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影响气体涡轮流量计测量精度的因素及措施

发布时间:2021-03-30 04:47:40  点击次数:533次
气体涡轮流量计结构简单,采用涡轮原理进行测量,量程比可高达40∶1,精度在±0.5%以内,惯性小。尺寸小的气体涡轮流量计的时间常数可达0.01 s,广泛应用于石油、天然气行业中。
 
1、气体涡轮流量计的工作原理
当气体进入流量计时,首先通过特殊结构的前导使流体加速。在流体的作用下,由于涡轮叶片与流体流向成一定角度,此时涡轮产生转动力矩,在克服阻力矩后开始转动。当诸力矩达到平衡,转速恒定,涡轮转动角速度与流量成线性关系。利用电磁感应原理,通过旋转的涡轮驱动信号发生器顶端导磁体周期性地改变磁阻,使磁场也相应发生变化,从而在线圈两端感应出与流体体积流量成正比的脉冲信号。该信号经前置放大器放大、整形后与压力传感器、温度传感器检测到的压力、温度信号同时输入到流量积算仪进行计算处理,直接显示出标准状态(20 ℃,101.325 kPa)的瞬时体积流量和累计体积。
 
2、测量精度的影响因素及措施
 
2.1  流量计的选型
流量计的选型直接影响其测量精度。应根据使用条件及测量介质的特性选择合适量程比、精度等级、公称直径、工作压力的气体涡轮流量计,实现流量的温度、压力补偿和压缩因子修正。不同精度等级的气体涡轮流量计的测量相对误差见表1,表1中qmin为流量计测量范围内的最小流量,qmax为流量计测量范围内的最大流量。精度等级为1.5、1.0级的气体涡轮流量计参数分别见表2、3。
表1   不同精度等级的气体涡轮流量计的测量相对误差
表2   精度等级为1.5级的气体涡轮流量计参数
表3   精度等级为1.0级的气体涡轮流量计参数
 
2.2  流量计的安装
流量计的安装方式对其测量精度也有影响。流量计对安装点的上下游直管段有一定的要求,否则会影响测量精度。
气体涡轮流量计必须水平安装在等径直管道上,管道倾斜度必须控制在5°以内,安装时流量计轴线应与管道轴线同心,流向要一致。气体涡轮流量计的上游管道应为长度不小于10D(D为管道内直径)的等径直管段,下游管道应为长度不小于5D的等径直管段;若流量计安装点的上游有渐缩管,流量计上游管道应为长度不小于15D的等径直管段,下游管道应为长度不小于5D的等径直管段;若流量计安装点的上游有渐扩管,流量计上游管道应为长度不小于18D的等径直管段,下游管道应为长度不小于5D的等径直管段;若流量计安装点上游在同一水平面内有90°弯头,流量计上游应有长度不小于20D的等径直管段,下游应有不小于5D的等径直管段。
 
2.3  流量计的磨损
在气体涡轮流量计中,涡轮高速转动,叶片及轴承容易磨损,需要定期校验,其润滑十分重要。应加强流量计的管理维护,及时给流量计补充润滑油,减小流量计的磨损,提高测量精度。
 
2.4  天然气的洁净度
天然气无润滑性,若含有少量油污和固体颗粒物,容易造成轴承磨损及叶轮卡住,从而影响测量精度。应提高天然气的洁净度,可通过过滤、脱硫、脱水,除去天然气中的固体颗粒物、油污、水分及腐蚀性成分。
 
2.5  流体的脉动效应
流量计参比条件下的精度是基于定常流,定常流是在测量管段中流量不随时间而变化的一种流动状态。实际上所有的管道内流动都是不稳定的,无论层流状态还是湍流状态,总存在各种干扰。天然气计量过程中其压力、速度等会不停地发生变化,从而产生脉动效应。天然气计量末端一般为用户,脉动效应多由旋转式或往复式压缩机、鼓风机的运行产生。同时管道中流体的共振和流量控制设备的周期振荡,例如控制阀的振荡,也是脉动效应的主要起因。导致涡轮流量计产生误差的主要因素是脉动流的频率(简称脉动频率),脉动频率越小,结果越接近真值;脉动频率越大,结果误差越大。脉动流出现时,流量计显示的流速往往远大于真实流速,出现正误差,相对误差最大可达50%。
脉动流出现的原因主要有:①管路中存在阻流件,包括调压装置、过滤装置、弯头、阀门等。②下游用户用气量波动,且未设置储气调峰设施,造成天然气流量忽大忽小,容易形成脉动流。③流体压力过低、流速过快均会导致流体流态不稳。④流量计表面不清洁,天然气中含液体均会造成气流脉动。⑤天然气中含有杂质,影响气体流态,特别是过滤装置、整流装置被杂质堵塞后,易形成脉动流。
为减小脉动效应对计量精度的影响,应减少甚至避免计量装置前的任何阻流件,在条件许可的情况下,避免上游节流、调压,需要在上游节流、调压时,要延长上游直管段长度,并在离流量计尽可能远的地方进行节流、调压。尽量避免低压供气,保证天然气气质符合要求,不含粉尘、油污、水等杂质,在气质没有保证的情况下,设计时应该相应提高技术标准。配置合适的低通滤波器将脉动阻尼掉,可设置缓冲罐,使残存的脉动不足以影响流量计量或只对流量计量造成很小的误差。
 
3   治理实例
云南某CNG加气站于2016年8月正式投运,使用精度等级为1.0级的QWLJ-100气体涡轮流量计。气体涡轮流量计安装在同一水平面的等径直管道上,其前端设置燃气过滤器、调压器,后端设置缓冲罐、止回阀、压缩机。投运初期,气体涡轮流量计测得的累计量远大于售气累计量,天然气输差率高达8%。多方面进行原因查找,比如通过气源取样分析,发现气源质量稳定;对流量计重新检定,检定结果显示流量计准确;进行工艺管道及设备泄漏排查,均未发现漏点。在压缩机运行过程中听到气流一股一股哧哧变化的声音,初步判断为缓冲罐入口管道上的止回阀(H41X型)振动,从而引起管道一同振动,且振动剧烈。查阅相关资料后,判定在压缩机运行时产生了脉动流,即产生了脉动效应,导致测量精度降低。通过更换另一型号的止回阀(H44X型),发现气体涡轮流量计计量的累计量与售气累计量差距大幅缩小,输差率由8%下降到了1.48%,效果明显。
 
4   结语
影响气体涡轮流量计测量精度的因素很多。做好流量计的选型、安装、维护,提高天然气的洁净度,合理进行设备配置,避免脉动效应的发生,可提高气体涡轮流量计的测量精度。