Измерение расхода природного газа с помощью тепловых массовых расходомеров

Расходомеры природного газа: практическое руководство по измерению тепловой массы, вихревого потока и эффекта Кориолиса.

Быстрый ответ

Термомассовые расходомеры являются наиболее широко используемой технологией для измерения расхода природного газа в промышленных и коммунальных трубопроводах диаметром от DN15 до DN300 (от 1/2 до 12 дюймов), поскольку они измеряют массовый расход напрямую и не требуют отдельной компенсации температуры и давления, необходимой для объемных расходомеров. Компания Silver Automation Instruments поставляет встраиваемые расходомеры SRK-100 и проточные расходомеры SRK-DL, оба с выходами 4-20 мА, HART и RS485 Modbus RTU. Для трубопроводов высокого давления, коммерческого учета или очень больших диаметров обычно лучше подходят вихревые или кориолисовые расходомеры.

Спрос на природный газ продолжает расти, и точность измерений приобретает все большее значение.

Мировой спрос на природный газ вырос почти на 2,8 процента в 2024 году, а затем замедлился до менее чем 1 процента в 2025 году, поскольку высокие спотовые цены на СПГ и снижение промышленной активности оказали давление на потребление в Азии. Ожидается, что рост возобновится в 2026 году, при этом Международное энергетическое агентство прогнозирует рост спроса около 2 процентов по мере ввода в эксплуатацию новых поставок СПГ из США, Канады и Катара. Прогнозируется, что на рынки Азиатско-Тихоокеанского региона придется примерно половина этого роста.

На Ближнем Востоке наблюдается иная тенденция. Потребление газа в энергетическом секторе быстро растет, поскольку энергокомпании переходят от использования нефти для выработки электроэнергии. Один только этот переход открывает новые точки учета: на газовых турбинах, компрессорных станциях и распределительных сетях.

Для покупателей расходомеров это сводится к одному практическому факту. Независимо от того, растет ли национальный спрос на газ или остается неизменным, количество отдельных точек измерения — на скважинах, городских распределительных станциях, промышленных котлах и биогазовых установках — продолжает расти. Получение расходомеров выбор счетчика Правильное выполнение работ на каждом этапе с первого раза позволяет избежать дорогостоящих переделок в дальнейшем.

Где используются расходомеры природного газа

Расходомеры газа используются по всей цепочке создания стоимости природного газа. На одном конце цепочки находятся системы учета энергии и коммерческого учета. В середине — системы управления технологическими процессами на печах, котлах и газовых двигателях. Завершают список системы мониторинга окружающей среды, заправочные станции КПГ и СПГ, а также лабораторные или опытно-промышленные испытательные стенды. Поскольку выбор подходящей технологии учета во многом зависит от того, на каком этапе цепочки находится точка измерения, одного лишь выбора расходомера только потому, что используемая жидкость — природный газ, редко бывает достаточно.

Распространенные типы расходомеров природного газа

Китайские производители расходомеров, включая компанию Silver Automation Instruments, выпускают несколько моделей. различные технологии газовых счетчиков для работы с природным газом. Каждый из них подходит для разных диапазонов давления, диаметров труб и бюджета.

• Расходомеры Рутса (объемные): обладают высокой точностью при низком давлении, широко используются в бытовых и небольших коммерческих газопроводах.
• Газотурбинные расходомеры: хорошо подходят для коммерческого учета чистого, сухого газа при достаточно стабильных расходах.
• Вихревые расходомеры, стандартного и спирального типов: не имеют движущихся частей, работают в широком диапазоне расхода, выдерживают некоторые колебания давления и температуры.
• Расходомеры с диафрагменным расходомером в сочетании с датчиками перепада давления: по-прежнему распространены на старых магистральных трубопроводах, но для их работы требуется длинный прямой участок трубы, и они создают постоянное падение давления.
• Термомассовые расходомеры: считывают массовый расход напрямую, лучше всего подходят для линий низкого и среднего давления и низких скоростей потока.

Данное руководство в основном посвящено термомассовым расходомерам, поскольку именно по этой теме чаще всего обращаются инженеры из Юго-Восточной Азии, Ближнего Востока и Африки.

Объемный расход в зависимости от массового расхода природного газа

Измерение расхода природного газа делится на два основных подхода: объемный и массовый. Расходомеры, в том числе турбинные и диафрагменные, показывают значение в м³/ч или стандартных кубических футах в час при фактических условиях трубопровода. Газ сжимаем, поэтому его объем изменяется в зависимости от температуры и давления, и для преобразования обратно в стандартные эталонные условия требуется внешняя компенсация, прежде чем это будет иметь существенное значение.

Единицы измерения массового расхода природного газа

Расходомер полностью обходит эту проблему. Килограмм газа остается килограммом газа независимо от давления или температуры в данный момент. Это главная причина, по которой термомассовые расходомеры стали популярны для учета природного газа за последние два десятилетия, особенно на биогазовых установках.

Что такое природный газ и почему его состав важен для измерений?

Природный газ состоит преимущественно из метана, обычно с небольшими примесями этана и других легких алканов. Он легковоспламеняем, и в зависимости от источника может содержать сероводород или другие сернистые соединения. Именно поэтому газоизмерительное оборудование для природного газа почти всегда должно иметь класс защиты ATEX, IECEx или эквивалентный класс защиты для взрывоопасных зон.

Единицы измерения также различаются в зависимости от региона. В Соединенных Штатах объемы газа обычно указываются в стандартных кубических футах, относительно давления 14,73 фунтов на квадратный дюйм и температуры 60°F. В большинстве стран мира используются обычные кубические метры, относительно давления 101,325 кПа и температуры 0°C. Типичная теплотворная способность составляет около 10,8 кВт·ч на обычный кубический метр, или примерно 1000 BTU на стандартный кубический фут, хотя это значение меняется в зависимости от состава газа.

Последний пункт особенно важен для термометров. Датчик, откалиброванный по одному составу газа, будет показывать разные результаты на смеси с другим соотношением метана, этана, азота или CO2. Если состав вашего подаваемого газа меняется в зависимости от сезона или месторождения, сообщите об этом поставщику расходомеров до оформления заказа, а не после того, как расходомер уже будет вварен в трубопровод.

Как работают термомассовые расходомеры на природном газе

А термомассовый расходомер Используется два датчика температуры: один с подогревом, а другой — эталонный. Газ, проходящий мимо нагретого датчика, отводит тепло со скоростью, зависящей от массового расхода и тепловых свойств газа. Электроника счетчика преобразует эту скорость охлаждения в прямое показание массового расхода в кг/ч или Нм³/ч, без необходимости использования отдельных датчиков давления, температуры и расходомера для обратного расчета массы из объема.

В этом заключается основное преимущество перед диафрагменными расходомерами и турбинными расходомерами, для которых требуется внешняя компенсация для достижения полезного значения массы или стандартного объема.

Преимущества термомассовых расходомеров для природного газа

• Прямое считывание массового расхода, без необходимости в отдельном контуре компенсации температуры или давления.
• Широкий диапазон регулирования мощности, часто 100:1 или лучше, полезен на линиях с переменной нагрузкой, таких как линии подачи питательного газа в котлы.
• Меньшее постоянное падение давления по сравнению с диафрагменными компрессорами позволяет снизить затраты на сжатие или перекачку.
• Простая установка. Устройства встраиваемого типа, такие как SRK-100, можно устанавливать через врезку под давлением без полного перекрытия трубопровода.
• Низкое энергопотребление, что важно для удаленных скважин или биогазовых площадок, работающих на солнечной или аккумуляторной энергии.
• Достаточно чувствительный, чтобы улавливать низкие скорости потока, которые обычно не обнаруживаются диафрагменными и турбинными расходомерами или показания которых занижены.
• Стандартный выход 4-20 мА с поддержкой HART и RS485 Modbus RTU доступен на большинстве моделей для интеграции с SCADA-системами.

Ограничения и что следует проверить перед выбором термометра

Термомассовые расходомеры подходят не для всех применений в газовой отрасли, и мы предпочитаем сказать об этом сразу, чем позволить клиенту узнать об этом на собственном горьком опыте через шесть месяцев после запуска.

• Чувствительность к составу газа. Калибровка зависит от конкретного газа. Если состав вашей газовой смеси сильно меняется, перед заказом уточните возможность калибровки для нескольких газов или корректировки параметров в полевых условиях.
• Не для криогенный СПГ Термометры измеряют поток газовой фазы. Они не предназначены для сжиженного природного газа в жидком состоянии, а только для паропроводов, расположенных после испарителя.
• Конденсат и жидкие пробки. Влажный или загрязненный газ может покрывать датчик и со временем искажать показания. Для потока, регулярно несущего конденсат, обычно требуется сепаратор перед датчиком или совершенно другая технология измерения.
• Ограничения на передачу прав собственности. Для фискального учета и трубопроводов высокого давления, турбин или Кориолисовые метры В соответствии с большинством национальных метрологических правил, тепловые счетчики являются более устоявшимся выбором. Они лучше подходят для учета технологических процессов и коммунальных услуг, чем для коммерческого учета.
• Плановое техническое обслуживание. Датчик следует проверять и очищать в соответствии с графиком, как правило, каждые 6–12 месяцев в зависимости от чистоты газа, чтобы сохранить заявленную точность в течение длительного времени.

Технические характеристики термомассовых расходомеров SRK-100 и SRK-DL

В таблице ниже перечислены параметры, которые инженеры обычно запрашивают в первую очередь при выборе газового счетчика. Пришлите нам информацию о технологических условиях, диаметре трубы, давлении, температуре и составе газа, и мы подтвердим точные значения, сравнив их с текущими показателями SRK-100 и SRK-DL Перед оформлением заказа ознакомьтесь с техническими характеристиками.

Термические, вихревые и кориолисовые системы для применения в газовой промышленности.

Вихревые расходомеры, такие как серия STLU, работают с газом под более высоким давлением и с большей скоростью, чем тепловые расходомеры, и на многих предприятиях они используются как на сжатом воздухе и паре, так и на природном газе, что упрощает планирование запасных частей на всей территории объекта.

Кориолисовые расходомеры обеспечивают более высокую точность измерения давления и повторяемость результатов. Однако заявленная плотность большинства кориолисовых расходомеров относится к жидкостям, а не к газам, поэтому они не принесут реальной пользы при работе с природным газом. Для большинства точек учета технологического и энергетического газа низкого давления (ниже примерно 10 бар, 145 psi) терморезисторы остаются более экономичным вариантом.

Примечания к региональному применению

В Юго-Восточной Азии предприятия по переработке пальмового масла и пищевые заводы, использующие биогазовые установки, являются одними из наиболее постоянных источников запросов на установку тепловых счетчиков, как правило, по линиям с давлением ниже 5 бар, подающим топливо в котел или газовый двигатель.
На Ближнем Востоке значительный спрос обусловлен использованием попутного газа при добыче нефти и подачей топливного газа в турбины, что часто сопровождается запросами на корпуса, сертифицированные по стандартам ATEX или IECEx.

Африканские энергетические компании и независимые производители электроэнергии довольно часто обращаются к нам по вопросам утилизации попутного газа и учета сжиженного нефтяного газа, как правило, в связи с целевыми показателями сокращения выбросов, а не с налоговыми платежами.

В Южной Америке распространенной практикой является установка учета газа в промышленных котлах на технологических установках, часто путем врезки в горячую трубу для предотвращения остановки производства.

В Австралии и Новой Зеландии чаще всего встречаются горнодобывающие предприятия, использующие газовые генераторы, и удаленные спутниковые станции СПГ, где важны как низкое энергопотребление, так и вывод данных по протоколу RS485 для SCADA.

Типичный пример выбора

Это не конкретный клиентский файл, а просто шаблон, который мы достаточно часто встречаем, чтобы его стоило рассмотреть. Биогазовая установка, подающая газ в газовый двигатель, должна измерять поток сырого биогаза перед тем, как он попадет в скруббер. Диаметр трубопровода составляет около DN80 (3 дюйма), давление низкое, менее 0,5 бар, а состав газа включает метан, а также значительное количество CO2 и влаги.

На практике диафрагменные расходомеры здесь испытывают трудности, поскольку сигнал перепада давления при низком расходе теряется в шуме, а влага со временем загрязняет ответвления. Встраиваемый термометр, такой как SRK-100, хорошо справляется с низким давлением и низкой скоростью потока, если уровень влажности проверяется на соответствие допустимому отклонению датчика, а также если конденсат является известной проблемой, перед датчиком устанавливается коалесцирующий фильтр. Мы неоднократно объясняли клиентам этот компромисс перед оформлением заказа, и обычно все сводится к тому, насколько влажный газ на конкретном участке.

Получите помощь в подборе расходомера природного газа.

Отправьте нам параметры вашего технологического процесса, и мы порекомендуем подходящую технологию и размер счетчика для вашей линии, а также предоставим коммерческое предложение. Включите:

• Диаметр трубы (DN или NPS/дюйм)
• Давление в трубопроводе (бар или PSI)
• Температура газа (°C или °F)
• Ожидаемый диапазон расхода (кг/ч или Нм³/ч)
• Состав газа, включая содержание CO2, H2S и влаги.
• Классификация взрывоопасной зоны, если применимо (ATEX Zone, IECEx или отсутствует).

Электронная почта sales@silverinstruments.com Предоставьте эти данные или пришлите техническое описание или схему трубопровода, и мы подберем необходимые параметры напрямую.