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研究热滞后对财政/贸易交接计量系统温度测量的影响

来源:作者:上海自动化仪表三厂发表时间:2018-10-12

    上海自动化仪表三厂Ali Niazi和Sarah Kimpton博士研究了热滞后对财政/贸易交接计量系统温度测量的影响。


    大型贸易交接/财政计量系统定期接受审计,以确保符合最佳行业惯例以及国际标准。这些审核的一个经常性发现涉及上游和下游长度缺乏热滞后。



    这些审计的典型结果是:

    孔口配件,仪表管上游和下游直线长度和温度配件不是隔热的,并且在暴露位置对元件开放。

    在暴露的场地位置,根据一年中的时间,流动的气体温度和环境温度之间可能存在很大差异。

    仪表运行的暴露位置和计量系统上没有滞后意味着用于计算气体密度的温度不太可能反映真实的流动气体温度。


    计量标准建议将温度传感器放置在热电偶套管中,然后将其插入流动气体的气流中。审核员声称没有滞后,在热套管中测量的温度可能与气体温度不同。0.5℃的温差将对体积测量产生0.3%的影响。


    对于财政/贸易交接计量系统,无论仪表的类型如何,始终在主设备的下游测量温度,除非可以证明替代技术可以提供类似的性能。


    大多数天然气计量系统建于20世纪70年代和80年代,没有隔热保护,以保护温度测量不受环境变化的影响。在该领域进行的历史工作表明,环境温度对流动气体温度的影响很小,可以忽略不计。历史上人们认为,如果仪表大于8英寸(200毫米),则不需要滞后。


    上海自动化仪表三厂作为一个独立的组织,通过调查该领域的历史工作并开发计算流体动力学数学模型来模拟这些系统的流量测量,以研究滞后对温度测量的影响。


    20世纪70年代早期Pallan的理论计算表明,即使对于经受严苛条件的未拉伸管道,管壁温度和气体温度的差异也可能很小。预计最大的温度误差源来自热传导。Pallan的实验测量表明,当环境温度在气体温度以上39摄氏度至28摄氏度之间变化时,未标记的热电偶套管将气体温度确定在+/- 1.7°C范围内。测试还表明,当气体温度低于环境温度33℃至高于环境温度11℃时,温度读数在+/- 0.5℃之内。


    对管道表面温度的理论计算表明,对于高气压和高速气体,气体温度和管道表面温度之间的差异小于0.6℃。然而,风速产生了重大影响。在两个压缩机站的实验测量表明,在热电偶套管中测量的气体温度与管道表面温度之间的差异仅为0.2℃。这些测量是在封闭的环境中进行的,因此风速的影响不是问题。


    实验测量证实,在滞后热电偶套管中测量的气体温度与用滞后表面温度传感器测量的气体温度之间的一致性在+/- 0.1℃之内。英格拉姆还研究了去除表面温度传感器绝缘的效果 - 热电偶套管与表面传感器之间的温差为0.17℃,当去除包胶时,温差增加到1.2℃。


    上海自动化仪表三厂提出的其他观点是:

    如果不防水,则滞后的效果会大大降低。

    表面安装温度测量优于非常短的热电偶套管,其中传感元件位于热套管颈部法兰中。


    测量结果将表面安装温度测量值与不同深度的热电偶套管中的温度测量值进行了比较。两组测量值之间的最大差异为0.15摄氏度 - 最大的差异是位于热电偶套管内的传感器。


    计算流体动力学(CFD)研究着眼于在37℃和15℃下输送天然气的8英寸和24英寸管道中的热电偶套管中的温度测量。考虑了五种不同的环境条件 - 0℃,-5℃,-10℃,30℃和35℃。在冬季条件下,模拟显示热电偶套管顶部和法兰区域周围的温度受环境温度的影响。影响程度随着环境温度的降低而增加。24英寸计量系统的典型冬季条件如图2所示。对于夏季条件,模拟显示法兰区域和热套管顶部周围的温度显着增加。对于较高的环境温度情况,这种增加更大。进一步模拟在热电偶套管和管道表面周围进行绝缘。很明显,热电偶套管和法兰受到绝缘的充分保护,在热电偶套管和法兰的顶部周围只能看到很小的温度变化。绝缘部分末端的边缘效应没有渗透到绝缘部分。


    还进行了绝缘8英寸管道中低速气流的模拟。结果与其他隔热病例类似。没有看到热电偶套管中的温度显着下降。然而,对于低速情况,可以看到绝缘部分末端的壁温下降,但是它不会以任何显着的方式影响热套管温度。对管道的短段进行绝缘将足以获得对气体温度的精确测量。


    在所有情况下,热电偶套管的底部都处于气体温度,并且不受环境条件变化的影响。因此,在热电偶套管底部进行的温度测量表示管道内气体的温度。


    CFD建模在英国进行,基于以下条件:

    管道尺寸介于8英寸和24英寸之间。

    5至35摄氏度的五个环境温度。

    气体温度为15和37.7℃。

    气速低至1.1米/秒。


    应该注意的是,在这些条件之外,仅建议热套管周围的热滞后。此外,在CFD建模中仅使用一种热电偶套管设计,并且其他热电偶套管设计可具有不同的热特性。


    实验测量和CFD建模显示出显着的相似性。


    CFD模型均表明,热电偶套管底部的温度与有绝缘和无绝缘的气体温度相同。Pallan的实验测量证实,未拉伸的热电偶套管中的温度对最极端的环境条件相对不敏感。


    CFD模型显示热套管刺入内的温度受环境条件的影响,但管道直径内的气流温度不受影响。上自仪三厂的实验测量证实了这一点。


    CFD模型显示热套管刺入内的气体速度非常低。为了支持这一点,在热套管刺伤中的温度测量表明,温度变化的响应时间非常长。


    CFD模型显示管壁的温度始终与气体温度非常相似。然而,在绝缘的情况下,管壁的温度与气体温度之间的差异是不可检测的。英格拉姆证实,绝缘表面温度测量值在热套管温度的0.1摄氏度范围内。


    CFD模型显示热电偶套管或表面安装传感器周围的局部绝缘足够。无需对整个仪表运行进行隔热。实验还证实,局部绝缘足以精确测量气体温度。


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