析在该范围内现有超声波流量计的理论相对误差,比较了其他修改方案,提出了此类天然气贸易计量的推荐解决方案。

0 引言

某燃机电厂配置2 台480MW 9F级燃机及1 台50t/h燃气供热锅炉,承担区域供热、电网调峰功能。

电厂调峰时,2 台燃机同时运行,燃机供热仍不够时,1 台燃气供热锅炉运行辅助供热,此时设计天然气用量为168000 Nm3/h。

电厂的调峰运行时间由电网企业决定,由电网企业根据网内用电负荷、燃气电厂上网电价、燃气电厂允许的调度量(如气源量)、热负荷等因素综合考虑。该调峰时间比较短,如某电厂年调峰时间仅为500h。为保证区域的持续供热,需用燃气供热锅炉在非调峰时间来为热用户提供蒸汽。此时设计天然气用量为2880 Nm3/h。

在电厂建设初期,园区内热用户仍在建设过程中,实际热负荷未达到设计最低负荷值,仅为15 t/h。此时天然气用量仅为1000 Nm3/h,低于天然气计量仪表的标定下限值。现有的计量仪表误差有多少,能否满足计量要求,是电厂建设期间遇到的问题。

1 天然气计量仪表配置

该燃机电厂配置天然气调压站一座,对天然气过滤、调压、加热(仅燃气锅炉有加热)后,为两台燃机及一台燃气供热锅炉供气。燃气企业在天然气管网门站内设置高精度超声波贸易流量计,用于燃气的计量与结算。电厂在调压站内设置高精度超声波贸易流量计,用于对燃气计量的比对与监督。电厂天然气调压站流程图如图1 所示。

图1 电厂天然气调压站流程图Fig.1 Flow chart of power plant natural gas pressure regulating station

图1 电厂天然气调压站流程图Fig.1 Flow chart of power plant natural gas pressure regulating station

 

天然气贸易计量仪表按用气量2880~168000 Nm3/h进行的选型,实际配置如下:采用超声波流量计,满足0.5级计量精度的最大流量值Qmax为262000Nm3/h, 满足0.5 级计量精度分界流量Qt为26200Nm3/h,满足1.0 级计量精度的最小流量值Qmin为2200Nm3/h,量程比Qmax:Qmin=120:1。此量程比为该类型测量的最大量程比。

2 超声波计量原理及精度分析

对天然气的计量,通常采用差压流量计,腰轮流量计,涡轮流量计,超声波流量计。差压流量计适用于流量稳定,精度要求不高的场合,量程比不超过3:1。腰轮流量计适用于中低压、中小流量场合,量程比可达到10:1。涡轮流量计适用杂质少的场合,量程比可达到40:1。对用量大、流量变化大、精度要求高的场合,普遍采用超声波流量计,其量程比可达到120:1。

超声波流量计的测量原理为:每条测量通道拥有2 个超声波传感器,交替作为超声波信号的发送及接收装置,准确测量超声波在顺流及逆流时的传输时间。超声波通过顺流与逆流传输时间的差值与被测天然气的流速成正比。原理图如下。

图2 超声波流量计测量原理Fig.2 Ultrasonic Flowmeter measuring principle

图2 超声波流量计测量原理Fig.2 Ultrasonic Flowmeter measuring principle 

 

在声程L上,超声波的传播速度为声速c和流速分量的叠加。顺流、逆流方向上的传播时间t1,t2 分别为:

计算公式

由式(1)(2)可推导出流速V:

 

气体在流动工作状态条件下的体积流量 为:

 
 

其中k为流量修正系数。

由于式中各参数均是独立的,因此以上它们的相对误差可以进行平方相加,获得系统的相对误差平方和:

计算公式

其中:
计算公式

——体积流量的相对误差

——速度分布校准系统的相对误差

——管道内径的相对误差

——查询距离的相对误差

——查询长度的相对误差

——传播时间的相对误差

假设 在体积流量0~100%Qmax范围内变化时,固定不变。考虑到声波速度c为340m/s,在小流量测量范围0~5%Qmax时管道内天然气流速为0~1.5m/s,t1 ≈ t2 ≈某固定值,体积流量的不确定度可简化为时间差的函数,表示如下。

计算公式

其中k1,k2,k3 为常数,且为正值。

考虑到门站天然气流量计量程比为120:1,也即流量在0.8%Qmax~100%Qmax时,测量偏差小于1%。由此假定qv=0.8%Qmax时,Eqv为1%。

由此得出体积流量相对误差Eqv与体积流量qv的理论曲线,见图3、图4。

图3 k1=0 时,超声波流量计的相对误差曲线Fig.3 When K1=0, relative error curve of Ultrasonic Flowmeter

图3 k1=0 时,超声波流量计的相对误差曲线Fig.3 When K1=0, relative error curve of Ultrasonic Flowmeter   下载原图

 

图4 k1=0.5 时,超声波流量计的相对误差曲线Fig.4 K1=0.5, relative error curve of Ultrasonic Flowmeter

图4 k1=0.5 时,超声波流量计的相对误差曲线Fig.4 K1=0.5, relative error curve of Ultrasonic Flowmeter

 

从以上公式及图表可看出,对于高精度的超声波流量计,在流量范围Qmin~Qmax外测量时,其测量误差有所增加,但也是有限的,随流量降低,呈反比例的关系增加。

如在电厂仅采用燃气锅炉在最低负荷下供热时,燃气流量为1000 Nm3/h ,0.4%Qmax工况下,对门站的流量计而言,理论测量误差为 ±2%。

3 解决方案

对这种工况变化较大的负荷,对燃气企业而言,常用方法是增加分支管线及流量计量。但电厂作为一个整体用气单位,燃机及燃气锅炉对燃气的杂质含量、温度、压力均有要求,如果采用分支管线,则意味着要采用两套过滤、调压装置,这对电厂用户而言,是笔较大的投资。

另一种方法是,在门站内设置双路计量,配套高低峰切换主副线的方法进行计量,避免了高峰时超量程计量不到,低峰时漏计量的问题。具体配置如图5 所示。

图5 双路计量工艺流程Fig.5 Dual metering process

图5 双路计量工艺流程Fig.5 Dual metering process 

 

在两个流量计量管线上分别安装电动阀控制关闭或打开流量计量通道。门站控制系统根据计量通道的流量大小,自动控制电动阀,以实现双路计量的自动切换。当被测气体流量值超出小流量单计量通道所设定的最大值时,门站控制系统及时切换至另一大流量计量通道工作,直至此大流量计量通道的流量值下降至最小值,门站控制系统再次自动切换至小流量计量通道工作。这对于燃气企业而言,也增加了投资。

第3 种方法,综合考虑低负荷运行时产生的燃气偏差与初始投资,确定是否按正常运行工况考虑流量计的配置。考虑到1)该小流量运行工况预计时间较短,大部分时间还是处于流量计规定量程范围内;2)门站内超声波流量计在小流量测量时理论误差为2%,仍处于可接受范围内;3)改造现有门站需要增加初始投资及后期维护成本。基于上述几点,目前工程中仍维持现有配置。

后续实际运行证明,该超声波流量计在低负荷时,也具有较高的准确度。虽然门站超声波流量计与厂内超声波比对流量计采用不同品牌的流量计,量程也略有不同,但在低流量工况时,与电厂调压站比对流量计的误差不超过2%。

4 结语

对燃气联合循环电厂,受气源、电网、热用户制约,运行方式非常灵活,天然气的用量变化范围极大。为满足天然气的计量及比对,需要采用精度高、测量范围广的超声波流量计进行计量。对测量范围更广的工况,在设计初期就要联系燃气供应企业,讨论确定计量方式,以便于后续电厂运行时公平准确的计量。


常见问题推荐
资料查询
价格咨询
江苏华云仪表有限企业
销售电话:0517-86996066
企业传真:0517-86883033
手 机:18915186518
E-mail:[email protected]
企业地址:江苏省淮安市金湖县工业园同泰大道99号
XML 地图 | Sitemap 地图