主要工艺设备简介

(3)超声波流量计
• — 原理。超声波流量计由超声波转换器将电能转 换为超声波能量，以一定的方式发射并穿过被测 流体，接收器接收到超声波信号，供显示积算仪 显示和积算，实现流量的检测显示。 • — 优点。工作原理简单，有望成为基准流量计;测 量精度高，可达0.5%;量程比大，一般为1:20，甚 至可达1100;能实现双向流量计量;可精确测量脉 动流;适应性强，占地少;无可动部件，坚固耐用， 可直接进行清管作业;不受压力、温度、相对分子 质量、气体组分变化的影响。 • — 缺点。价格昂贵，只适合于大、中口径;对上下 游直管段长度等有要求。
(1)孔板流量计
• — 原理。是以流量守恒定律和流动连续性方程为基础， 当气体流经节流装置时，流束在孔板处形成局部收缩，从 而使流速增加，静压力降低，在孔板前后产生静压力差 (差压)，气流的流速越大，孔板前后产生的差压也越大， 从而可通过测量孔板前后差压来计量天然气流量。 • — 优点。适用于较大口径管道的计量;结构简单，安装容 易;无可动部件，性能可靠，耐用;应用历史悠久，标准规 定最全;按标准制造的孔板不需要标定;价格便宜。 • — 缺点。压损大时不适宜长输管线计量;量程比小;前后直 管段要求长，占地面积大;输出信号为模拟信号，重复性 不高;对整套流量计的精度影响因素多且错综复杂，很难 提高测量精度。
• 2）压缩机台数选择 • 在决定压气站压缩机台数时应该考虑两个问题：备用 系数和工况变化范围。 • 在工况稳定的前提下一个压气站运行的机组数越少， 总效率高，总功耗就越少，运营费用就省，但相对的备用 系数大，基建投资高。例如一开一备的运行方式最省功， 但备用系数为100%，机组投资增加一倍，如果三开一备， 总功耗要高于前者，但备用系数为33%，机组投资也只增 加1/3。一般认为备用系数在20%～30%较为经济。 • 压气站压缩机运行台数组合应适应流量变化情况，如 果选择两台或几台组合运行，则可以根据工况变化情况增 减运行台数，调节方便，且使每台机组都能在高效区工作。 • 另外，在选择压缩机台数时，还应考虑机组的可靠性 和维修工作量。
• 3.原动机的类型和选择 • 用于压缩机驱动的原动机包括电动机、 燃气轮机、燃气发动机、蒸汽轮机以及柴 油机等，其中，柴油机主要用于移动式小 型压缩机，蒸汽轮机一般在有蒸汽的化工 厂和炼油厂等使用。 • 在干线输气中主要使用的是燃气轮机、电 动机和燃气发动机。
4.压缩机有关参数选择计算
• 1）单机压比 • 干线输气管道压气站选用离心式压缩机时， 一般应选择单级压缩机，只有当输量波动很小的 情况，才可选择两级压缩机。 • 单机压比可在1.2～1.25，当站压比为1.5左右时， 可采用两台单级机组串联工作，这种运行方式不 仅能满足负荷变化要求，而且可使两台机组均在 较高的效率下工作。 • 荷兰气体联合公司干线管网共设6座增压站，全部 离心式机组的单级压比均不大于1.23；国内琼-深 输气管线基本设计中采用的单级压比约为1.18； 忠-武线采用的单级压比为1.2；西气东输设计采 用的站压比为1.4。
• 2.调压阀 • 调压阀相当于一个可以调节的节流元 件，主要用于天然气输配气系统的压力调 节，使输出压力稳定。 • 自力式调压阀的特点是不需外来能源作动 力，依靠被调介质本身所具有的压能进行 调节，是目前使用最广的调压阀。
• 3.安全阀 • 安全阀是防止管道或承压设备超压，保证人 身安全的关键设备。当管道或承压设备内的压力 超过规定值时，安全阀自动泄压，将气体排入放 空管。 • 安全阀种类很多，在天然气生产过程中应用 的主要有弹簧式和先导式安全阀两种。 • 弹簧式安全阀按其阀盘升启高度的不同可分 为全启式和微启式两种。微启式安全阀泄放量小， 全启式泄放量大，回座性能好。故在输气站上应 选用全启式。
3）压缩机轴功率的计算
往复式压缩机
k 1 k k N 16.883 p1Q1 1 k 1 离心式压缩机
m 1 N 16.883 p1Q1 m 1 p
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二、阀门
• 阀门是输气管道不可或缺的控制设备。 • 按用途分为切断阀（闸阀、截止阀、旋塞 阀、球阀、蝶阀、隔膜阀等）、止回阀、 调节阀、分流阀、安全阀等。
• 往复式压缩机的优点是热效率高，综合绝热 效率为75%～85%、耐久可靠压力范围宽、 流量调节方便。 • 缺点是结构复杂、体积庞大、维修工作量大、 由于动力不平衡性和气流的脉冲作用，要求 设备基础和管道采取抗振措施、易损件多， 吸排气阀、活塞环易磨损等零部件更换频繁。 • 往复式压缩机主要用于气田内部和储气库， 以及流量不大于8×106m3/d，而压力比要求 较高的输气管线上。
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1.选择压缩机组的原则 1）满足工艺要求。选择的压缩机组应能满足 压气站各种工况要求，并适当留有发展余地，先 决定压缩机组的类型，再决定机组的型号规格。 2）机组应工作可靠、操作灵活、可调范围宽 （离心压缩机的稳定工况区宽）、调节控制简单、 有利实现自动化。 3）价格适当、寿命长、安装维修方便。 4）热效率高、单位耗能低。 5）机组的辅助设备尽可能简单。 6）还应考虑机组的制造水平和供货情况以及 配件的供应情况。
• 离心式压缩机的优点是排量大、结构简单 紧凑、磨损件少、无往复运动，工作时较 平稳，无流量脉冲现象、操作灵活、易于 实现自动控制、维修工作量原原少于往复 式压缩机。 • 缺点是热效率低于往复式压缩机，只能达 到75%～78%、高效工作区范围窄，而且 偏离额定工作点越远，效率降低越多、存 在喘振工况。 • 离心式压缩机是干线输气管道的主要机型。
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然气干线上，通常采用的切断阀为球阀和平板阀。 这两种阀门全开时压力损失小，两者相比，球阀开关 速度快、密封性能好、高度低，便于操作管理，但球 阀体积大，结构复杂。 干线切断阀的驱动方式有电动、气动、电液联动和气 液联动等，各种驱动装置上往往同时配有手动机构， 以备基本驱动机构失灵时使用。 干线切断阀应注意能够使清管器通过。 2）站场切断阀 输气站场使用的阀门除球阀和平板阀外，过去使 用最多的是楔式闸阀，近年来开发了差压油密封楔式 弹性闸阀。由于电动阀门结构简单，操作灵活，易于 实现自动化控制，因此站场阀门多采用电动驱动方式， 全自控站场均采用电动驱动。
• 超声波流量计是继孔板流量计，涡轮流量 计之后第三类适用于高压、大口径、高精 度的天然气流量计，在美国等发达国家得 到广泛应用。国内首次在大口径输气管道 使用超声波流量计是在西气东输管道的天 然气贸易交接中。
四、流量仪表选型原则
• • • • • 1.流体特性 2.流量计性能 3.安装条件 4.投资费用
主要工艺设备简介
第四节
• 一、压缩机及原动机 • 压缩机是管道输气的核心设备。 • 压气站的投资占输气管道总投资的20%～ 25%（西气东输一座压气站投资约2亿元人 民币），压气站经营费用占总经营费用的 40%～50%，而其中压缩机组的投资占压 气站投资的一半以上，压缩机的燃料消耗 占压气站经营费用的70%左右。
(2)涡轮流量计
• — 原理。利用气体推动流量计转子转动， 通过测转子转动次数来计量气体流量。 • — 优点。测量精度高，一般涡轮不确定度 为0.5%-1.0%，精选涡轮可达到0.25%;测 量范围宽，量程比可达1:30;输出为脉冲频 率信号，便于和计算机配套;结构紧凑轻巧、 安装维护方便。 • — 缺点。有可动部件，易于损坏;抗脏污能 力差，对介质的干净程度要求高。
五、天然气计量发展趋势
• (1)计量方式由体积计量向能量方式转变 • 天然气的能量计量是在体积测量的基础上，再配备天然气 发热量的测量装置。在天然气贸易计量中，以能量的方式 进行结算是最公平的方法。随着社会主义市场经济的完善 和我国加人WTO，在我国天然气贸易计量中实行能量计 量势在必行。 • (2)计量技术的自动化、智能化和远程化 • 对于整个天然气计量系统，流量计只是提供气体测量数据 系统的一部分，除此之外，还有能提供补充测量数据的辅 助仪表系统(如压力传感器、温度传感器、气体密度计、 气相色谱仪等)，以及能按标准程序记录、储存和传输测 量数据的计算数据收集和传输系统，甚至计算机网络。 • 天然气计量已逐步向在线、实时、智能、实流检定发展， 同时依靠网络技术实现远程化通讯、控制和管理，如 SCADA系统的应用和智能涡轮流量计系统。
• 2）先导式安全阀 • 主要特点是压力感测元件由原 来的弹簧变为压力传感器（先 导阀），提高了阀的灵敏度和 精度。此外，主阀采用笼式套 筒阀芯和软密封结构，确保阀 芯起跳后正确复位和关严，克 服了弹簧式安全阀关闭不严而 导致天然气长期泄漏和过量排 放的弊病。
第五节 天然气流量计量
• 一、测量分类 • (1)精确计量。能保证在输气监测站上进行公平公 正的交易，有效地管理天然气的供给和消费，控 制天然气的库存量，最大限度地降低输差，避免 输气监测的争端，提高服务质量。 • (2)实时计量。有助于输气公司优化管线的运营， 最大限度地提高系统的生产能力，对市场变化作 出快速反应。 • (3)经济计量。符合效益最大化的经营理念的要求。 天然气计量系统的投资和运行维护费用决定了天 然气计量的成本。采用先进的计量技术是降低天 然气计量成本的重要途径。
三、流量测量方法及仪表
• 天然气流量测量方法，按测量参数可分为容积流 量、质量流量和能量流量三种。 • 质量流量在国内只是用容积式流量计与密度计组 合的间接测量，国外已成功开发出动量式、惯性 力式和哥氏力式等直接测量质量流量仪表； • 能量流量测量是直接测量天然气流过的热量的多 少，用户使用燃气与组分无关，按热量多少取费， 更具有科学性和经济价值，是未来计量发展的趋 势，在我国天然气计量中也尚未应用。
二、天然气流量计量的特点
• 1）流动状态直接影响流量测量的精度。由用气量、阀门开关、压缩 机的启停等原因都会导致天然气压力和流量的波动，尤其是管路中带 有往复式压缩机，流量压力是脉动的，这对流量测量的准确性都会有 影响。 • 2）天然气的组分是变化的。不同流体的物理和化学性质对测量仪表 的要求不同，而天然气是一种产自地下的混合气体，不同气田（或油 气田、油田），同一气田不同区块、不同气井、不同开采时期以及在 天然气处理、集输过程中，其组分都会不同或发生变化，而且天然气 含水和腐蚀性组分等，都对流量测量仪表本身和修正提出了要求。 • 3）目前天然气流量测量应用最多的是标准孔板流量计，天然气流过 流量计产生压力损失，力求减少流量计的压力损失或实现非接触式流 量测量是发展方向。 • 4）由于天然气的可压缩性，体积流量应规定所处状态，我国通常采 用的是所谓的工程标准状态：压力1.01325×105Pa，温度293.15K。 • 5）天然气是易燃易爆气体，在选用配套电气仪表时必须采用防爆型 或本安型，确保测量系统乃至整个输气系统的安全。