渦輪流量計在天然氣流量測量過程中工作特性及相關要點

        對于天然氣生產企業來說，如何進行天然氣流量的精確測量是關系到企業部門經濟分析、降低運行成本的重要因素。直接影響到企業的經濟效益，倍受供需雙方關注。隨著能源供求關系的日益緊張，人們都越來越關心并尋求一種精度高，適應性強的流量計來測量天然氣流量，以維護企業的利益。本文則是從氣體渦輪流量計的原理和工作特性出發，解析了在選型、安裝、使用中應該注意的問題.并從實際應用中與旋進旋渦流量計的對比計量，分析了氣體渦輪流量計用于流量波動較大的場合的適應性，以及應注意的問題.
　　因為具有重復性好、量程比寬、精度高等特點，氣體渦輪流量計在天然氣商貿計量中占據了重要的地位。目前，正在建設中的西氣東輸工程，中小型站場就選用DN50一200mm渦輪流量計。自2001年起，我處也陸續引進了10余臺不同廠家、不同規格的氣體渦輪流量計。

　一、渦輪流量計的工作特性
　　(1)工作原理
　　渦輪流量計由渦輪流量傳感器和顯示儀表組成，是利用置于流體中的葉輪感受流體平均速度，來測量流體流量的流量計。葉輪的轉速與流量成正比，通常由殼體上固定安裝的檢測裝置測得。
　　儀表系數由流量校驗裝置得出，但要注意，測出儀表系數的校驗條件是參考條件，如果使用時偏離此條件，系數將發生變化，變化的情況視傳感器類型，管道安裝條件和流體物性參數的情況而定。
　　(2)工作特性
　　K一qv的關系曲線稱為渦輪流量計的特性曲線。理論上，K一qv關系應該是一條直線，但實際上由于在不同的流動狀態下，流體產生阻力機理不同，效果也不同，所以使特性曲線成為曲線形狀，
　儀表系數可分為二段，即線性段和非線性段。在非線性段，特性受軸承摩擦力，流體粘性阻力影響較大。當流量低于傳感器流量下限時，儀表系數隨著流量迅速變化。壓力損失與流量近似為平方關系。線性段約為工作段的三分之二，其特性與傳感器結構尺寸及流體粘性有關。隨流量的變化其儀表系數K也會有一定的變化，但變化不大，通常將其變化幅度稱為流量計的測量準確度。

　二、渦輪流量計的選型
　　根據渦輪流量計的工作特性，我們可以看出，保證渦輪流量計的高精度、高重復性以及使用中的良好穩定性，正確的選型、安裝和使用是關鍵，這點應特別引起重視。
　　渦輪流量計的特性易受介質物性和流體流動特性的影響，愈是高精確度，其影響愈敏感。例如介質臟污、結垢使葉片及通道發生變化，流量計特性亦隨之改變;軸承磨損使特性偏移等。流體流動特性有來流速度分布和流體脈動等的影響，要保持儀表校驗時的參比流動條件，其儀表系數才保持不變，否則需進行相應的修正或實行在線校準，以獲得現場實際的流量計特性。

　三、氣體渦輪流量計的安裝
　　渦輪流量計應安裝在便于維修，管道無振動、無強電磁干擾與熱輻射影響的場所。
　　(1)直管段
　　渦輪流量計對管道內流速分布畸變及旋轉流是敏感的，進人傳感器應為充分發展管流，因此要根據傳感器上游側阻流件類型配備必要的直管段或整流器。若上游側阻流件情況不明確，一般推薦上游直管段長度不小于20 D，下游直管段長度不小于5D，如安裝空間不能滿足上述要求，可在阻流件與傳感器之間安裝整流器。
　　(2)屏蔽
　　變送器的電源線采用金屬屏蔽線，接地要良好可靠。電源為直流24V, 650Ω阻抗。
　　(3)防護措施
　　變送器安裝在室外時，應有避陽光直射和防雨淋的措施。安裝渦輪流量計時，前后管道法蘭要水平，否則管道應力對流量計影響很大。并保證氣流方向與儀表外殼的箭頭方向一致，不得裝反。
　　(4)過濾
　　由于渦輪流量計對被測介質的清潔度要求較高，通過安裝過濾器以適應臟污介質，但亦會帶來壓損增大、維護量增加等副作用。

　　四、注意事項
　　(1)環境條件
　　安裝地點應選擇在避免管道振動、避免強磁場及熱輻射影響的場所。
　　(2)安裝渦輪流量計前，管道要清掃。
　　視氣流的潔凈程度而定，定期掃線清管的工藝流程，掃線清管時所用的流體流向、流量、壓力、溫度等均應符合渦流流量傳感器的規定，否則會引起精確度降低甚至損壞。
　　(3)投運前行儀表系數的設定。
　　仔細檢查，確定儀表接線無誤，接地良好，方可送電。
　　(4)拆裝流量計時，對磁感應部分不能碰撞。
　　(5)啟閉閥應盡可能平緩。
　　嚴禁傳感器在無流體的狀態下受高速流體的沖擊，以確保其準確度。

　五、氣體渦輪流量計的應用
　　我處自2001年陸續引進了Daniel, Elster, Ac-taris等幾種品牌的氣體渦輪流量計，作為與用戶計量交接的儀表，公稱通徑范圍DN50一DN 100。在長期使用中，性能穩定，具有較高的準確度。現以孟家配氣站所用的Actaris TZ型渦輪流量計與TDS型旋進旋渦流量計的比較為例進行分析。
　　(1)對比曲線
　　我處孟家配氣站ACTARIS TZ80 6250渦輪流量計與原TDS一SOB旋進旋渦流量計串接對比，自2003年5月12日安裝到6月30共49天，比對百分量如圖3所示。　　
　　由圖3可以看出，兩者的相對差基本上都高于2%，平均值為2.67%。兩類流量計的誤差特性曲線見圖4.　　
　　(2)現場情況及主要誤差因素
　　計量用戶屬性為民用氣和工業用氣，工況壓力為O.5MPa(**壓力)，此時渦輪流量計的標況流量范圍是(100一2 000) m3/h, TDS為(50一650) m3/h。僅有民用氣時，日用氣量為3 000m3左右;當加上工業用氣，日用氣量在13 000m3左右。這期間工業用氣為間斷用氣，因而用氣量波動較大，低2 300m3/d，高達18 000m3/d。因此我們可以對兩者的工作點作一個簡單的推算:
　　令工業用氣為10 000m3/d,
　　小時流量為:10 000 ÷ 24=417m3/h
　　①渦輪流量計工作點
　　民用氣低峰時，約為21%;
　　民用氣高峰時，約為44 % 。
　　②旋進旋渦流量計工作點
　　民用氣低峰時，約為64 % ;
　　民用氣高峰時，約為135%。
　　在實際應用中，用氣高峰和低峰時刻，渦輪流量計均處于可測流量區間，但高峰時流量已超過旋進旋渦輪流量計的測量上限，有相當一部分氣量未能計人，表現為渦輪流量計所計量要比旋進旋渦高出許多。所以兩者的比對百分量較高，主要是由工作點的選取和兩儀表基本誤差造成的。

　　六、結論
　　(1)渦輪流量計量程比寬，有效測量區間大，更適合流量變化較大的場合;
　　(2)氣體渦輪流量計選型時應注意長期工作點應高于20 % qmax;
　　(3)上游直管段應盡可能大于20 D ,避免旋渦流對葉輪旋轉的影響;
　　(4)在使用時應選擇外部手動潤滑油泵，即使兩軸承是永久的潤滑，并同傳動機構全密封，但氣體渦輪流量計對氣質要求高，這樣更能保持渦輪的精度和使用壽命;
　　(5)閥門開閉應盡量平緩，好采用“兩段開啟、兩段關閉”方式，防止葉輪受到流體突然沖擊而損壞;
　　(6)保持過濾器暢通，通過其入口、出口處壓力表讀數差的增大來判斷是否被雜質堵塞，及時清除，否則堵塞嚴重會降低流量;
　　(7)氣體渦輪流量計是一種靈敏度高，重復性好，量程比寬，準確度高，維護量小，具有推廣和應用價值的流量儀表。
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