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 流量技术论文
天然气的流量计量(二)
——天然气计量国际标准及其它规范简介
孙淮清
  在天然气计量的相关标准中,流量计量标准是主要的,另外它还应包括天然气密度,组成,发热量,压缩因子等相关参数的测量和计算标准。此外,还有仪器仪表,设计及安全等标准。天然气计量涉及到设计、建设、投产、操作、维修、检验、检定以及安全环保等各个方面,因此其相关标准是很广泛的。

1. 国际标准化组织(ISO)等天然气计量相关标准的情况

1)流量方面

  制订天然气流量计量标准的ISO技术委员会为TC30<封闭管道流体流量测量技术委员会>和TC28<石油和润滑油技术委员会>,国际法制计量组织(OIML)为TC8<流体量的测量技术委员会>,他们制订的有关标准和国际建议有:
  ISO 5167:2000 用差压装置测量流体流量,共分四部分,包括总则、孔板、喷嘴和文丘里喷嘴、文丘里管等。
  ISO 9300:1990 采用临界流文丘里喷嘴的气体流量测量
  ISO 9951:1993 封闭管道中气体流量测量-涡轮流量计
  ISO 10790:1994 封闭管道中流体流量测量-科里奥利质量流量计
  ISO/TR 12765:1998 封闭管道中流体流量测量-传播时间法超声流量计
  ISO/TR 5168:1998 流体流量测量-不确定度的估计
  ISO/TR 7066-1:1997 流量测量装置校准和使用方面不确定度的估计-第一部分:线性校准关系
  ISO 7066-2:1988 流量测量装置校准和使用方面的不确定度的估计-第二部分:非线性校准关系
  R6:1989 气体体积流量计一般规范
  R31:1995 膜式气体流量计
  R32:1989 旋转活塞式气体流量计和涡轮气体流量计

2)天然气方面

  制订天然气的ISO技术委员会为TC193<天然气技术委员会>,该委员会围绕热值计算和能量计量的要求完成一批国际标准,他们已出版的标准有26项,见表1所示。无论流量计量或能量计量都涉及天然气物性参数及分析测试方法等方面的标准,因此ISO/TC193颁布的标准对于天然气计量非常重要。

表1 ISO/TC193已出版的国际标准
序号 标准号 标 准 名 称 出版年份
1 ISO6326-1 天然气中硫化物的测定(1)一般简介 1989
2 ISO6326-2 天然气中硫化物的测定(2)用带电化学检测器的气相色谱仪测定臭味硫化物 1981
3 ISO6326-3 天然气中硫化物的测定(3)电位法测定硫化氢、硫醇、流氧碳等 1989
4 ISO6326-4 天然气中硫化物的测定(4)用带火焰光度检测器的气相色谱仪测定硫化氢、硫氧碳、含硫添味剂等 1994
5 ISO6326-5 天然气中硫化物的测定(5)林格奈燃烧法 1989
6 ISO6327 天然气水露点的测定 冷却镜面凝析湿度计法 1981
7 ISO6568 用气相色谱仪进行天然气简单分析 1981
8 ISO6570-1 天然气中潜在烃含量测定(1)原理和要求 1983
9 ISO6570-2 天然气中潜在烃含量测定(2)称量法 1983
10 ISO6974 天然气中氢、永久气体和直至C8烃类的气相色谱分析 1984
11 ISO6975 天然气延伸分析气相色谱法 1997
12 ISO6976 天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算 1995
13 ISO6978 天然气中汞含量的测定 1992
14 ISO10101-1 用卡尔费休法测定天然气中的水(1)导论 1994
15 ISO10101-2 用卡尔费休法测定天然气中的水(2)滴定法 1994
16 ISO10101-3 用卡尔费休法测定天然气中的水(3)库仑法 1994
17 ISO10723 天然气在线分析系统的操作性能评价 1995
18 ISO13443 ISO标准参比条件 1996
19 ISO14111 天然气分析溯源性准则 1996
20 ISO10715 天然气取样导则 1997
21 ISO12213-1 天然气压缩因子计算(1)导论和指南 1997
22 ISO12213-2 天然气压缩因子计算(2)用摩尔组成计算 1997
23 ISO12213-3 天然气压缩因子计算(3)用物理性质计算 1997
24 ISO11541 高压下天然气水含量的测定 1997
25 ISO13686 天然气质量指标 1998
26 ISO13734 天然气中有机硫化物的要求和检验方法 1998

2.北美天然气计量相关标准的情况

  美国石油工业发达,天然气计量技术先进,有严格完善的法规、标准和先进的计量设备。
  1978年美国通过了天然气法,统一各州和联邦政府之间的天然气价格,规定了以每立方英尺实际的能量含量作为天然气买卖的基础,改变了天然气传统的计量方式,这种新的计量方式是结合天然气的质量测量和发热量测量两种独立的测量系统而产生一个新的天然气能量测量系统。以下介绍美国和加拿大采用的一些与天然气计量有关的规范。
  AGA NO2定排量式流量计(Displacement Metering,即容积式流量计)此规范为大容量气体体积测量的膜式容积式流量计的使用方法。
  AGA NO3/ANSI/API 2530天然气孔板流量计(Orific Metering of Natural gas)标准规定了用孔板流量计测量天然气,烃类和其它气体的方法。
  AGA NO4 关于记录图表的技术报告。标准提供用于气体测量的记录纸的特征和处理方式的建议。
  AGA NO5 燃气的能量测量(Fuel gas Energy Metering)标准提供将气体质量单位换算成能量单位的方法,是AGA NO3和其它体积或质量测量的补充。
  AGA NO7涡轮流量计测量燃气(Measurement of Fuel Gas by Turbine Meters)标准提供轴向涡轮流量计测量的操作规范。
  AGA NO8 天然气和其它烃类气体的压缩性和超压缩性(Compressibility and Supper
Compressibity for Natural Gas and other hydroCarbon Gases)此标准提供了天然气和其它烃类气体压缩因子和超压缩因子的详细资料,它由美国气体研究院(GRI)主持并在美国气体协会的密切协助下完成的。
  AGA NO9(草案)用多声道超声波流量计测量气体的流量(Measurment of Gas by
Multipath Ultrasonic Meters)超声波流量计测量天然气流量是一项新技术,由于准确度高和维修费用低,多声道超声流量计己开始被气体工业界所接受。
  ISA5 测试仪器的标准和实践(Standard and Practices for Instrumentation)标准提供了由美国仪器协会(ISA)主持和编辑的用于测量和控制的仪器仪表的安装和操作的标准和实践。
  以下是美国材料与实验协会(ASTM)有关气体燃料的标准
  ASTM D1070-85(1989)气体燃料比重的试验方法
  ASTM D1071-83(1988)气体燃料试样的测量方法
  ASTM D1072-80燃料气中的总硫含量的测试方法
  ASTM D1142-86用露点温度法测定气体燃料的水蒸气含量的试验方法
  ASTM D1145-80天然气的取样方法(1987年作废)
  ASTM D1945-91用气相色谱法的天然气分析方法
  ASTM D2725-87天然气中硫化氢的测定方法 亚甲篮法
  ASTM D3031-81(1986)用氢化反应测定天然气中总硫的试验方法
  ASTM D3588-89计算气体燃料发热量及比重的试验方法
  ASTM D4084-82(1988)天然气中硫化氢的测定方法 醋酸铅反应速率法
  在天然气计量标准方面,据介绍加拿大的主要输气公司(NOVA)输气公司采用的是美国的标准。

3.欧共体天然气计量相关标准的情况

  欧洲标准委员会(CEN)于1998年发布一项天然气计量站的基本技术要求的标准EN1776(Gas Supply systems-Natural Gas measuring Stations-Functional requirement)Dec
1998。
  标准反映了欧共体天然气计量系统的标准要求的最新情况,它包括的引用标准比较全面地给出欧共体天然气计量相关标准的概况。EN1776主要包括天然气输气计量站的设计、建设、投用、操作和维修方面的基本要求。计量站的容量为流量大于500 m3/h(标准状态),工作压力不小于1 bar(表压)。标准包括以能量单位结算的内容,它提供发热量的测量方法。由于计量站由多种设备组成,标准假设每一种设备要满足CEN或ISO标准。
  EN1776的引用标准如下
  PrEN l594 Gas supply systems-Pipeline for maximum operating pressure over 16 bar-Functional requirements
  PrEN l2l86 Gas supply systems-Gas pressure regulating stations for transmission and distribution
  PrEN 1226l Turbine Gas meters
  PrEN l2327 Gas supply systems-pressure testing, Commissioning and decommissioning proCedures-Functional requirements
  PrEN l2405 Gas-Volume electronic conversion devices
  PrEN l2480 Rotary displacement gas meters
  PrEN 50l54 Erection of electrical installations in hazardous areas-Electrical installations in hazardous gas atmospheres (other than mines).
  EN 55011 Limits and methods of measurement of radio disturbance characteristics of industrial, scientific and medical .radio frequency eguipment
  EN 550l3 Limits and methods of measurement of radio disturbance characteristics of broadcast receivers and assoCiated equipment.
  EN 550l4 Limits and methods of measurement of radio disturbance characteristics of electrical motor-operated and thermal appliances for household and similar purposes; electric tools
and similar electric apparatus.
  EN 55015 Limits and methods of measurement of radio disturbance characteristics of electrical lighting and similar equipment.
  EN 55020 Electromagnetic immunity of broadcast receivers and assoCiated equipment.
  EN 55022 Limits and methods of measurement of radio disturbance characteristics of information technology equipment.
  EN 60079-10 Electrical apparatus for potentially explosive gas atmospheres-Part10:classification of hazardous areas.
  ENV 50140 Electromagnetic compatibility--Basic immunity Standard-Radiated, radio-frequency electromagnetic field-immunity test.
  ENV 50141 Electromagnetic compatibility-Basic immunity Standard-immunity to conducted
disturbances induced by radio-frequency fields.
  ENV 50142 Electromagnetic compatibility-Basic immunity Standard-Surge immunity tests.
  ISO 2l86 Fluid flow in closed Conduits-Connection for pressure signal transmissions between primary and secondary elements.
  ENISO5176+Al Measurement of fluid now by mean of pressure differential devices-Partl Orifice plates, nozzles and Venturi tubes inserted in circular cross-section conduits running full (ISO5167-l: l99l/AMl: 1998)
  ISO 6141 Gas analysis-calibration gas mixtures-certificate of mixture preparation.
  ISO 6142 Gas analysis-Preparation of calibration gas mixtures-Weighing methods.
  ISO 6143 Gas analysis-Determination of composition of calibration gas mixtures-Comparison methods.
  ISO 6711 Gas analysis-Checking of calibration gas mixtures by a comparison methods.
  ISO 6974 Natural gas-Determination of hydrogen, inert gases and hydroCarbon up to C8-Gas chromatographic methods.
  ISO 6975 Natural gas-Extended analysis-Gas chromatographic methods.
  ISO 6976 Natural gas-Calculation of calorific values, density' relative density and wobbe index from composition.
  ISO 6978 Natural gas-Determination of mercury
  ISO/DIS 9857 Petroleum and liquid petroleum products-continuous density mesurement.
  ISO 10715 Natural gas-Sampling guidelines.
  ISO 10723 Natural gas-Performance evaluation for on-line analytical systems.
  ISO/DIS 12213 Natural gas-calculation of compression factor.
  ISO/TR l2764 Measurement of fluid flow in closed conduits-Flowrates measurement by mean of vortex shedding flowmeters inserted in circular cross section conduits running full.
  ISO/TR 12765 Measurement of Fluid Flow in closed conduits-methods Using Transmit Time
Ultrasonic Flowmeters.
  ISO l3686 Natural gas-Quality designation.
  IEC 801Electromagnetic compatibility for industrial-proCess measurement and control equipment.

4. 我国天然气计量的相关标准情况

  我国天然气的贸易结算只有个别情况采取能量计算,如南海涯13-1气田向香港输气是以能量计量交接的,其它普遍采用的是流量计量贸易交接。天然气输气管线大流量计量则多采用标准孔板法,计量手段较单一,并且还有一些天然气计量站采用标准孔板配双波纹管差压计用求积仪确定天然气的流量,其准确度和可靠性都处于较低水平。近年各油气田大力推广可换孔板节流装置配智能显示仪(流量计算机)进行压力、温度、密度补偿,无论准确度或可靠性都得到较大的提高。
  天然气计量的相关标准己制定了许多相关的国家标准,行业标准和计量检定规程等,但尚未形成完整体系,与国外相比尚有较大差距。目前国家非常重视这方面工作,为配合西气东输工程的急需,正在进行一些新的国家标准的制定,如类似EN1776的标准以及气体超声流量计标准,天然气发热量测量标准等等。
  以下为己发布的有关标准:
  GB/T2624-93 流量测量节流装置 用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量
  SY/T6143-1996 天然气流量的标准孔板计量方法
  GB/T1314-91 流量测量仪表 基本参数
  GB4472-84 化工产品密度、相对密度测定通则
  GB5832.2-86 气体中微量水份的测定
  GB/T11060.1-1998 天然气中硫化氢含量的测定 碘量法
  GB/T11060.2-1998 天然气中硫化氢含量的测定 亚甲蓝法
  GB/T11061-1997 天然气中总硫的测定 氧化微库仑法
  GB/T11062-1998 天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法
  GB12206-90 城市燃气热值测定方法
  GB/T17281-1998 天然气中丁烷至十六烷烃类的测定 气相色谱法
  GB/T17283-1998 天然气水露点的测定 冷却镜面凝析湿度计法
  GB/T13609-92 天然气的取样方法
  GB/T13610-92 天然气的组成分析 气相色谱法
  GB/T17747-1999 天然气压缩因子的计算
  GB/T17820-1999 天然气
  SY/T7506-1996 天然气中二氧化碳含量的测定 氢氧化钡法
  SY/T7507-1997 天然气中水含量的测定 电解法

5. 部分标准内容简介

1)标准参比条件

  在天然气质量和数量的测量中,与温度、压力以及湿度(饱和状态下)有关的"标准参比条件"的多样性会造成很大的混淆。国际和国内由于行业或习惯的关系,往往规定不同的标准参比条件,这是应该特别引起注意的。
  国际标准ISO13443"天然气-标准参比条件"规定了对天然气、天然气代用品及相似流体进行测定和计算时使用的温度和压力的标准参比条件。ISO13443规定的标准参比条件为288.15K,101.325Kpa。ISO13443选用的参比条件称为国际标准参比条件。
  在我国,国家标准GB/T1314给出了流量测量仪表的基本参数。其中气体体积的标准条件为101.325Kpa,20oC;SY/T6143中的标准条件也是101.325Kpa,20oC。国家标准GB12206采用的气体体积的标准条件为101.325Kpa,0oC。也就是说,在天然气行业,使用的标准条件为101.325Kpa,20oC;在煤气行业使用的标准条件为101.325Kpa,0oC。

2)天然气的物性测量

  国家标准GB/T11062-1998《天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法》非等效采用ISO6976:1995。标准规定当己知用摩尔分数表示的气体组成时,计算干天然气、天然气代用品和其他气体燃料的高位发热量、低位发热量、密度、相对密度和沃泊指数的方法。计算方法要求己知各纯组分的物性值,标准以表格形式提供了这些数值。方法中同时给出由计算获得的各物性值估计的精密度。计算摩尔或质量性质的方法,适用于任何干天然气,天然气代用品以通常为气体状态的其它燃料。对于体积性质,此计算方法仅局限于组成中甲烷占绝对优势的气体,即甲烷的摩尔分数应不小于0.5(既50%)。
  国家标准GB12206-90《城市燃气发热量的测定方法》
  标准给出水流式热量计测量燃气发热量的方法。仪器的工作原理为一定的燃气经稳压后进入热量计,在热量计内完全燃烧,燃烧时放出的热量被连续的水流所吸收,根据达到平衡时的各个参数,计算每立方米燃气燃烧产生的热量。

3)天然气的取样方法

  ISO10715:1997(Natural gas-Sampling guidelines)
  标准提供天然气样品的采集和处理导则。它包括采样应考虑的各种因素,探头的位置以及取样设备处理的各项导则。这些导则包括取样原则,取样方法和取样设备的选择。气体组成的物性测量的精确度很大程度上取决于取样技术,取样系统的设计,结构,安装和维护以及气样的传输与运输条件等。ISO10715描述合理的取样系统和取样步骤。对用这些系统和步骤得到的样品的分析,可用于各个不同的方面,包括计算气流的发热量,鉴定气源中存在的污染物,有组成情况判断气体是否符合合同规定的技术指标等。
  ISO10715讨论了取点样,取组合样(累积样)和连续取样系统。标准包括了对气流中氧,硫化氢,空气,氮,二氧化碳等组分的取样,标准不包括液相或混相流的取样。如果存在痕量液体,例如甘醇和压缩机油,则被视为干扰杂质,应将它们除去,以保护取样与分析设备不受污染。

4)天然气的组成分析方法

  国家标准GB/T13610参照采用ASTM D1945-91规定了用气相色谱法测定天然气及类似气体混合物化学组成的方法,分析组分包括氦、氢、氧、氮、二氧化碳、甲烷至戊烷、己烷及更重烃类组分( )。
  国家标准GB/T17281等效采用国际标准ISO6975:1986,标准规定了天然气中丁烷至十六烷烃类的定量分析方法。在方法中,丁烷和戊烷烃类组分分别单独测定,更高碳数的烃类按碳数归类。GB/T17281和GB/Tl3610一起使用,甲烷至戊烷的结果可用GB/T13610中描述的方法得到,己烷至十六烷的结果用GB/T17281中描述的方法得到。将GB/T17281的结果和GB/T13610未归一化的结果结合起来可得到完整得分析结果。

5)天然气的压缩因子

  正在起草的国家标准"天然气压缩因子的计算方法"是等效采用国际标准ISO12213,标准规定了以气体状态存在的天然气及类似气体混合物压缩因子的计算方法。
  ISO12213分为三部分,第一部分导论和指南,第二部分给出了用己知气体摩尔组成计算压缩因子的方法,第三部分给出了用物性参数计算压缩因子的方法。两种计算方法均应用于正常条件下进行输配的管输干气。通常天然气输配的工作温度为(-10oC~65oC),工作压力不大于12MPa,在此范围内,如果不计输入数据以及相关压力和温度测量的不确定度,两种计算方法预期的相对不确定度不大于0.l%。

 
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