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    流量計在天然氣計量的應用研究

    文章出處:本站人氣:1119發(fā)表時(shí)間:2018-11-21 11:10:26【

    通過(guò)對超聲波流量計和孔板流量計各自?xún)?yōu)缺點(diǎn)對比、安裝及維護中存在的優(yōu)劣勢分析以及隨著(zhù)社會(huì )發(fā)展在未來(lái)的應用趨勢三個(gè)方面的描述,探討了孔板流量計和超聲波流量計在國內天然氣計量中現階段的應用及對未來(lái)發(fā)展趨勢的預想。

    天然氣作為一種能源和化工原料,它燃燒,單位發(fā)熱量大,燃燒后產(chǎn)物對環(huán)境影響??;它潔凈,質(zhì)優(yōu),成本較低,可用它多種精細化工產(chǎn)品和高附加值產(chǎn)品,以上特性是它深受用戶(hù)青睞的原因,其計量也越來(lái)越被人們重視。從目前國內天然氣流量計的使用情況來(lái)看,孔板流量計是目前使用范圍zui廣一種。但隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展,貿易計量的精確化、規范化要求越來(lái)越受到重視,超聲波流量計逐漸開(kāi)始應用于天然氣計量中。本文就這兩種流量計各自的特點(diǎn)以及在未來(lái)天然氣計量中的發(fā)展應用進(jìn)行探討。

    一、孔板流量計

    1.孔板流量計的優(yōu)缺點(diǎn)。要了解孔板流量計的,我們應該先要清楚一個(gè)孔板流量計系統的組成及工作原理??装辶髁坑嬘锌煞Q(chēng)為差壓式流量計,主要是由一次檢測部件(節流部件)和二次顯示儀表(差壓變送器)以及相配套的壓力、溫度補償裝置所組成的。(見(jiàn)下圖)


     壓力1.jpg

    孔板流量計的工作原理是充滿(mǎn)管道的流體流經(jīng)管道內的節流裝置,在節流件附近造成局部收縮,流速增加,在其上、下游兩側產(chǎn)生靜壓力差,見(jiàn)節流裝置原理圖:

    壓力2.jpg

    孔板流量計是目前國內天然氣計量系統中應用zui為廣泛的。它zui主要的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單,易于復制、性能相對穩定可靠,價(jià)格低廉且無(wú)需實(shí)流校準,安裝即可投用,后期維護費用較低。另外,它的應用范圍廣,包括全部單相流體(液、氣、蒸汽)、部分混相流,一般過(guò)程的管徑、工作狀態(tài)(溫度、壓力)皆可以應用;并且檢測部件和顯示儀表可以分開(kāi),便與化規模,從而降低產(chǎn)品價(jià)格,更加有利于孔板流量計的普及和應用。

    孔板流量計能夠在國內比較廣泛的應用,性能相對穩定,價(jià)格低廉,有較高的性?xún)r(jià)比是主要因素。但在使用過(guò)程中的缺點(diǎn)也很明顯。

    其中zui為重要的一點(diǎn)精確度問(wèn)題,孔板流量計測量介質(zhì)流量的準確度和很多參數有關(guān),以天然氣流量計算公式為例從以上公式我們不難看出,zui終流量值受很多參數的影響,比較重要的如流量系數、雷諾系數、氣體膨脹系數等,只有這些系數均為恒定值,才能達到差壓和流量之間的恒定對應關(guān)系。尤其是其中的流量系數,是一個(gè)影響因素復雜,變化范圍大的重要系數。流量系數和取壓點(diǎn)位置、雷諾系數、管道粗糙度、孔板開(kāi)孔截面積與管道截面積比值、孔板入口邊緣尖銳度都有關(guān)系。zui終導致孔板流量計的度在流量計中只能屬于中等水平,并且由于實(shí)際過(guò)程中這些因素錯綜復雜的影響,精確度難于有所提升,逐漸不能適應國內越來(lái)越市場(chǎng)化、規范化、高精度的天然氣計量結算要求。

    壓力3.jpg

    壓力4.jpg

    其他方面,孔板流量計對天然氣的潔凈度有較高的要求,長(cháng)期使用后可能產(chǎn)生腐蝕、磨損、結垢、臟污,精度難以保證,需拆下清洗、檢驗確認合格后才能繼續使用。其次是使用孔板流量計的管道內介質(zhì)壓力損失較大,會(huì )增加較高的附加費用; 在安裝方面,由于孔板流量計對前后直管段的要求較高,在管徑較大的工況下使用不容易滿(mǎn)足。另外,一般的孔板流量計都是采用法蘭夾持式連接,長(cháng)期使用維護后容易產(chǎn)生跑、冒、滴、漏的問(wèn)題,增加了維護工作量。

    2.孔板流量計的安裝。

    節流裝置的安裝應在兩段具有等直徑的圓形橫截面的直管段之間,也就是我們常說(shuō)的流量計的前后直管段,在此中間,除了取壓孔、測溫孔外,無(wú)其他障礙和連接支管。這是為了保證管道內天然氣流速的均勻,不會(huì )因外部的原因造成流動(dòng)不穩定,從而造成流量的波動(dòng)及誤差。前后直管段要求一般要滿(mǎn)足前10D4DD為管道內直徑),見(jiàn)圖1。

    壓力5.jpg

    孔板流量計的安裝還需要注意幾個(gè)問(wèn)題:

    2.1直線(xiàn)度:這個(gè)一般要求的是通過(guò)目測的方式檢查節流裝置前后直管段是否處于同一管道中心線(xiàn)上。

    2.2焊縫的內管壁平整:孔板流量計對前后直管段的管內清潔度有較高的要求。在管道與節流裝置配對法蘭焊接的過(guò)程中,應確保管道內壁沒(méi)有因焊接造成的凸起。因此,在實(shí)際施工中,第一層焊縫多采用氬弧焊接,并在焊接中進(jìn)行充壓保護。

    2.3管道圓度:這個(gè)是一個(gè)在施工中容易忽略的問(wèn)題。管道可在運輸、搬運、吊裝的過(guò)程中產(chǎn)生擠壓變形,這種管道作為孔板流量計的前后直管段,就可能造成誤差。因此,應對管道進(jìn)行檢查,確認

    無(wú)肉眼可識別的凹陷或變形。

     

    2.4壓力及溫度點(diǎn):壓力點(diǎn)應安裝在孔板流量計的前直管段的主管或差壓變送器正壓側取壓管上;而溫度點(diǎn)zui好在孔板下游側直管段外測得,它與孔板之間的距離可等于或大于5D,但不得超過(guò)15D;

     

    2.5節流裝置取壓口的方向。在測量液體介質(zhì)時(shí)

    壓力6.jpg

    2.6內孔板的安裝應該在管道吹掃完成后安裝;以上的安裝注意事項都是為了zui大程度上確??装辶髁坑嫷臏y量準確度,減少因安裝失誤造成的誤差。

     

    二、超聲波流量計

     

    1.超聲波流量計的優(yōu)缺點(diǎn)。超聲波流量計是近年來(lái)比較認同的一種天然氣計量用流量計,具有準確度高、重復性好、量程寬、抗干擾能力強、維修工作量少、能測量雙向流等優(yōu)點(diǎn)。測量方式主要分為固定式和便攜式兩種形式,可用來(lái)測量不易接觸、不易觀(guān)察的流體流量和大管徑流量。它不會(huì )改變流體的流動(dòng)狀態(tài),不會(huì )產(chǎn)生壓力損失,安裝也相對比較方便??梢詼y量強腐蝕性介質(zhì)、非導電介質(zhì)、各種液體和污水的流量,應用范圍較廣,同時(shí)測量范圍較大,從管徑20mm~5m都可以使用。

     

    超聲波流量計是一種技術(shù)含量較高的新興產(chǎn)品,它的高技術(shù)門(mén)檻就導致了制造成本很高,整體儀表價(jià)格居高不下,性?xún)r(jià)比不高,較大程度限制了它在國內的普及。另外,高技術(shù)同時(shí)也就意味著(zhù)高要求、多參數,因此前期對實(shí)際工況環(huán)境參數須有個(gè)比較準確的判斷,才能確保證測量精度的穩定性。另外,超聲波流量計使用前的標定也是一個(gè)需要重視的問(wèn)題,對于直徑小于300mm的管道,超聲波流量計的標定還可以做到;對于直徑大于300 mm的高壓大流量管道,超聲波流量計的標定就比較難辦到。

     

    其他方面,超聲波流量計的溫度測量范圍不高,一般只能測量溫度低于200℃的流體,前后直管段一般要求還是前10D,5D,安裝上也有比較嚴格的要求,探頭間的距離、探頭插入管道的深度,這些工作中都包含了一定的不穩定性,這也會(huì )給流量測量帶來(lái)一定的誤差。

     

    2.超聲波流量計的安裝。要正確安裝超聲波流量計,首先須了解其工作原理。超聲波流量計目前zui為常用的測量方法為傳播速度差法。傳播速度差法又包括直接時(shí)差法、相差法和頻差法,其基本原理都是測量超聲波脈沖順水流和逆水流時(shí)速度之差來(lái)反映流體的流速,從而測出流量。

     

    超聲波流量計安裝示意圖如下:

    壓力7.jpg

    壓力8.jpg

    壓力9.jpg

    三、超聲波、孔板流量計在未來(lái)的發(fā)展

     

    1.市場(chǎng)環(huán)境。任何行業(yè)的任何產(chǎn)品的更新?lián)Q代,都和這個(gè)行業(yè)的標準提升、市場(chǎng)要求提高有著(zhù)密不可分的聯(lián)系。隨著(zhù)中國加入WTO,外資企業(yè)不斷進(jìn)入我國天然氣市場(chǎng)以及引進(jìn)國外天然氣的可能性、天然氣計量與國際接軌成為須要面對的現實(shí)問(wèn)題,其計量觀(guān)念與發(fā)展趨勢也將由此而發(fā)生系列變化。我國天然氣計量會(huì )出現幾個(gè)方面發(fā)展:

     

    1.1檢定方式從靜態(tài)單參數向動(dòng)態(tài)多參數溯源發(fā)展 。過(guò)去流量計檢定方式通常采用檢定靜態(tài)單參數方法,如標準孔板依靠幾何檢定法檢定孔板的8個(gè)幾何靜態(tài)單參數來(lái)保證流量計的準確。隨著(zhù)國內國外實(shí)流檢定技術(shù)的成熟,天然氣流量量值溯源正逐步向實(shí)流檢定方向發(fā)展,即以實(shí)際天然氣介質(zhì)、在接近實(shí)際現場(chǎng)工況等條件下對流量的分參數如壓力、溫度、氣質(zhì)組分和流量總量進(jìn)行動(dòng)態(tài)量值溯源。

     

    1.2儀表選型從單一儀表向多元化儀表發(fā)展 。目前大多數天然氣化工單位的流量?jì)x表選型比較單一,無(wú)論是外部計量還是內部計量主要都是以孔板流量計為主。但隨著(zhù)對流量計的研究和開(kāi)發(fā),不同的流量計有不同的特點(diǎn)和適應范圍,流量?jì)x表選型由此呈現從單一儀表向多元化儀表方向發(fā)展。

     

    1.3計量標準由單一標準向多重標準發(fā)展 。我國天然氣計量標準不斷發(fā)展、豐富和完善,結合國外標準后我國流量計量標準已基本構成完整的體系,正逐步由單一標準向多重標準發(fā)展。

     

    1.4計量管理從事后計量事前過(guò)程管理發(fā)展。隨著(zhù)市場(chǎng)經(jīng)濟的發(fā)展,人們越來(lái)越重視天然氣計量,特別是貿易計量。因此,人們對天然氣計量在管理觀(guān)念上正發(fā)生根本性轉變,不僅對現場(chǎng)計量器具的使用及相應人員進(jìn)行管理,并從事后計量糾紛解釋向加強事前儀表采購選型、安裝使用、過(guò)程控制、質(zhì)量監督、數據管理、實(shí)流檢定的管理轉變和發(fā)展。

     

    2.未來(lái)發(fā)展探討。隨著(zhù)與國際社會(huì )的逐漸接軌,不論是計量標準、制造工藝還是實(shí)際運用中的檢定安裝維護措施,要求都會(huì )隨之越來(lái)越高。從目前國內的在天然氣計量上的應用,還是以孔板流量計為主,相信在以后較長(cháng)的一段時(shí)間內,孔板流量計仍是主要的計量?jì)x表。其較高的性?xún)r(jià)比較為普及的制造工藝和成熟的測量技術(shù)及較為穩定的性能基本滿(mǎn)足目前國內大多數天燃氣化工企業(yè)的要求。另外,孔板的出現,也的提高了孔板流量計在拆除、清洗、更換的便捷度,更加提高了孔板流量計的應用價(jià)值。但我們也不能忽視孔板流量計測量精度有限的硬傷,這是在未來(lái)天然氣貿易計量中不可忽視的問(wèn)題。

     

    超聲波流量計的應用是國內天然氣行業(yè)逐漸重視貿易計量的必然趨勢,精確度高、無(wú)壓力損失、維護方便都是其重要特點(diǎn),同時(shí)也逐漸成為國內外貿易計量中認同度比較高一種流量計。但超聲波流量計在以后較長(cháng)的一段時(shí)間內很難在國內獲得普及,zui根本的原因就是其目前國內貿易計量體系還不是很完善,還未與國際的高標準、高要求接軌。而超聲波流量計的制造價(jià)格不適合國內中小型工程投資運營(yíng)行情。一臺用于貿易結算的超聲波流量計往往都是采用多組探頭檢測流量,這種超聲波流量計的價(jià)格基本都是在幾十萬(wàn)甚至更高,中小型天然氣化工裝置一般不會(huì )考慮這種造價(jià)高昂的產(chǎn)品,而是會(huì )采用價(jià)格更為低廉,能基本滿(mǎn)足國內計量要求的孔板流量計。其他方面,從目前國內的工程投資情況看,項目從立項到建設再到運營(yíng),是一個(gè)重要的主線(xiàn),一旦一個(gè)項目立項,設計要快,施工要快,zui終達到以zui快的速度開(kāi)始進(jìn)入運營(yíng),zui快速度搶占市場(chǎng)。不能否認這是一種zui好的融入市場(chǎng)的方法,但快中必然出現諸多的遺漏或是不完善,而對于超聲波流量計這種對前期數據分析要求比較嚴苛的儀表,一個(gè)重要數據的偏差或者遺漏,就可能導致這臺造價(jià)高昂的儀器僅僅是流量的一種參考而不是標準,失去存在的意義。

    四、結語(yǔ)

     

    孔板流量計在以后較長(cháng)一段時(shí)間內還是會(huì )占據國內天然氣計量?jì)x表的重要位置,但隨著(zhù)與國際社會(huì )的接軌度越來(lái)越高,國內計量體系的逐漸完善,孔板流量計在無(wú)重大技術(shù)突破,而超聲波流量計技術(shù)越來(lái)越成熟的情況下,zui終會(huì )被取代,從而形成對外貿易計量使用超聲波流量計,對內成本考核計量采用孔板流量的局面。

     

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