一种天然气大流量实流检定装置及方法与流程

本发明属于天然气计量领域，具体涉及一种天然气大流量实流检定装置及方法。

背景技术：

目前，国内天然气贸易交接流量计如超声波流量计、涡轮流量计等（被检流量计）均采用标准表法（工作标准）进行实流强制检定、校准，工作标准的系统不确定度可达0.33%，标准表均采用0.25级高精度气体涡轮流量计。对工作级标准表的实流强制检定、校准，主要采用并联的临界流喷嘴组成的次级装置进行实流检定，次级装置的系统不确定度可以达到0.25%。次级装置的临界流喷嘴则由mt法原级标准（系统不确定度可达0.1%~0.05%）进行实流强制检定，形成完善的量值传递体系：

国内天然气计量检定站点的工作级标准均由一组或多组并联的高精度涡轮流量计组成，每一路还包括核查流量计、直管段、整流器、伸缩器及相应管路的电动强制密封球阀。根据被检流量计所需要的的流量点选择不同的工作级标准流量计进行组合，如图2。

根据被检定流量计的量程范围（50mm~300mm的流量范围约为10~8000m³/h），工作级装置需要选择不同口径涡轮流量计并确定各口径的涡轮数量。目前国内工作级标准的涡轮流量计主要选用3台250mm（130~2500m³/h）、1台150mm（50~500m³/h）和1台80mm（20~2500m³/h）的口径进行组合，全量程可检定50mm~300mm（10~8000m³/h）的被检流量计。

但现有技术中存在以下问题：

1）小流量检定时，工作级标准流量计与被检流量计之间的大管容会比较明显的增加整个检定系统的不确定度影响。因此，工作级标准检定被检流量计时，负责小流量段检定的小口径涡轮流量计与被检流量计之间均存在工作级标准下游汇管的大管容影响。

2）根据目前国内工作级标准的设置情况，通常选用直径为80mm的涡轮流量计作为小口径的标准流量计，由于涡轮流量计本身的结构特点，小流量段的长期稳定性较差，即长期的误差变化量偏差较大，稳定性较低。

3）每一路工作级标准的吹扫和放空管路均需要设置手动强制密封球阀，尤其是多组涡轮流量计并联时，投资较高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种检定准确度高，长期稳定性强且投资和维护费用低的天然气大流量实流检定装置及方法。

本发明采用以下技术方案实现上述目的：

本发明提供一种天然气大流量实流检定装置，包括第一汇管和第二汇管，所述第一汇管与进气口相连，第一汇管连接有多路并列设置的检测管线，每路检测管线的另一端均连至第二汇管，每路检测管线从第一汇管到第二汇管上依次设有整流器、超声波流量计和涡轮流量计；第二汇管还连接有检定台位，所述检定台位连接至第三汇管上，第三汇管连至排气口，其中进气口与第二汇管之间还连接有小流量段检测管线，小流量段检测管线上包括位于两端的两个强制密封球阀，以及位于两强制密封球阀之间管线上的整流器、涡轮流量计和腰轮流量计。

进一步的，第一汇管上设有氮气吹扫管线，第二汇管上设有放空管线。

进一步的，第一汇管连接的检测管线上的整流器与第一汇管之间设有强制密封球阀，涡轮流量计和第二汇管之间也设有强制密封球阀。

进一步的，第一汇管连接的检测管线共分4路，检定台位共分为5路，其中路下游设有两个第三汇管两路共用一个第三汇管，检定台位的另一路直接与排气口连接，所述检定台位两端均设有强制密封球阀。

进一步的，路检测管线中的涡轮流量计和超声波流量计，3路中涡轮流量计和超声波流量计直径均为250mm，路中的涡轮流量计和超声波流量计直径均为50mm。所述小流量段检测管线上的涡轮流量计和腰轮流量计直径均为100mm。

进一步的，第二汇管还连接有次级标准装置，次级标准装置连接至排气口。

进一步的，检定台位的5路台位管道直径分别为250mm、300mm、200mm、50mm、100mm。

一种天然气大流量实流检定方法，在需要检定时，根据被检流量计的口径将其安装到检定台位中的一路，再根据被检流量计的范围，打开与第一汇管相连的检测管线和小流量段检测管线中的一条或多条管线进行检定，然后进入检定台位中安装被检流量计的一路，之后经第三汇管排至出气口或直接经检定台位排至出气口

本发明具有以下有益效果：

（1）小流量段检测管线独立于其他4路检测管线，上游直接从进气口取气，下游与第二汇管出口相连，既能够参与大口径被检流量计的检定工作，也能够单独为直径100mm以下小口径被检流量计进行检定，减少了小口径流量计检定时的中间管容，单独检定直径100mm以下小口径流量计时可减少管容约2.54m³，提高了系统不确定度。

（2）小流量段检测管线中选用1台腰轮流量计（100mm）取代原有的涡轮流量计（80mm），流量范围5~400m³/h，量程更宽，长期稳定性更好，对应的核查流量计选用涡轮流量计（100mm）；其余4路检测管线中选用涡轮流量计（3台250mm、1台150mm），流量范围分别为130~2500m³/h和50~500m³/h，对应的核查流量计选用超声波流量计（3台250mm、1台150mm）；总流量范围为10~8000m³/h，能够满足50mm~300mm流量计的全量程检点。

（3）简化各管路放空流程设置，减少50mm强制密封阀、截止阀各5个，简化各管路注氮流程设置，减少50mm强制密封阀、截止阀各4个，简化各管路伸缩器设置，取消伸缩器5台，减少投资约126万元。改为仅在第一汇管处设置一路氮气吹扫管线，在第二汇管处设置一路放空管线。

附图说明

图1为本发明示意图；

图2为传统的天然气大流量实流检定装置流程示意图。

图中1、进气口；2、氮气吹扫管线；3、第一汇管；4、整流器；5、超声波流量计；6、涡轮流量计；7、腰轮流量计；8、放空管线；9、次级标准装置；10、排气口；11、第二汇管；13、检定台位；14、强制密封球阀；15、伸缩器。

具体实施方式

【实施例1】

如图1所示，包括第一汇管3和第二汇管11，所述第一汇管3与进气口1相连，第一汇管3连接有多路并列设置的检测管线，每路检测管线的另一端均连至第二汇管11，每路检测管线从第一汇管3到第二汇管11上依次设有整流器4、超声波流量计5和涡轮流量计6；第二汇管11还连接有检定台位13，所述检定台位13连接至第三汇管12上，第三汇管12连至排气口10，其特征在于：其中进气口1与第二汇管11之间还连接有小流量段检测管线，小流量段检测管线上包括位于两端的两个强制密封球阀14，以及位于两强制密封球阀14之间管线上的整流器4、涡轮流量计6和腰轮流量计7。

第一汇管3连接的检测管线上整流器4与第一汇管3之间设有强制密封球阀14，检测管线上的涡轮流量计6和第二汇管11之间设有强制密封球阀14。

4路检测管线中的涡轮流量计6和超声波流量计5，3路中涡轮流量计6和超声波流量计5直径均为250mm，1路中的涡轮流量计6和超声波流量计5直径均为150mm。

小流量段检测管线上的涡轮流量计6和腰轮流量计7直径均为100mm。

第一汇管3连接的检测管线共分4路。

其中第一汇管3、第二汇管11、4路并列的检测管线和小流量段检测管线共称为工作级标准装置，气体从接气口1中进入工作级标准装置，然后进入检定台位13中，检定台位13用于安装被检流量计，最终气体从检定台位13排至排气口10，最终排出。

并且小流量段检测管线独立在4路检测管线外，直接与进气口1和第二汇管11连接，这样既能够参与大口径被检流量计的检定工作，也能够单独为100mm以下小口径被检流量计进行检定，并且在单独为100mm以下小口径被检流量计进行检定时可减少管容约2.54m³，提高了系统不确定度。

多路并列的检测管线中，管线上的涡轮流量计6用作工作级标准表，其中3台直径250mm，1台150mm，两者的流量范围分别是130~2500m³/h和50~500m³/h。管线上超声波流量计5用作核查流量计，其中3台直径250mm，1台150mm，总流量范围为10~8000m³/h，能够满足50mm~300mm流量计的全量程检点。其中直径相同的涡轮流量计6和超声波流量计5位于同一路。

另外如图2所示，目前国内的装置都采用涡轮流量计6作为工作级标准表，但小口径的涡轮流量计6长期稳定性差。

通过对比，涡轮属于速度式流量计。第一，叶片和轴存在摩擦力，小流量段的某个临界点以下时，气体受摩擦力的影响很大，测得的叶片转速与实际流体的流速存在一定程度的差异，测量精度较差；第二，速度式流量计受雷诺数影响较大（re=ρvd/µ），当口径d越小时，气体雷诺数越小，流态趋于层流，平衡性和复现性差，流量计的长期稳定性较差。

腰轮属于容积式流量计。小流量段时受摩擦力和雷诺数的影响较小，具有更好的长期稳定性，每年的流量误差变化量不超过0.05%，100mm腰轮流量计在10~400m³/h量程范围内的误差小（-0.15~+0.25%），线性度高；稳定性好，利于流量计误差的修正。

因此，独立的小流量段检测管线中工作级标准表采用腰轮流量计7，其直径为100mm，流量范围5~400m³/h，量程更宽，长期稳定性更好，每年的流量误差变化量不超过0.05%。线路上的核查流量计采用100mm的涡轮流量计6。

【实施例2】

如图1所示，第一汇管3上设有氮气吹扫管线2，第二汇管11上设有放空管线8。

如图2所示，与检测管线相连接的氮气吹扫管线2和放空管线8应该设置强制密封球阀14来保证零泄漏，而强制密封球阀14的投资比一般球阀贵，因此本实用将氮气吹扫管线2与放空管线8分别设置在第一汇管3和第二汇管11上，避免了氮气吹扫管线2与放空管线8与每一路检测管线的强制密封球阀14。在可以实现吹扫和放空功能的同时降低了成本。

与此同时，因为标准流量计安装后不经常拆卸，本发明取消了每一路检测管线上的伸缩器15。

总体来说，通过简化各管路放空流程设置，减少50mm强制密封阀、截止阀各5个，简化各管路注氮流程设置，减少50mm强制密封阀、截止阀各4个，简化各管路伸缩器设置，取消伸缩器5台，减少投资约126万元。

【实施例3】

如图1所示，检定台位13共分为5路，其中4路下游设有两个第三汇管12两路共用一个第三汇管12，检定台位的另一路直接与排气口10连接，所述检定台位13两端均设有强制密封球阀14。

检定台位13的5路台位管道直径分别为250mm、300mm、200mm、150mm、100mm。

其中检定台位13共有5路，用于安装不同口径的被检流量计。根据被检流量计的范围，按照检定规程的要求选择需要检定的若干流量点，对应打开工作级标准需要组合的管路。具体组合的选用如表1所示。

表1工作级标准流量计组合选用表

例如序号1所示，当被检流量计口径为50mm~100mm，检测点的测量范围为（10～250）m³/h时，只启用标准表口径为100mm的小流量段检测管线。

如序号2所示，当被检流量计口径为80mm~100mm，检测点的测量范围为（250～400）m³/h时，启用4路检测管线中，标准表即涡轮流量计6口径为150mm的那路。

如序号7所示，当被检流量计口径为150mm~200mm，检测点的测量范围为（1600～3200）m³/h时，启用检测管线中，3路标准表即涡轮流量计6口径为250mm中的2路。

【实施例4】

如图1所示，第二汇管11还连接有次级标准装置9，次级标准装置9连接至排气口10。

第二汇管11还可连接至现有的次级标准装置9，方便在需要时进行次级标准检测，次级标准检测完后从排气口10排出。

综上所述，在需要检定时，根据被检流量计的口径将其安装到检定台位13中的一路，再根据被检流量计的范围，根据表1，打开与第一汇管3相连的检测管线和小流量段检测管线中的一条或多条管线进行检定，然后进入检定台位13中安装被检流量计的一路，之后经第三汇管12排至出气口10或直接经检定台位13排至出气口10。

检定时，天然气从进气口1进入，根据表1，当需要使用100mm的工作级表时，天然气直接经小流量段检测管线进入检定台位13中，由小流量段检测管线中的腰轮流量计7进行检定，涡轮流量计6进行核查，此时如表1中序号1所示，被检流量计口径80-100mm，天然气不经第二汇管11，直接由小流量段检测管线进入检定台位13中直径为100mm的那条管线，然后天然气从出气口10排出。若如序号4所示，被检流量计口径150-200mm时，天然气经小流量段检测管线进入第二汇管11中，然后进入检定台位13中放置被检流量计那路，之后进入第三汇管12然后经排气口10排出。

当需要使用150mm或250mm的工作级表时，天然气经进气口1进入第一汇管3，根据表1打开4路检定管线中的一路或多路，由其中的涡轮流量计6进行检定，超声波流量计5作为核查，天然气通过对应路后进入第二汇管11，再进入检定台位13中安装被检流量计的那路，之后进入第三汇管12然后经排气口10排出。