【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于测量通过液化天然气流输送的能量流量的测量设备以及相应的方法。
技术介绍
1、液化天然气是用于液化的经处理的天然气的术语，其被冷却至低于沸点的温度，通常冷却至-161℃至-164℃。液化天然气也称为lng(缩写)，并且仅具有气相天然气体积的约六百分之一的体积。
2、天然气通常含有作为主要组分的甲烷和其他组分(如高级烷烃(主要是乙烷、丙烷和丁烷))以及氮气、二氧化碳、水蒸气和可能的其他次要组分的混合物。为了简化天然气的储存和运输，将从天然气生产现场提取的天然气运输到气体液化工厂，在那里通过冷却对其进行处理和液化。在液化之前，从天然气中除去某些组分，例如以防止液化期间的固化或满足客户要求。为此目的使用诸如吸附、吸收和低温精馏的方法。
3、取决于天然气的地理来源，特别是取决于具体的生产地点，并且还取决于相应的加工，液化天然气可以具有不同的定性和定量成分，即液化天然气中包含的组分的类型及其量比例都可以变化。例如，甲烷的摩尔分数可以在87mol％和大于99mol％之间变化。
4、液化天然气的运输可以以各种方式进行，例如通过管道、特种船、油罐货车、油罐卡车或罐式集装箱。出于计费目的，有必要检测运输或转移的液化天然气的量。在管道中输送的液化天然气流的量的测量可以例如通过合适的流量计进行，其中这里使用各种方法。体积流量可以例如通过基于超声的流量计来确定。特别是基于科里奥利原理的其他流量计能够确定质量流量。
5、然而，在实践中，输送的质量或输送的体积与输送的液化天然气量的计费不是那么
6、在us2019/0219556a1中，描述了一种用于测量气体的能量含量的方法，其中，除了超声传感器之外，还使用雷达传感器来确定气体的相对介电常数。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种用于测量通过液化天然气流输送的能量流量的测量设备和方法，并且即使液化天然气流的定性和定量化学成分仅部分已知，该测量设备和方法也能够进行精确测量。
2、该目的通过具有独立设备权利要求的特征的测量设备和具有独立方法权利要求的特征的方法来满足。
3、根据本专利技术的用于测量通过液化天然气流输送的能量流量的测量设备包括：超声测量装置，其被配置成基于顺着测量路径上的液化天然气流的流动发送和接收的和逆着测量路径上的液化天然气流的流动发送和接收的超声信号的确定的传输时间来测量液化天然气流的流速和液化天然气流中的声速；温度传感器，其被配置成测量液化天然气流的温度；以及评估单元，其连接到超声测量装置和温度传感器，以接收流速、声速和温度的相应测量值，其中，评估单元被配置成至少基于液化天然气流的流速和横截面积来确定液化天然气流的体积流量，至少基于声速和温度通过模型函数来确定液化天然气流的体积相关热值，以及基于所确定的体积流量和所确定的体积相关热值来确定输送的能量流量，其中模型函数是基于数据集确定的，该数据集指定液化天然气的多种不同成分的相应成分的体积相关热值。
4、测量设备可以例如布置在管道中或管道处，其中管道在流速测量位置处的横截面通常确定液化天然气流的横截面积。然后，所确定的能量流量可以例如由合适的输出单元显示，例如被存储在存储器中以供进一步使用，或者直接被转发到处理和/或计费单元。
5、利用根据本专利技术的测量设备，以本身已知的方式确定体积流量，即每单位时间输送的体积。基于顺着测量路径上的液化天然气流的流动发送和接收的和逆着测量路径上的液化天然气流的流动发送和接收的超声信号的确定的传输时间来确定流速是基于以下事实：超声信号在具有预定长度的测量路径上的传输时间在逆着流体流动传播时比在顺着流体流动传播时更长。根据各个超声信号的传输时间或传输时间差不仅可以确定流速，而且还可以确定被检查流体的声速。
6、本专利技术利用液化天然气的化学成分至少部分已知的事实。因此，已知哪些组分以相关量存在于液化天然气中，并且对于这些组分的相应量比例，应预期哪些下限和上限。液化天然气的组分主要是甲烷(ch4)、乙烷(c2h6)、丙烷(c3h6)和高级烷烃(c4+)以及氮气(n2)。水蒸气(h2o)和二氧化碳(co2)至少大部分不再包含在液化天然气中。
7、已经表明，如果模型函数(该模型函数是基于指定液化天然气的多种不同成分的相应热值的数据集的)用于该目的，则可以仅基于两个输入变量以足够的精度描述液化天然气流的热值，并且实际上特别是取决于所提到的两个输入变量。
8、具体地，利用上述测量设备，可以通过依赖于液化天然气流的声速和温度的模型来确定体积相关热值。因此，该模型中使用的模型函数是针对数据集生成的，该数据集至少根据声速和温度指定相应已知成分的体积相关热值。
9、术语“至少基于声速和温度”应理解为使得还可以考虑一个或更多个另外的输入变量，特别是另外还有液化天然气流的压力。然而，压力的影响小，因此如果接受略微增加的测量误差，则可以忽略压力的影响。
10、利用先前调整的模型，可以在测量过程中针对声速和温度的任何期望的测量值对来计算体积相关热值，并且由此，可以通过将其乘以测量的体积流量来计算得到的能量流量，即每单位时间输送的能量或能量流量。
11、根据本专利技术的测量设备的优点在于不需要精确了解液化天然气流的成分。通过计算(或也通过实验)确定若干不同成分的热值就足够了。然后，模型或模型函数使得在知道声速和温度的情况下，即使对于不是数据集的一部分的液化天然气的这种成分，也可以确定热值。
12、根据测量设备的优选实施例，模型函数是通过对数据集中包括的多个支撑点进行插值来确定的插值多项式，其中支撑点指定至少针对相应的声速和相应的温度通过计算和/或实验确定的体积相关热值。因此，多项式函数通过数学拟合适应于数据集的各种支撑点，以便确定多项式函数的系数。数据集的支撑点的采样点是声速和温度，优选地还有压力。支撑点的采样值是相应的相关联的体积相关热值。通过使用插值多项式作为模型函数，其中声速和温度作为输入变量，因此可以在评估单元中计算体积相关热值。如果要考虑压力，则它不一定必须包括在模型函数中，即它不必形成模型函数的另一参数，而是也可以以校正因子的形式考虑。
13、根据另一优选实施例，插值多项式由以下等式确定：
【技术保护点】
1.一种用于测量通过液化天然气流(4)输送的能量流量的测量设备(10)，包括：
2.根据权利要求1所述的测量设备(10)，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的测量设备(10)，其特征在于，
4.一种用于测量通过液化天然气流(4)输送的能量流量的测量设备(20)，包括：
5.根据权利要求4所述的测量设备(20)，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的测量设备(20)，其特征在于，
7.根据权利要求2、3、5和6中任一项所述的测量设备(10、20)，其特征在于：
8.根据权利要求2、3和5至7中任一项所述的测量设备(10、20)，其特征在于：
9.根据前述权利要求中任一项所述的测量设备(10)，其特征在于：
10.一种用于测量通过液化天然气流(4)输送的能量流量的方法，包括以下步骤：
11.一种用于测量通过液化天然气流(4)输送的能量流量的方法，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种用于测量通过液化天然气流(4)输送的能量流量的测量设备(10)，包括：
2.根据权利要求1所述的测量设备(10)，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的测量设备(10)，其特征在于，
4.一种用于测量通过液化天然气流(4)输送的能量流量的测量设备(20)，包括：
5.根据权利要求4所述的测量设备(20)，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的测量设备(20)，其特征在于，<...
【专利技术属性】
技术研发人员：塞巴斯蒂安·弗里德里希，马丁·奥伯兰德，安德烈亚斯·埃尔利希，
申请(专利权)人：西克工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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