靶式流量計在工程設計中的應用探討

聶海朋

摘 要：本文以某地下儲氣庫項目為背景介紹了靶式流量計在計量系統設計中的一般設計方法，包括儀表選型以及計量系統設計中靶式流量計的典型配置等。最后給出了靶式流量計在設計中選型應該注意的問題。

關鍵詞：靶式流量計；高粘度；雙向計量；選型參考

引言

靶式流量計于六十年代開始應用于工業流量測量，主要用于解決高粘度，低雷諾數流體的流量測量。它除了適用于一般的氣體、液體以及一般的蒸汽的流量測量以外，還適用于漿液介質、懸浮顆粒介質、易結晶凝結介質、臟污沉淀介質、腐蝕性介質以及高粘度介質。諸如重油、瀝清、礦漿、焦油、淬火油、有機酸、非導電流體等等，同時還具有一定的抗脈動流的能力。在石油化工界得到了廣泛應用。本文將簡單介紹靶式流量計的原理和特點，并初步探討靶式流量計在設計中的選型等。

1靶式流量計簡介

靶式流量計是進行高粘度、低雷諾數流體流量測量的一種通用性較強的新型流量測量儀表。靶式流量計與其他流量計相比較，更具獨特的優點：結構簡單，安裝維護方便，價格低廉，在檢測過程中不易堵塞和堆積臟污物。和節流裝置相比較，可省去導壓管、冷凝器、集氣器、沉降器、隔離器及噴吹系統等，減少了運行維護量。靶式流量變送器用實際介質標定時，精度可達1 ，具有靈敏度高，測量范圍寬等特點。

2靶式流量計測量原理

介質流動時，流動質點沖擊在靶上，靶的受力作用在靶桿上，使之產生微小的位移（2～3mm ），靶的受力經不繡鋼桿傳遞給壓敏電阻應變片，經應變片電橋把力轉換成與流速的平方成正比關系的電信號。

公式如下：

式中：

F：靶板所受的作用力；Q：阻尼系數；A：靶板面積

P：工況下流體密度；V：特征流速。

式中：

Qm：質量流量，kg/h

Qv：體積流量，m3/h

α：流量系數

D：測量管內徑mm

β：直徑比 ，β=d/D

d：靶板直徑，mm

靶板的受力經不銹鋼靶桿傳遞給壓敏電阻應變片，再經應變片電阻構成的惠斯登電橋把力轉換成與流速平方成正比的電信號，通過將傳感器輸出電壓△U 進行處理，可計算出流量。

3靶式流量計在設計中的選型參考

首先要了解被測對象的參數，包括介質組分，流量范圍（最大流量、最小流量、正常流量），工作壓力，溫度，黏度，管道內徑，允許壓力損失量；然后通過輔助計算把被測流體流量換算為標況下標準介質流量，再計算最大流量靶板受力Fmax及最小流量靶板受力Fmin，Fmax超過最大允許值會損壞儀表，Fmin小于最小允許值會造成分辨率不足；最后根據輔助計算得到的流量范圍，管道雷諾數、初選口徑及J3值，從產品說明書中技術參數表查得流量系數值，要求最小雷諾數大于臨界雷諾數。

4應用實例

本研究以某天然氣地下儲氣庫項目中井口注采雙向計量中選用的靶式流量計為例，淺談靶式流量計在設計中的選型。

4.1工藝要求

注氣流程：集配氣站接收注采及采鹵站來氣，通過流量計對單井氣量進行計量，計量后通過單井管線（DN80）注入到井口。

采氣流程：氣井中儲存高壓含飽和水天然氣通過單井管線（DN80）返輸至注采站，集配氣站內設壓力調節閥，可通過控制調節閥的開度調節閥后壓力，調節閥后設重力分離器，分離后的天然氣經流量計計量后至注采站。

注入氣氣源組分：氫氣0.00mol%，氮氣1.97mol%，二氧化碳0.45mol%，硫化氫0.00mol%，氧硫化碳21.21mol%，甲硫醇0.01mol%，乙硫醇0.01mol%，甲烷97.55mol%，乙烷0.03mol%

采出氣需脫水處理，處理后與注入氣組分相同。

4.2 幾種流量計的選型參考

從表1可以看出，超聲波流量計和靶式流量計是比較好的選擇，但因采出的天然氣高壓且含飽和水，應注意以下幾點：

（1）超聲波流量計在小口徑時精度很低。易受氣泡、結垢、泵及其它聲源混入的超聲雜音干擾、影響測量精度。

（2）安裝要求高，直管段要求嚴格，否則離散性差，測量精度低，安裝的不確定性，會給流量測量帶來較大誤差。測量管道因結垢，會嚴重影響測量準確度，帶來顯著的測量誤差，甚至在嚴重時儀表無流量顯示。

（3）介質含水時，影響信號的發射接收，測量數值波動大，甚至導致無法測量。特別是影響采氣測量。相同口徑的超聲波流量計比靶式流量計價格高太多。

綜上所述，地下儲氣庫項目中井口注采雙向計量中選用靶式流量計是性價比最高的流量計。

5結語

本文對氣體流量計量儀表進行了簡要介紹和對比，通過地下儲氣庫項目中的運用給出了優先選用靶式流量計的原因。在工藝參數確定后，確定流量計的選型是系統設計中重要的一個過程，合理的配置結果不僅能保證精度，還可以使投資最優化，本文給出了詳細的系統設計過程。在流量計的選型中應注意以下幾個問題：

（1）對于不同測量介質選用不同級別和形式的靶式流量計；

（2）計量回路必須考慮前后直管段和閥門安裝位置；

（3）儀表選型必須滿足精度要求；

（4）靶式流量計應采用水平安裝。如果采用垂直安裝時，介質的流向應該為由下至上流過。

參考文獻：

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[2] 王興才，王力勇，孟春.靶式流量計的原理及影響流量系數的因素[J].計測技術，2001， 21（2）：43-45.