VIP园地
   
 
 热点话题

加拿大输送校准有限公司(TCC)高压大容量气体流量计校验站

J.Mantilla, H.Dijstelbergen, H.Bar, H.Bellinga, J.d.Rouwe


摘要 本文提供位于加拿大马尼托巴省温尼伯附近的一座新建的高压大容量校验站总的介绍和计量评价。通过对运行过程、机械和仪器等方面以及降低不确定度的努力和减少总不确定度的关键组件数据采集系统等结构要素的分析进行装置的评价。不确定度包括:装置与原始标准溯源链接应用的元件,积算和采用的校准资讯最佳化的运行程序,按照ISO指南(GUM)进行数据分析以估算最终的不确定度。
最后,本文提供校准资讯的简要讨论和其工作能力的概括说明。

关键词:校准站  气体流量计  高压流量计测试  测试装置

前 言


世界各国在经济发展过程中不断增加天然气一次能源的应用,新建的气体输送网络和能源贸易都要求气体流量有更精确的计量,特别在公平买卖和贸易输送等方面。在估计气体贸易的可靠性时流量校准的可靠和优良是主要因素。
直到最近美洲尚没有可以校准大口径高压气体流量计的装置投用。这些流量计通常送到欧洲荷兰计量研究院(NMI)的气体联合公司(Gasunie)属下位于威斯特伯克(Westerbork)的伯努利实验室,那里有可以校准40000m3/h,压力为6000KPa的能力。运输过程的费用及延迟以及伯努利实验室有限的工作能力等都提出有必要在北美洲建立类似的装置。
《加拿大输送校准TCC》是一座世界级的天然气校准装置,它是北美洲和欧洲共同努力的结果,它以其经验和技术提供给天然气工业对贸易输送的大口径流量计进行校准,它用天然气测试和校准气体流量计,它的结构是对仪器,操作控制及现代数据采集系统精心组合而成的,并可以全年工作。目前它的工作范围为50-5000m3/h,还很容易扩展到60000m3/h。

装 置 概 况

2.1 一般原理

加拿大输送校准有限公司(TCC)属下的装置位于具有气体输送能力超过2.4Mm3/h,压力范围为6200KPa到7000KPa的气体压力机站的下游旁路上,装置的旁通管为一条装备有800mm外部控制阀的管线,关闭控制阀可使气体通过校验站。其次,一台200mm的内部旁路控制阀作为微调控制,图1所示为装置概略布置图

图1 TCC高压大容量气体流量计测试装置

隔离外部环境的影响,装置有8条并联参考标准(标准流量计),它是由6台管径400mmG6500涡轮流量计,其最大流量为10000m3/h和2台管径200mmG1600,其最大流量为2500m3/h所组成,每台涡轮流量计的上游串联一台超声流量计,它使测量更为完善.
两种参考流量计串联仪器有很大的优点,两种不同工作原理的流量计不会对外部干扰因素潜伏着的误差测量有同样的反应,两种标准可给出一致的结果.
校准和测试用5条管线有足够的灵活性可以校准口径200mm到750mm,流速达30m/s,流速低于30m/s时可校准7500mm以上的管径.最多可串联3台口径达400mm的流量计一起校准.
由两位校验站工作人员完成控制和测试过程,进行流量计算、校准程序、编制报告和存档,阀的开关等重要工作,安全程序由站PLC经过一个报警协议的串联部分执行。在校准过程中流量控制和稳定是经过外部DN800控制阀适当分流,内部DN200微调阀以及流量计下游节流阀等来达到的,可以自动和手动操作校准过程。

2.2技术基础知识

2.2.1概述
   流量计是由串联安装的已知精度的工作标准来测试的,比较两个输出信号,对两台仪表在近似压力和温度下的差值进行计算,可以确定被测仪表的偏差。根据流量的大小可以选择一台或多台工作标准进行校准。
2.2.2测试
   测量的原理是进行体积流量计的比较,其中一台流量计为被校准的,而另一台则溯源到原始标准。两台流量计在近似的压力和温度下工作,因此仅从工作状态下的差值进行估算。
测试依据的是连续性原理,即系统中的物料数量是其流出与流入之间的差值,这里"系统"定义为包括标准流量计和被试流量计。其质量流入标准表和流出被试表,系统的流入与流出没有泄漏。
实际气体状态方程为:          P·V=n·Z·R·T             (1)
式中 n-千摩尔,
   V-体积
   Z-压缩系数
   T-绝对温度。
体积与试验管道的尺寸及被试流量计在试验管段中的位置等有关。气体体积的增量dn/dt等于
(2)
Qr和qx分别为流过标准表和被试表的体积流量,Pr,Px,Tr,Tx,Zx为该处的压力、温度和压缩系数。Pv,Tv和Zv为两台仪表之间的体积参数。由此可得两个流量比值为
(3)
压力的测量仅测量某一个绝对压力就比较精确,其他则测量压差。若测得被试流量计的绝对压力Px,则压力Pr得
 Pr=Px+dP(4)
式中dP为压差,它由下式求得
(5)
若设体积中的有关压力和温度相等并等于进口与出口的平均值。
被试流量计无需显示qx值,一般显示流量qxi,它等于
  qxi=q(1+E)(6)
式中 E为该流量时的偏差或误差值。
一般在大流量比在小流量时较易达到稳定工况。式(5)中负号部分(系统中积聚部分)仅对小流量和不稳定是比较重要,TCC装置校验时很稳定(图2所示为流量过渡时典型的系统响应)。因此一般该项可忽略不计。前面我们假设所有仪表对过程变量皆有足够的快速的响应特性。
  然后测试的时间由仪表和流动过程产生的信号引起的噪声决定。测试时间应能充分过滤全部随机变量以得到平均值,噪声的数量及其频谱由仪表特定的,它可能与安装有关,此方面了解较少,如孔板需8小时甚至更长的平均时间[1]。

2.2.3装置设计规范

引起装置测量不确定度的参数用ISO测量不确定度表达指南[2]估算,以下为主要设计因素。
机械的
减少滞留容积
设计成可以校准流量即从200mm到750mm全量程,校验站包括两条并联系统。大系统有6台标准流量计,其口径为400mm,每台最大流量达8000m3/h,小系统有2台200mm标准流量计,每台最大流量达1600m3/h。当测试小流量计时需减少滞留容积。牢固的机械结构可以对标准流量计进行在线校准。这种配置与需校准的任何流量计灵活地连接在一起,在预先确定的位置上校准。它可以精确地计算仪表之间的管道容积,并可消除与任何附加位置有关的不确定度。另外,被试流量计与标准器之间的短距离及少的附件,他们之间低的压降可使计算气体压缩系数的不确定度降低。
速度廓形
大多数流量计对速度廓形敏感。众所周知,旋涡有非常的持久性,需要有100倍管径以上长度才能衰减,为此在设计时应包括最少的弯头,并且应在一个平面上。除了入口和出口汇管外,在进口汇管每个弯头后面立即配备Etoile整流器,其目的是可马上消除任何旋涡,并且不会增加压损,下游汇管产生的旋涡不会影响测量。
由于结构的缘故,小系统的前面有两个不同平面的弯头,但是,弯头之间有足够的距离可以防止旋涡团的形成。当串联测试时,被试仪表的上游至少有10D直管段,按照用户的需要可以插入整流器。
脉动
如果全部压气机为离心式,且位于较远的距离,对装置不会有压气机引起的脉动,但是,如果装置有很复杂的管道系统,就会有产生脉动的一定风险。例如,当高速气流通过有滞留容积的支管时,它会使这个支管类似于风琴管的谐振器一样。校验站要仔细地设计在重要位置应避免产生这种情况。
流程
传统上,气流温度是在流量计下游一定距离测量的,B.Nath和H.Dietrich[3]研究表明,温度传感器的恢复效应与气体涡轮流量计狭窄的流通面积使得在仪表中的温度与其后面的温度值有显著的差别。因此在涡轮叶轮面积里测量的温度要更精确地代表气流的状态,在装置中标准涡轮流量计把插头放在压力取压口的附近。
为了估价温度传感器的影响[4],在校核超声流量计的管道截面处温度传感器的长度插入超过半径处,此外,应适当的安排室内的环境有可控制的温度和使标准管段隔离防止热传导及对传感器的辐射影响。
经由气体压缩系数对气体特性变化产生的不确定度值的影响可从装置上下游气体组分采样测量不同的气体组分到C6+值来估算。
流动状态的静压由位于仪表表体上取压口测量。
仪表
在装置工作中对流量、压力、温度和气体组分等测量所用的一次及二次仪表产生的B类不确定度各个地按ISO指南确定。
各个误差源量化的减少或忽略的准则如下所述
-压力测量 被试仪表和标准表分别记录绝对压力和压差。相对于绝对值的比值可显著地降低综合误差。采用带有数字HART输出的高质量压力传感器可避免由于模拟量温度影响而引入的附加误差。
-温度 影响测量的主要因素为:温度传感器和校准,充分热传播到传感器,气流流速,传感器的热传导等。对这些因素中的每个要足够重视。
-极稳定的Pt-100电阻温度计在同样条件下校准并与同样标准及高质量的过程Pt-100温度传感器对照。
-用降低管壁效应注意传感器的热传递,用低热传导的传感器和管子绝热。
-气流速度和热容量Cp,在测量滞止和流动气流温度时有不同的数值,不采用温度套管和选择使用小热容量的传感器。

2.2.4 计算体系结构

3台被试仪表,8台双标准流量计(超声和涡轮)1台校准标准(旋转活塞校验器RPP)和2台在线气相色谱仪的过程流量、压力、温度和气体组分数据完成计算资讯。
流量测量与仪表类型有关
标准涡轮流量计有很高的频率脉冲
标准超声流量计有Instromet协议串行接口
RPP系统有带报警器协议的串行接口
被试仪表可以是任何类型,因此应有各种接口,至今系统包括有Daniel和Instroment超声流量计的校准协议。
软件
装置具有支持全部校准业务的功能,并使操作尽可能容易和安全,数据处理软件具有以下功能
-系统启动与诊断
-数据采集和数据计算
-被试仪表的校准
-标准流量计的校准
-证件的打印和归档
软件在Windwos NT 4.0下实时运行
-经串行连接的仪表取的数据
-实时全部需要的计算包括补偿和定标,流量计算,累积和比较
-编制各类被试仪表的校准文件
-实施系统校核以保障合适操作和简单的故障排除
-全部数据用彩色图形屏幕显示
-生成趋势和图形证明稳定操作及显示校准结果
-生成事件和报警报告
-生成编制报告,包括由图形的校准报告
-保持校准过程中应用的设备、标准表恶化被试仪表的历史信息和数据库。

红色符号标志计算机系统与外围仪表之间的通讯问题,包括组件为
-两个管理系统,两个串行盘连接以太网LAN,其中一个盘作为备用
-控制阀PLC
-全部标准涡轮和超声流量计
-两台气相色谱仪
-涡轮流量计PLC
-被试仪表PLC
-全部压力和温度变送器
-RPP系统
-调制解调器
-打印机
 

 

| 首 页 | 常用图表 | 网站建设 | 网站地图 | 关于我们 | 请您留言 | 联系方式
Copyright©2001 Chinaflow.com.cn.All Right Server.
Tel: 010-64291994 62450161 Fax: 010-64291994 62450161 手机:13693121531