對氣體渦輪流量計應(yīng)用技術(shù)的探討

王 輝

(國家石油天然氣大流量計量站成都分站，成都 610213)

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對氣體渦輪流量計應(yīng)用技術(shù)的探討

王 輝

(國家石油天然氣大流量計量站成都分站，成都 610213)

氣體渦輪流量計因靈敏度高、重復(fù)性好、量程比寬、結(jié)構(gòu)緊湊等特點而廣泛應(yīng)用于貿(mào)易計量。為了研究渦輪流量計的計量性能，本文針對渦輪流量計檢定和使用兩方面，選取了1臺渦輪流量計進(jìn)行測試實驗，研究不同介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)裝置測試渦輪流量計計量性能的影響，從工況條件、安裝方式、維護(hù)保養(yǎng)等方面闡述了渦輪流量計的應(yīng)用技術(shù)，指導(dǎo)了渦輪流量計的現(xiàn)場應(yīng)用，保證了流量計量值的準(zhǔn)確可靠。

渦輪流量計；檢定；使用

0 引言

隨著我國天然氣工業(yè)的快速發(fā)展，用于天然氣計量的流量計數(shù)量日益增多，天然氣貿(mào)易計量直接涉及到貿(mào)易雙方巨大的經(jīng)濟(jì)利益，因此，確保流量計的計量準(zhǔn)確度也就成為了供需雙方關(guān)注的焦點。本文分析了國內(nèi)外渦輪流量計的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對渦輪流量計的檢定和使用方式進(jìn)行了探討。

1 渦輪流量計的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

目前國際上在渦輪流量計行業(yè)具有影響力的品牌主要有荷蘭Instromet、德國Elster、Daniel和RMG等，這些廠家主要采用歐洲prEN12261《氣體渦輪流量計》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計渦輪流量計。歐洲標(biāo)準(zhǔn)在方便用戶、環(huán)保等方面做出了更為詳細(xì)的規(guī)定，是國際上應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)之一。同時，其他氣體渦輪流量計標(biāo)準(zhǔn)還有美國AGA No7，ANSI/ASMEMFC一4M以及氣體渦輪流量計國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 9951等等。

我國采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18940來指導(dǎo)渦輪流量計的應(yīng)用。在準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性、量程比等主要技術(shù)指標(biāo)上與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 9951都非常相近，而在耐久性要求、機(jī)械計數(shù)器要求等其他指標(biāo)上歐洲《prEN12261》的規(guī)定則更為詳細(xì)。

2 渦輪流量計的檢定

2.1 檢定方式

氣體渦輪流量計按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)制造后，首先需要對流量計進(jìn)行檢定，待檢定合格后，才能開展貿(mào)易計量工作。目前國內(nèi)天然氣用流量計的實流檢定主要有兩種方式：一種是使用空氣為介質(zhì)在常壓下檢定；另一種是使用天然氣為介質(zhì)在正壓下檢定。毫無疑問，在流量計實際工況條件下進(jìn)行檢定是檢定的最佳方式，然而，并不是總能用理想的流體進(jìn)行檢定。對于氣體流量計，大多數(shù)檢測裝置都采用空氣進(jìn)行檢定，多數(shù)情況下是在常壓條件下檢定。因此，這兩種檢定方式的檢定結(jié)果在現(xiàn)場計量中是否存在著差異，就需要開展相關(guān)的實驗研究。

2.2 實驗研究

為了研究兩種檢定方式的檢定結(jié)果在現(xiàn)場計量中的差異，筆者選取了1臺0.5級的DN50渦輪流量計，分別在2套以常壓空氣為介質(zhì)和1套以中壓天然氣為介質(zhì)的臨界流文丘里噴嘴標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行測試，并按JJG 1037—2008《渦輪流量計》檢定規(guī)程對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

2.2.1 數(shù)據(jù)處理和分析

渦輪流量計數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表1，渦輪流量計在不同實驗室測試的對比曲線見圖1。

當(dāng)渦輪流量計分別安裝在空氣和天然氣標(biāo)準(zhǔn)裝置上時，從圖1中明顯看出，在幾個實驗室共同測試的40～100m3/h流量范圍內(nèi)，用空氣為介質(zhì)流量計檢定的儀表系數(shù)大于用天然氣為介質(zhì)流量計檢定的儀表系數(shù)，在圖中儀表系數(shù)偏差最大處為0.5%左右；在25～40m3/h流量范圍內(nèi)，用空氣為介質(zhì)流量計檢定的儀表系數(shù)大于用天然氣為介質(zhì)流量計檢定的儀表系數(shù)，在圖中儀表系數(shù)偏差最大處為0.7%左右。

表1 渦輪流量計實驗數(shù)據(jù)

圖1 渦輪流量計在不同介質(zhì)下的測試數(shù)據(jù)圖

2.2.2 流量計檢定儀表系數(shù)的數(shù)據(jù)處理與分析

將渦輪流量計在天然氣裝置和空氣裝置上的測試數(shù)據(jù)，按渦輪流量計檢定規(guī)程計算檢定K系數(shù)匯總于表2。從表2可以看出，在本次比對實驗測

試中，以空氣為介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)裝置常壓下得出的流量計K系數(shù)大于以天然氣為介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)裝置0.8MPa壓力下得出的流量計K系數(shù)，平均差值約為0.45%。

2.2.3 分析結(jié)論

在實驗測試中發(fā)現(xiàn)，渦輪流量計在以空氣為介質(zhì)檢定的K系數(shù)大于以天然氣為介質(zhì)檢定流量計的K系數(shù)。如果渦輪流量計在實際使用中使用空氣檢定的K系數(shù)，則測得的流量比實際流量偏小，壓力相差越大，流量偏差也越大。從這個結(jié)果可以看出，渦輪流量計所得出的結(jié)論符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12261和GB/T 21391—2008《用氣體渦輪流量計測量天然氣流量》所規(guī)定的“在使用壓力大于0.4MPa時，使用壓力范圍：0.5ptest≤p≤2.0ptest”的要求一致(p表示流量使用壓力，ptest表示流量計檢測壓力)。

表2 流量計檢定儀表系數(shù)

因此，國內(nèi)用于天然氣計量的流量計，應(yīng)盡量在天然氣標(biāo)準(zhǔn)裝置上檢定，否則會給現(xiàn)場計量帶來較大影響，同時，工作狀態(tài)與檢定狀態(tài)不同時，應(yīng)進(jìn)行合理的修正，保證量值傳遞的準(zhǔn)確。

3 渦輪流量計的使用

為了使檢定合格的渦輪流量計在現(xiàn)場正常運行，需要注意以下幾方面的問題。

3.1 天然氣氣質(zhì)對渦輪流量計的影響

1)在實際使用過程中，渦輪流量計經(jīng)常會出現(xiàn)臟污情況，從而影響流量計葉輪的轉(zhuǎn)動，如不進(jìn)行處理，就會影響流量計脈沖輸出。

2)表體內(nèi)壁及上游直管段的表面粗糙度變化引起流速分布的變化，從而影響流量計的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。不同廠家的渦輪流量計的傳感器敏感程度各不相同。一般來說，臟污堆積對口徑小的渦輪流量計較之口徑大的渦輪流量計的影響更大。

3.2 工況條件對渦輪流量計的影響

由于渦輪流量計渦輪慣性的存在，在流量波動頻繁的場合不宜使用，否則會降低計量精度。同時，要比較準(zhǔn)確地估計用氣量的峰谷值和介質(zhì)的壓力情況，正確確定流量計的規(guī)格。從渦輪流量計誤差特性曲線可以看出，應(yīng)使流量計的工作流量范圍在20%Qmax～80%Qmax(Qmax為流量計的最大流量)之間。

當(dāng)被測介質(zhì)流量小于所選流量計的20%Qmax以下時，介質(zhì)流體在管道中流速遲緩處于層流狀況，流量計的測量線性變差，難以達(dá)到用戶要求的計量精度。當(dāng)介質(zhì)工況流量大于所選流量計的80%Qmax時，渦輪轉(zhuǎn)速將變的很快，減速軸承和支架的磨損會影響渦輪流量計的使用壽命。

3.3 渦輪流量計在安裝中的要求

1.2.1 觀察組 進(jìn)行基礎(chǔ)疾病治療,通常所服用的藥物有:降血糖藥物及預(yù)防血小板聚集藥物等[2]。并在此基礎(chǔ)上給予單唾液酸四己糖神經(jīng)節(jié)普脂鈉靜脈滴注,取80 mg單唾液酸四己糖神經(jīng)節(jié)苷脂,加入0.9%氯化鈉注射液2.5×102 m L中行靜脈滴注,進(jìn)行1次/d。

1)介質(zhì)流體流速分布不對稱和旋渦流是影響渦輪流量計測量精度的重要原因，要清除流速不對稱和旋渦流則需要在渦輪流量計前端有足夠長的直管段；

2)渦輪流量計的安裝位置不能有激烈的機(jī)械震動和強(qiáng)的電磁干擾；

3)渦輪流量計安裝時，密封墊不得突入管道中，流量計與管路軸線目測不得有明顯偏差.不得產(chǎn)生安裝應(yīng)力。

3.4 對壓力、溫度測量準(zhǔn)確度的要求

根據(jù)氣體狀態(tài)方程：

式中：V0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積(m3)；V為工作狀態(tài)下的體積(m3)；p為流量計壓力檢測點處的絕對壓力(kPa)；p0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(kPa)；T0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對溫度(K)；T為介質(zhì)工況條件下的絕對溫度(K)；Z為氣體壓縮因子。

3.5 帶機(jī)械讀數(shù)渦輪流量計的要求

對于有機(jī)械讀數(shù)帶修正儀的渦輪流量計，除抄取標(biāo)況體積值之外，同時應(yīng)該及時比對基表讀數(shù)與修正儀上的工況流量是否一致，兩者正常情況下應(yīng)該是相差不大的。

3.6 流量計拆卸要求

工藝管道檢修時應(yīng)拆下流量計，然后用干凈的布把流量計兩端包好，防止污物、鐵屑等落入流量計將渦輪葉片損壞。

3.7 流量計的日常檢查

為保證渦輪流量計長期正常工作，應(yīng)加強(qiáng)儀表的運行檢查，監(jiān)測葉輪旋轉(zhuǎn)情況，如聲音異常應(yīng)及時卸下檢查傳感器內(nèi)部零件，渦輪軸承磨損嚴(yán)重或葉片損壞的，必須維修更換，并重新檢定。

3.8 流量計的日常維護(hù)

有潤滑油或清洗液注入口的傳感器，應(yīng)按要求定期注入潤滑油或清洗液，保證葉輪良好運行。在無潤滑油情況下長期連續(xù)運行，勢必造成致命磨損，阻尼力增加而導(dǎo)致運行變慢，計量結(jié)果產(chǎn)生負(fù)差并且影響使用壽命。

4 建議

為保證氣體渦輪流量計的現(xiàn)場計量性能，需要正確使用流量計，并進(jìn)一步深入研究不同介質(zhì)和壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定渦輪流量計的差異，以及影響渦輪流量計測量誤差的關(guān)鍵因素，以指導(dǎo)現(xiàn)場流量計的使用，保證流量計現(xiàn)場計量量值的準(zhǔn)確可靠。

[1] JJF 1037—2008渦輪流量計檢定規(guī)程

[2] JJG 198—1994速度式流量計檢定規(guī)程

[3] 孫延祚.從阿林頓工作會議了解超聲流量計國際標(biāo)準(zhǔn)的動向.儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計量，2002(5)

[4] 郭永琪.超聲流量計的應(yīng)用.計量技術(shù)，1994(11)

[5] AGA No.9 Measurement of Gas by Multipath Ultrasonic Meters

[6] JJF 1033—2008計量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.1.13