氣體流量計應用情況分析

楊程　（大慶油田有限責任公司第一采油廠）

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氣體流量計應用情況分析

楊程（大慶油田有限責任公司第一采油廠）

大慶油田目前用于計量天然氣的儀表主要是差壓式孔板流量計和旋進旋渦流量計。通過對儀表檢定過程中產生的誤差原因及使用過程中出現的故障進行分析，提出在使用過程中對這2種儀表進行維護和保養的方法，使其誤差和故障率降到最低，達到準確計量，節約維修成本的目的。

氣體流量計；應用；分析

油田早期用于天然氣計量的儀表主要是差壓式流量計（又叫孔板流量計），但是由于受到其測量精度及現場安裝條件的限制，目前采油一廠DN200以下管線絕大部分已經更換為旋進旋渦流量計。隨著使用時間及環境的不同，流量計會出現不同類型的故障，從而影響到計量的準確性。儀表維修工通過日常的檢定與維修，對經常出現的一些問題和故障現象進行了總結歸納，并提出了預防措施和解決辦法，也為日常的使用維護提出了一些建議。

1　旋進旋渦流量計

1.1工作原理

當流體通過由旋渦形葉片組成的漩渦發生器后，流體被迫繞著發生體軸劇烈旋轉，形成旋渦。當流體進入擴散段時，旋渦流受到回流的作用，開始作二次旋轉，形成陀螺式的渦流進動現象。該進動頻率與流量大小成正比，不受流體物理性質和密度的影響。檢測元件測得流體二次旋轉進動頻率，就得到了流量。流量計的儀表系數在一定的結構參數和規定的雷諾數范圍內與流體的溫度、壓力、組分和物性（密度、黏度）無關［1］。

1.2結構特點

1）可依據被檢測介質的溫度與壓力進行自動補償修正，能直接檢測出氣體的標準體積流量。

2）沒有機械可拆動元件，不容易被腐蝕、穩定性好，有較高的可靠性。

3）采用微處理器和集成芯片，運算精度高。

4）采用微功耗技術，功耗低，既能用內電池長期供電運行，又可由外電源供電運行。

5）兩線制或三線制4～20 mA標準電流信號輸出和脈沖輸出。

1.3注意事項

1）安裝流量計前應將管道內的雜物、焊渣、粉塵清理干凈。

2）安裝時流體的流向應與殼體所標箭頭方向一致。

3）當管線較長或者距離振動源較近時，需要在流量計的上、下游安裝支撐件，以消除管線因振動產生的影響。

4）為了便于維修，不影響流體正常輸送，應設置旁通管道，前直管段不小于5D，后直管段不小于2D。

5）當被檢測氣體中含有較大顆粒物或較長纖維雜物時，必須安裝過濾裝置。

6）流量計可以豎直安裝，也可以任意角度傾斜安裝。

7）當流量計在室外安裝時，上部要有遮蓋物，避免雨水滲入或烈日暴曬而影響流量計的使用壽命。

8）流量計周邊不應有強磁場干擾或強烈的機械振動。

9）流量計外殼需可靠接地，但不得與強電系統地線共用。

10）管線試壓時，應注意智能型流量計所配制壓力傳感器的壓力測量范圍，以免過壓損壞壓力傳感器。

1.4常見故障及處理措施

現對2012年以來旋進旋渦流量計經常出現的故障現象進行了總結歸納，由表1可知：

表1　旋進旋渦流量計常見故障處理

1）傳感器、前置放大器、電流模塊損壞各發生過9次、7次、8次，屬于儀表元件的正常損耗，更換相應配件即可。

2）管道無介質流量或流量低于下限值故障發生6次。此類故障原因是自耗氣表夏天使用時由于用氣量過小，低于儀表本身測量的下限值，因此表頭無流量顯示，此時只要打開排空閥人為加大氣量，觀察儀表是否正常工作即可判定是不是儀表本身故障。

3）表體內有積水或其它雜物故障出現3次。此故障是由于被測氣體內含有積水，經過長期積累后會淹沒流量傳感器，導致其不能正常工作，或者是氣體內含有較大固體雜物卡在旋渦發生體處，造成儀表故障。此時應將表拆下，放掉管道內積水，并檢查排除堵塞異物。

4）流量計系數輸入不正確。此故障發生5次，是由于使用單位為了完成輸氣任務或者其他原因，人為修改了儀表系數，以達到提高或降低氣量的目的。此類故障需將儀表標定后重新輸入儀表系數。

5）供電電源保險壞或線路損壞。此故障發生6次，主要是由于在拆裝儀表過程中未切斷電源，或者在拆線過程中強拉硬拽導致電纜破皮與表體外殼接觸造成短路或保險燒壞。建議在拆裝儀表過程中要先斷電，并做好接線標記以免安裝時接錯線，在抽出電纜時要邊送邊輕拽，以免電纜刮破皮導致短路。

2　差壓式流量計

2.1測量原理

充滿管道中的流體，當其流經管道內的節流部件時，流速會在節流部件處形成局部收縮，因而產生流速增快，靜壓力降低的現象，于是在節流部件前后便產生了壓力差。流體的流量越大，產生的壓力差越大，通過這種關系可依據壓力差的大小來衡量流量大小。這種測量流體流量大小的方法是以流動連續方程（質量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）為基礎的。壓差的大小不僅與流量有關，還與其他諸多因素有關。例如，當節流部件的形式或管道內流體的物理性質（密度、黏度）不同時，在相同大小的流量下產生的壓差也是不相同的［2］。

2.2優點

1） 應用最普遍的節流部件標準孔板結構易于制作，簡便，牢固，性能穩定，使用壽命長，價格較低。

2） 應用范圍非常廣泛，所有的單相流體，包括液、氣、蒸汽均可以進行測量，部分混相流體，例如氣固、氣液、液固等也可測量，一般生產過程中的管徑、工作狀態（壓力、溫度）都有相應產品。

3）檢測部件與差壓顯示儀表部分可以分別通過不同生產廠家生產，便于專業化形成規模經濟生產，它們的結合通用并且靈活方便。

4）檢測部件是標準型的，在全世界范圍內通用，自20世紀30年代以來，由國際標準化組織確定之后再沒有進行改變，其相關研究資料及生產實踐經驗的積累及其豐富，它涉及的使用范圍沒有其它任何一種流量計可以比擬［3］。

2.3缺點

1）測量的重復性較低、精確度一般，由于諸多因素錯綜復雜，對其產生影響，精確度很難提升［3］。

2）測量范圍較窄，由于儀表信號強度（差壓）與流量大小之間為平方關系，一般范圍度僅為3∶1到4∶1。

3）流量計對現場安裝條件要求較高，安裝位置前的直管段距離需不小于10D，之后的直管段距離不小于5D，通常施工安裝中比較難滿足。

4）檢測部件與差壓顯示儀間的引壓管線為比較薄弱的環節，容易產生堵塞、凍結、泄露一級信號失真等故障。

5）管道內的流體壓力損失較大。

2.4安裝及使用

差壓式流量計在安裝使用過程中要注意，節流件安裝方向，必須使流體從節流件的上游端面流向節流件的下游端面［4］；隨著使用條件的變化，如溫度、壓力或被測介質的物性參數的變化，也會帶來測量誤差，因此首先要將流量儀表安裝于被測流體束穩定的位置，操作員要及時讀取工藝參數，對儀表進行校核或采取相應措施，如更換節流部件，調節差壓變送器量程等等；檢測件在長期運行后，會產生堵塞、結垢、磨損、腐蝕等現象，造成幾何形狀及尺寸的變化，帶來附加誤差。因此，需定期檢查檢測件。

3　結束語

對旋進旋渦流量計與差壓式流量計2種測量儀表，在日常生產使用過程中經常出現的故障及需注意的問題進行了歸納總結，只要在平時的使用過程中加強維護保養，細心操作，有很多故障問題是完全可以避免的。比如不斷電拆線導致的短路，接線錯誤造成的配件損壞，在安拆儀表過程中強拉硬拽造成的電纜破皮短路等等，這些都是人為因素導致的故障。在今后工作中，從事儀表維護的工作人員應立足本職工作，加強責任意識，確保儀表系統安全、準確、平穩運行。

［1］陸德民，張振基，黃步余.石油化工自動控制設計手冊［M］.第3版.北京：化學工業出版社，2011：77-83.

［2］朱文斌.新型差壓式流量計的研究［D］.杭州：浙江大學，2007.

［3］鄧茂煥.節流式差壓流量計的發展和現狀［J］.工業計量，2002（6）：30-32.

［4］石油工程建設專業標委會.石油天然氣建設工程施工質量驗收規范自動化儀表工程：SY 4205—2007［S］.北京：石油工業出版社，2008：5-15.

（編輯賈洪來）

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.05.017

楊程，2011年畢業于東北石油大學（自動化專業），從事地面工程、規劃設計管理工作，E-mail：314854998@qq.com，地址：大慶油田采油一廠規劃設計研究所，163000。

2016-01-24