對(duì)天然氣流量計(jì)的初探與建議

摘 要:本文主要對(duì)天然氣流量計(jì)的策略原理及特征、天然氣流量計(jì)的幾點(diǎn)建議進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞:天然氣流量計(jì)經(jīng)濟(jì)效益建議

中圖分類號(hào):TE0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)05(a)-0076-01

1 引言

縱觀世界能源近一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，在20世紀(jì)20年代是煤炭的高峰期，70～90年代石油接替煤炭，到21世紀(jì)早期天然氣將逐步代替石油，其原因是近20年來石油產(chǎn)量上升緩慢，而天然氣卻高速增長(zhǎng)，1970～ 1996年世界天然氣年產(chǎn)量翻了一番還多[1]，而石油產(chǎn)量基本維持不變。據(jù)稱世界仍蘊(yùn)藏極豐富的天然氣資源，它為天然氣工業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)天然氣流量計(jì)量也具有了十分重要的地位。因此，筆者認(rèn)為，應(yīng)該對(duì)天然氣流量計(jì)進(jìn)行充分地認(rèn)識(shí)及把握，在此基礎(chǔ)上給出天然氣流量計(jì)使用建議。

2 流量計(jì)測(cè)量原理及特征

我們知道，天然氣流量計(jì)主要包括孔板流量計(jì)及氣體渦輪流量計(jì)。下面主要根據(jù)如上兩種流量計(jì)進(jìn)行原理及特征的介紹。

2.1 孔板流量計(jì)

2.1.1 測(cè)量原理

孔板流量計(jì)主要由如下兩個(gè)方面組成:孔板節(jié)流裝置(主要產(chǎn)生壓力差，又稱一次裝置);壓力計(jì)、差壓計(jì)、溫度計(jì)以及相關(guān)參數(shù)儀器儀表加信號(hào)引線等組成(上面幾個(gè)部分總稱為二次檢測(cè)儀表)。

由上面的組成可知，孔板流量計(jì)屬于一種差壓式流量計(jì)。當(dāng)天然氣氣流流經(jīng)管道中的孔板時(shí)，氣流流速將會(huì)在孔板處形成局部收縮，這樣就會(huì)使得氣流流速增大，靜壓力由此而降低，在孔板前后產(chǎn)生極微小的靜壓力差(差壓)。流體的流過孔板的速度越快，那么孔板前后所產(chǎn)生的差壓也隨之增大。這樣，就可以通過測(cè)量差壓來間接測(cè)量天然氣流量的大小[2]。

2.1.2 特征

目前，孔板流量計(jì)為使用較多的天然氣流量計(jì)，它是這樣的一種天然氣流量計(jì)，即它可以通過測(cè)量孔板前后的差壓來計(jì)量天然氣氣體流量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，石油天然氣行業(yè)采用孔板流量計(jì)作為貿(mào)易計(jì)量的約為95%以上，且多為國(guó)產(chǎn)表。根據(jù)孔板流量計(jì)自身的組成特點(diǎn)，其既存在著優(yōu)點(diǎn)，又存在著缺點(diǎn)。

(1)優(yōu)點(diǎn):①孔板流量計(jì)適用于大口徑管道的計(jì)量;②結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于安裝;③不存在可動(dòng)部件，氣體的氣密性良好;④應(yīng)用歷史較長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最為全面，所規(guī)定的使用標(biāo)準(zhǔn)最為全面;⑤造價(jià)便宜。

(2)缺點(diǎn):①測(cè)量范圍有限;②安裝條件成為影響流量計(jì)準(zhǔn)確度的限制因素;③壓力損失較大(一般為40%左右);④不能直接的進(jìn)行讀數(shù)，使用起來極為不便。

2.2 氣體渦輪流量計(jì)

2.2.1 測(cè)量原理[3]

當(dāng)天然氣進(jìn)入渦輪流量計(jì)時(shí)，首先需要經(jīng)過特殊結(jié)構(gòu)的前導(dǎo)流體并使天然氣流體加速。在這樣的條件下，因?yàn)闅怏w渦輪葉片跟流體流動(dòng)的方向成一定的角度(0°＜α＜90°)，這就使得氣流對(duì)渦輪產(chǎn)生力矩的作用，從而帶動(dòng)了渦輪的旋轉(zhuǎn)、運(yùn)動(dòng)。當(dāng)各種動(dòng)力矩達(dá)到平衡之后，渦輪的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能處于穩(wěn)定的狀態(tài)。經(jīng)過計(jì)算可知，渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度(ω)與氣體流量成線性關(guān)系。

關(guān)于渦輪流量計(jì)的流量計(jì)算，可以用如下公式表示:

Qv=F/k。

上式中:Qv—— 工作狀態(tài)下氣體的流量(m3/h);

F—— 渦輪單位時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)的次數(shù)，即頻率(Hz);

k—— 渦輪機(jī)流量計(jì)儀表的脈沖數(shù)(1/m3)。

2.2.2 特點(diǎn)

同樣地，氣體渦輪機(jī)既存在優(yōu)點(diǎn)，亦存在缺點(diǎn)。

(1)優(yōu)點(diǎn):①精確度較高，在1.0%左右;②重復(fù)性好，短期可以達(dá)到0.1%左右;③輸出信號(hào)為脈沖頻率信號(hào)，適合在總量計(jì)算以及與計(jì)算機(jī)相接，抗擾力強(qiáng);④口徑范圍較寬，可達(dá)40∶1～10∶1;⑤結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝及維護(hù)較為方便。

(2)缺點(diǎn):①渦輪流量計(jì)的特性易受外界因素之影響，如介質(zhì)物質(zhì)性以及氣體流體流動(dòng)性;②渦輪流量計(jì)的軸承易發(fā)生磨損導(dǎo)致特性偏移;③渦輪流量計(jì)需要經(jīng)常性地進(jìn)行在線校準(zhǔn)。

3 對(duì)天然氣流量計(jì)的幾點(diǎn)建議

無論是孔板流量計(jì)，還是氣體渦輪流量計(jì)，均易受到溫度(包括介質(zhì)溫度及環(huán)境溫度)、壓力的影響。因此，需要克服這幾個(gè)方面的影響，這樣才能夠使天然氣流量計(jì)得以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化管理。具體而言，可以總結(jié)如下幾個(gè)方面:

(1)對(duì)于現(xiàn)存的的無壓力、無溫度補(bǔ)償?shù)奶烊粴饬髁坑?jì)，應(yīng)該對(duì)其入口的介質(zhì)壓力及溫度，盡可能實(shí)現(xiàn)入口介質(zhì)壓力及介質(zhì)溫度實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化;

(2)當(dāng)天然氣管道內(nèi)的氣體流量較大時(shí)，應(yīng)該加壓力以及溫度修正之功能;

(3)對(duì)于較為特殊的流量計(jì)(如氣流流量較大的流量計(jì))而言，其安裝使用環(huán)境應(yīng)該達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是需要注意控制外部環(huán)境溫度，盡量避免在過高或者過低的溫度條件下使用[4];

(4)應(yīng)該盡量避免在流量計(jì)安裝及使用過程中而產(chǎn)生的誤差，如流量計(jì)節(jié)流裝置本身存在的誤差、流量計(jì)閥產(chǎn)生的誤差、直管段產(chǎn)生的誤差、儀表現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)而產(chǎn)生的誤差、工藝狀況引起的誤差以及天然氣氣質(zhì)產(chǎn)生的誤差等方面。

(5)相關(guān)流量計(jì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和檢定規(guī)程中應(yīng)增加對(duì)智能流量計(jì)溫度、壓力測(cè)量性能評(píng)價(jià)規(guī)范[5]。

4 結(jié)語

綜上所述可知，當(dāng)前時(shí)期下天然氣流量計(jì)既存在著優(yōu)點(diǎn)，也存在著一些缺點(diǎn)。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)地不斷發(fā)展、天然氣生產(chǎn)規(guī)模地不斷加大以及各種補(bǔ)償措施的不斷完善，對(duì)于天然氣計(jì)量的準(zhǔn)確度的要求日益加大，天然氣計(jì)量涉及的領(lǐng)域不能僅僅局限于氣流流量之領(lǐng)域，而是一門綜合性的知識(shí)，如涉及溫度、壓力、電學(xué)甚至是光學(xué)等多個(gè)計(jì)量領(lǐng)域。因此，需要加強(qiáng)天然氣流量計(jì)的優(yōu)化管理，以更好地為天然氣生產(chǎn)服務(wù)。

天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)能源和化工原料其計(jì)量越來越被人們關(guān)注，尤其國(guó)際間對(duì)貿(mào)易天然氣的計(jì)量十分重視。計(jì)量管理從事后計(jì)量糾紛解釋向事前過程管理發(fā)展。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們?cè)絹碓街匾曁烊粴庥?jì)量，特別是貿(mào)易計(jì)量。因此，人們對(duì)天然氣計(jì)量在管理觀念上正發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變，不僅對(duì)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量器具的使用及相應(yīng)人員進(jìn)行管理，并從事后計(jì)量糾紛解釋向加強(qiáng)事前儀表采購(gòu)選型、安裝使用、過程控制、質(zhì)量監(jiān)督、數(shù)據(jù)管理、實(shí)流檢定的管理轉(zhuǎn)變和發(fā)展。我國(guó)天然氣計(jì)量將向以下兩個(gè)方面發(fā)展:(1)計(jì)量方式向自動(dòng)化、智能化、遠(yuǎn)程化計(jì)量方式發(fā)展。天然氣計(jì)量已逐步向在線實(shí)時(shí)、智能靠近，同時(shí)依靠網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程化通訊、控制和管理，如scADA系統(tǒng)的應(yīng)用和智能渦輪流量計(jì)智能系統(tǒng)(2)檢定方式、量值溯源從靜態(tài)單參數(shù)向動(dòng)態(tài)多參數(shù)溯源發(fā)展。過去流量計(jì)檢定方式通常采用檢定靜態(tài)單參數(shù)方法，如標(biāo)準(zhǔn)孑L板依靠幾何檢定法檢定孔板的8個(gè)幾何靜態(tài)單參數(shù)來保證流量計(jì)的準(zhǔn)確。隨著國(guó)內(nèi)國(guó)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?qū)嵙鳈z定方向發(fā)展 。

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