热值仪发生器气能量计量的应用研究

基于燃烧原理的水流式热量计由于 操作繁杂而难以应用于日常测量。基于组成分析的 色谱仪可以在线连续测量，精度高，但系统投资及运 行维护成本高，运行维护流程较复杂，一般在长输管 线和门站应用，以及在热电厂等对热值和组成均关 心的用户使用。对大量的下游工商业用户，需要选 取既能准确测定热值，又安全可靠、使用简便、投资 及运行维护成本低的设备。基于红外气体分析技术 或物性参数关联技术的在线天然气热值仪既可以在 线连续测量，又具有使用成本低、维护简便等优势， 适合于无需组成测量的用户，目前多应用于天然气 气质监测以及生产工艺的控制，在天然气贸易计量 中应用较少。 为确定热值仪应用于下游天然气能量计量的可 行性，本文建立了基于热值仪的能量测定实验系统。
通过与在线色谱仪的测量数据进行对比，得到热值 仪测量偏差、测量重复性; 通过连续运行，验证仪器 可靠性及稳定性。实验结果用于改进热值仪热值测 定程序、提高测量准确性，为在供热厂站、一般工商 业用户等推广能量测量、降低实施成本提供参考。

热值仪工艺特点
热值仪可在线测量天然气高热值，测量原理基 于物性关联，由于质量流量取决于气体组成，通过测 量样品气质量流量与参考气( 12T 天然气) 质量流量 的差异以及测量温度和压力，根据一定的映射关系 通过与热值仪相连的计算机中的软件得到样品气热 值与参考气热值的差异，最终由软件计算得到样品 气热值。

性能及特点
① 连续测量样品气和参考气的质量流量、温 度及压力，数据采集分析系统连续计算样品气热值， 并每隔 5 min 记录热值结果。
② 对欧洲天然气气源，天然气热值测量准确 度优于 1% 。
③ 装置配备仪器记录数据，可以通过 Mini － USB 线连接到电脑，并读取数据。在线数据可连接 到本地 SCADA。 ④ 操作步骤少，操作简单，无需人工值守。
⑤ 运行维护费用低，仅需纯度 99． 9% 的 CH4 气瓶进行自动校准。
⑥ 结构紧凑，热值仪尺寸( 长 × 宽 × 高) 为 300 mm × 140 × mm × 600 mm ，便于各类用户安装 使用。

热值仪在欧洲已得到应用，无须测定组成，且 测量准确度满足能量计量要求。由于测量原理基于 热值和质量流量等物理性质的映射关系，该映射关 系与气源气质有关，国内燃气与欧洲燃气气质存在 差异，因此为达到准确度要求，需要根据测量结果修 正现有映射规律。分别对 2 种气源进行热值测定。 气源 1 为常规管道天然气，由 CH4、C2H6、C3H8、i － C4H10、n － C4H10、i － C5H12、n － C5H12、N2、CO2 等组 成。气源 2 为煤制天然气，由 CH4、H2、C2H6、C3H8、 N2、CO2 组成。

样品气进入样品分析箱，经一级调压器调压至 0． 2 ～ 0． 3 MPa，经一级过滤器过滤后分为两部分，一 部分进入微量水分析仪，测得水露点; 另一部分进入 二级过滤器，去除水分后又分为两路，一路经过二级 调压器调压，压力降至 0． 1 ～ 0． 15 MPa 后分别进入 在线色谱仪和热值仪，分别测定燃气热值，用于比对 和能量计量; 第二路进入 H2 S 分析仪。最后样品气 经放散管排出室外。热值仪与计算机通过数据线连 接，测量结果由数据采集系统读出。
相同时段内采用热值仪和在 线色谱仪进行高热值测量的结果对比，其中热值仪 － 修正后高热值曲线将在后文阐述。

中惠普气体发生器与在线色谱仪的高热值测量 结果相对误差。由于在线色谱仪定期检定， 满足贸易计量要求，北京中惠普认为其测量结果为气体真 实高热值。热值仪测量结果与其相对误差可反映热 值仪测量结果的准确性。在该时间段，在线色谱仪 测量结果平均值为 39． 02 MJ/m3 ，热值仪测量结果 平均值为 41． 14 MJ/m3 。热值仪测量结果偏高，与 在线色谱仪测量结果的最大相对误差为 9． 1% ，平 均相对误差为 8． 2% 。标准偏差反映数值相对于平 均值 的 离 散 程 度。测 量 结 果 偏 差 的 重 复 性 为 0． 16% 。如果取修正系数 0． 924，对热值仪测量结 果加以修正。

介绍一种热值仪的工作原理、性能和安装要求。 搭建热值测定实验系统，中惠普发生器与在线色谱仪比对，分别对常规管道天然气和煤制天然气进行热值测定。对于 常规管道天然气，采取修正系数修正后，与在线色谱 仪测量结果平均相对误差为 0． 136% 。对于煤制天 然气，热值仪的热值计算方法中未考虑氢气组分，热 值关联模型和参数应该体现氢气组分的影响。