用一體化定值噴嘴流量計(jì)計(jì)量天然氣流量1
用一體化定值噴嘴流量計(jì)計(jì)量天然氣流量
1.. 問題的提出
我國天然氣的使用在超高速的發(fā)展, 西氣東輸一、二、三期工程建設(shè)及境外天然氣輸氣管線的引進(jìn)力度, 天然氣用量連年翻番, 從2000年年用量約200億m3 增至2010年約1000 億m3, 據(jù)稱, 預(yù)計(jì)2020年達(dá)到4000億m3, 占能源份額約10%, 但與國際上一般為30% ~ 40%相比仍然低得多。天然氣用戶遍布全國, 輸氣管網(wǎng)及其配套流量計(jì)數(shù)量十分龐大, 終端用戶城市有工礦企業(yè)及商業(yè)、民用用戶, 情況十分復(fù)雜, 需求多種多樣。如此量大面廣的用戶, 流量計(jì)的選型就顯得特別重要, 不僅要考慮儀表計(jì)量準(zhǔn)確度等技術(shù)要求, 還要考慮儀表的維護(hù)與校驗(yàn)的成本。據(jù)國際儀表機(jī)構(gòu)綜合分析, 天然氣輸氣管線流量儀表應(yīng)為三大主力儀表: 孔板流量計(jì)、渦輪流量計(jì)和氣體超聲流量計(jì)。理論分析和實(shí)踐證明, 這三種儀表各項(xiàng)性能指標(biāo)各有優(yōu)劣, 本文試圖通過孔板流量計(jì)、渦輪流量計(jì)儀表性能指標(biāo)的比較, 根據(jù)GB /T 18603.. 2001 ..天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求.., 提出天然氣流量計(jì)量儀表若干選型原則, 結(jié)合我國國情向用戶推薦用一體化定值噴嘴流量計(jì)測量天然氣流量。
2.. 歷史的回顧
長期以來, 孔板流量計(jì)為天然氣輸氣管線上的主要流量計(jì), 20世紀(jì)70年代后渦輪流量計(jì)成為僅次于孔板流量計(jì)的主力儀表, 只是在本世紀(jì)初氣體超聲流量計(jì)才在國際上推廣。孔板、渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范已經(jīng)成熟, 而氣體超聲流量計(jì)的國際標(biāo)準(zhǔn)尚在擬議中。由此可見, 我國天然氣流量計(jì)量應(yīng)該選用孔板和渦輪作為主要儀表。孔板流量計(jì)在天然氣流量測量中的應(yīng)用已有一百多年歷史, 可以不夸張地說, 正是天然氣流量測量才使孔板流量計(jì)達(dá)到今天的技術(shù)成熟, 標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范豐富, 奠定了作為大類流量計(jì)的地位。20 世紀(jì)70年代以前孔板流量計(jì)已發(fā)展為標(biāo)準(zhǔn)型流量計(jì), 其特點(diǎn)有三: ( 1) 結(jié)構(gòu)形式和技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)化; ( 2) 標(biāo)準(zhǔn)給出節(jié)流件的流出系數(shù)和可膨脹性系數(shù)及計(jì)算公式; ( 3) 現(xiàn)場影響量的試驗(yàn)廣泛深入, 是國際上通用的。正是借助這些特點(diǎn)引出二大使用特性: ( 1 ) 節(jié)流件無須實(shí)流校準(zhǔn), 可根據(jù)節(jié)流件結(jié)構(gòu)形狀、技術(shù)要求、流體特性求得流量與信號(hào)的關(guān)系及其測量不確定度; ( 2) 流量計(jì)投用現(xiàn)場后, 如果使用條件偏離標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定, 可利用影響量試驗(yàn)研究資料進(jìn)行修正(或補(bǔ)償)。孔板流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置品種, 其標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范在ISO 5167: 2003 ( E ) 及AGAN03 (HN SI/API2530) 中詳細(xì)列舉, 在全部流量計(jì)中它的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范是、最完善的。目前其它已有國際標(biāo)準(zhǔn)的流量計(jì), 如渦輪、電磁、渦街、質(zhì)量等, 都沒有上述三個(gè)特點(diǎn), 因此, 亦不具有二大使用特性。近年( 20世紀(jì)90年代后) , 由于
電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、新材料、新工藝的突破性進(jìn)展, 新型流量計(jì)( 渦輪、渦街、電磁、超聲、質(zhì)量) 有長足發(fā)展, 在市場激烈競爭中, 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流式流量計(jì)*不斷下降, 此類流量計(jì)缺點(diǎn)成為人們評(píng)價(jià)重點(diǎn), 如測量準(zhǔn)確度不高、范圍度窄、壓損大、安裝條件苛刻、故障多等等, 使標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流式流量計(jì)似有被邊緣化的危險(xiǎn)。針對(duì)上述缺點(diǎn), 技術(shù)工作者經(jīng)過長期的改進(jìn)與創(chuàng)新, 并借助二次儀表(差壓變送器和流量計(jì)算機(jī)) 的突破性進(jìn)展, 使全套標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流式流量計(jì)性能煥然一新, 如準(zhǔn)確度可以滿足GB /T 18603.. 2001 ..天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求.. A 級(jí)( 1..0 ) 和GB 17167.. 2006 ..用能單位能源計(jì)量器具配備和管理通則.. 天然氣( 2..0) 的規(guī)定, 量程比達(dá)10.. 1 或更寬; 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新為一體化, 消除安裝瓶頸, 故障大幅下降; 壓損大應(yīng)考慮除孔板外的噴嘴或文丘里管等節(jié)流件等。已有業(yè)內(nèi)人士建議應(yīng)重新審視此類流量計(jì), 給予其正確的評(píng)價(jià); 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流式差壓流量計(jì)應(yīng)重新恢復(fù)其*的地位。
在美國和歐洲渦輪流量計(jì)是僅次于孔板流量計(jì)占第二位的天然氣流量計(jì), 渦輪流量計(jì)的主要特點(diǎn)為: 高準(zhǔn)確度, 一般為.. 1% R ~ .. 1..5% R, 特殊專用的為.. 0..5% R ~ .. 1..0% R, 高重復(fù)性, 短期重復(fù)性可達(dá).. 0..05% ~ .. 0..2% , 正是由于良好的重復(fù)性, 若經(jīng)常校準(zhǔn)或在線校準(zhǔn), 可得高準(zhǔn)確度, 是貿(mào)易交接優(yōu)先選用的流量計(jì); 輸出為脈沖信號(hào), 適于總量計(jì)量及與計(jì)算機(jī)連接, 無零點(diǎn)漂移, 抗力強(qiáng), 信號(hào)分辨力強(qiáng)(頻率達(dá)3kH z~ 4kH z) , 量程比寬, 中大口徑40.. 1~ 10.. 1, 小口徑6.. 1 ~ 5.. 1。結(jié)構(gòu)緊湊輕巧, 安裝維護(hù)方便, 流通能力大。應(yīng)該指出, 上述優(yōu)良特性只在實(shí)驗(yàn)室參比工作條件下方能維持。在現(xiàn)場渦輪流量計(jì)是一種易受現(xiàn)場影響量干擾的流量計(jì), 現(xiàn)場影響量主要為二項(xiàng): 流動(dòng)特性和流體物性。流體流動(dòng)特性影響主要是流體受管道配件(阻流件) 干擾而引起的速度分布畸變和渦流等, 其它為非定常流干擾(脈動(dòng)流等)。流體物性又分為流體物性(物理性質(zhì)) 和流體性狀, 流體物性主要影響因素為密度和粘度, 對(duì)于天然氣應(yīng)特別注意密度的變化, 密度影響在低流量區(qū)域較大, 若密度低(壓力下降), 下限流量升高, 亦即范圍度變窄, 線性度變差。在常壓空氣中校準(zhǔn)的渦輪流量計(jì)應(yīng)通過相關(guān)公式進(jìn)行換算。流體性狀指腐蝕、積垢、臟污、凍結(jié)、相變、混相等, 它會(huì)改變管道壁粗糙度、流通面積、渦輪葉片及通道狀況, 流量計(jì)特性隨之改變, 不再維持實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)的特性, 給流量計(jì)的正常工作帶來惡劣影響, 一般應(yīng)增設(shè)過濾器, 周期檢查及校準(zhǔn)等才能正常工作。應(yīng)該指出我國天然氣流量計(jì)量儀表數(shù)量十分龐大, 需要定期檢定的儀表以數(shù)萬臺(tái)計(jì), 而我國天然氣實(shí)流標(biāo)準(zhǔn)裝置每年可標(biāo)定的儀表僅在1000臺(tái)左右, 遠(yuǎn)不能滿足需求( 儀表用戶常為送檢儀表奔波而苦惱! )。因此, 保證每臺(tái)儀表的正常校準(zhǔn)是一個(gè)現(xiàn)實(shí)又迫切的問題。
渦輪流量計(jì)作為通用型流量計(jì)其發(fā)展歷史約半個(gè)世紀(jì), 在天然氣計(jì)量領(lǐng)域?yàn)榉ǘㄓ?jì)量器具, 具有完備的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。以下介紹國際上主要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范: ( 1) ISO 9951 ..封閉管道氣體流量測量.. .. .. 渦輪流量計(jì).. 1993 年版。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定儀表結(jié)構(gòu)、壓力測試、流量特性、讀數(shù)裝置、現(xiàn)場校準(zhǔn)、壓力損失、管道布置等, 它使各國產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)協(xié)調(diào)一致, 標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定干擾試驗(yàn)以適應(yīng)現(xiàn)場安裝的要求, 儀表可在很短直管段( 2D ) 下安裝, 為此各國產(chǎn)品皆設(shè)計(jì)專用整流器與儀表殼體組成一體, 是有特色的部件。( 2) PrEN12261
..氣體渦輪流量計(jì).. 為歐洲標(biāo)準(zhǔn), 由CEN /TC237技術(shù)協(xié)會(huì)制定, CEN 成員國的法定標(biāo)準(zhǔn)。PrEN12261 和ISO 9951差別為對(duì)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定, 并且對(duì)測試的參數(shù)提出明確的測試工具和方法, 對(duì)儀表安全特性亦有詳細(xì)規(guī)定, 如強(qiáng)度測試、密封性測試、扭矩
測試、抗沖擊測試、抗紫外線和腐蝕測試等。PrEN12261是歐洲*的制造工業(yè)及天然氣公司多年對(duì)渦輪流量計(jì)制造和應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。( 3) AGAN07 報(bào)告..渦輪流量計(jì)測量燃?xì)?. 1980年頒布。AGAN07 是一份技術(shù)報(bào)告, 其內(nèi)容非常豐富, 是美國20世紀(jì)60~ 70年代氣體渦輪流量計(jì)研發(fā)與應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。
上述三份文件基本代表氣體渦輪流量計(jì)現(xiàn)代制造與使用的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。
由上述孔板流量計(jì)和渦輪流量計(jì)的簡述中我們可發(fā)現(xiàn)它們有以下一些差別。
( 1) 孔板流量計(jì)具有流量儀表標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件的三項(xiàng)特征, 因此, 其結(jié)構(gòu)及應(yīng)用是通用的。渦輪流量計(jì)不是標(biāo)準(zhǔn)檢測件, 產(chǎn)品性能隨企業(yè)而異, 由此孔板流量計(jì)的二大使用特性渦輪流量計(jì)并不具備。渦輪流量計(jì)必須逐臺(tái)校準(zhǔn)以得到儀表系數(shù), 現(xiàn)場影響量的
修正, 孔板流量計(jì)可采用流量界積累的豐富資料, 而渦輪流量計(jì)只能依靠個(gè)別企業(yè)指導(dǎo)文件進(jìn)行, 兩者的差別不可同日而語。
( 2) 孔板流量計(jì)在測量準(zhǔn)確度、范圍度、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝等方面已有突破性進(jìn)展, 可以滿足GB /T 18603.. 2001和GB 17167.. 2006等國家法定規(guī)定的要求。因渦輪流量計(jì)的儀表特性是在有條件場所才能保證, 一般而言, 在輸配氣(門) 站配備專用設(shè)備和專業(yè)人員來滿足其要求, 而普通用戶不具備這些條件, 定期的維護(hù)和檢定亦存在實(shí)際困難。
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