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流量计在天然气计量的应用研究

文章出处:未知人气:发表时间:2018-11-21 19:10:26【

通过对超声波流量计和孔板流量计各自优缺点对比、安装及维护中存在的优劣势分析以及随着社会发展在未来的应用趋势三个方面的描述,探讨了孔板流量计和超声波流量计在国内天然气计量中现阶段的应用及对未来发展趋势的预想。

天然气作为一种优质能源和化工原料,它燃烧完全,单位发热量大,燃烧后产物对环境影响小;它洁净,质优,成本较低,可用它生产多种精细化工产品和高附加值产品,以上特性是它深受用户青睐的原因,其计量也越来越被人们重视。从目前国内天然气流量计的使用情况来看,孔板流量计是目前使用范围最广一种。但随着社会经济的发展,贸易计量的精确化、规范化要求越来越受到重视,超声波流量计逐渐开始应用于天然气计量中。本文就这两种流量计各自的特点以及在未来天然气计量中的发展应用进行探讨。

一、孔板流量计

1.孔板流量计的优缺点。要了解孔板流量计的,大家应该先要清楚一个孔板流量计系统的组成及工作原理。孔板流量计有可称为差压式流量计,主要是由一次检测部件(节流部件)和二次显示仪表(差压变送器)以及相配套的压力、温度补偿装置所组成的。(见下图)


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孔板流量计的工作原理是充满管道的流体流经管道内的节流装置,在节流件附近造成局部收缩,流速增加,在其上、下游两侧产生静压力差,见节流装置原理图:

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孔板流量计是目前国内天然气计量系统中应用最为广泛的。它最主要的优点是结构简单,易于复制、性能相对稳定可靠,价格低廉且无需实流校准,安装即可投用,后期维护费用较低。另外,它的应用范围广,包括全部单相流体(液、气、蒸汽)、部分混相流,一般生产过程的管径、工作状态(温度、压力)皆可以应用;并且检测部件和显示仪表可以分开生产,便与专业化规模生产,从而降低产品价格,更加有利于孔板流量计的普及和应用

孔板流量计能够在国内比较广泛的应用,性能相对稳定,价格低廉,有较高的性价比是主要因素。但在使用过程中的缺点也很明显。

其中最为重要的一点精确度问题,孔板流量计测量介质流量的准确度和很多参数有关,以天然气流量计算公式为例从以上公式大家不难看出,最终流量值受很多参数的影响,比较重要的如流量系数、雷诺系数、气体膨胀系数等,只有这些系数均为恒定值,才能达到差压和流量之间的恒定对应关系。尤其是其中的流量系数,是一个影响因素复杂,变化范围大的重要系数。流量系数和取压点位置、雷诺系数、管道粗糙度、孔板开孔截面积与管道截面积比值、孔板入口边缘尖锐度都有关系。最终导致孔板流量计的测量精确度在流量计中只能属于中等水平,并且由于实际生产过程中这些因素错综复杂的影响,精确度难于有所提升,逐渐不能适应国内越来越市场化、规范化、高精度的天然气计量结算要求。

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其他方面,孔板流量计对天然气的洁净度有较高的要求,长期使用后可能产生腐蚀、磨损、结垢、脏污,精度难以保证,需拆下清洗、检验确认合格后才能继续使用。其次是使用孔板流量计的管道内介质压力损失较大,会增加较高的附加生产费用; 在安装方面,由于孔板流量计对前后直管段的要求较高,在管径较大的工况下使用不容易满足。另外,一般的孔板流量计都是采用法兰夹持式连接,长期使用维护后容易产生跑、冒、滴、漏的问题,增加了维护工作量

2.孔板流量计的安装。

节流装置的安装应在两段具有等直径的圆形横截面的直管段之间,也就是大家常说的流量计的前后直管段,在此中间,除了取压孔、测温孔外,无其他障碍和连接支管。这是为了保证管道内天然气流速的均匀,不会因外部的原因造成流动不稳定,从而造成流量的波动及误差。前后直管段要求一般要满足前10D4DD为管道内直径),见图1

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孔板流量计的安装还需要注意几个问题:

2.1直线度:这个一般要求的是通过目测的方式检查节流装置前后直管段是否处于同一管道中心线上。

2.2焊缝的内管壁平整:孔板流量计对前后直管段的管内清洁度有较高的要求。在管道与节流装置配对法兰焊接的过程中,应确保管道内壁没有因焊接造成的凸起。因此,在实际施工中,第一层焊缝多采用氩弧焊接,并在焊接中进行充压保护。

2.3管道圆度:这个是一个在施工中容易忽略的问题。管道可在运输、搬运、吊装的过程中产生挤压变形,这种管道作为孔板流量计的前后直管段,就可能造成误差。因此,应对管道进行检查,确认

无肉眼可识别的凹陷或变形。

 

2.4压力及温度点:压力点应安装在孔板流量计的前直管段的主管或差压变送器正压侧取压管上;而温度点最好在孔板下游侧直管段外测得,它与孔板之间的距离可等于或大于5D,但不得超过15D

 

2.5节流装置取压口的方向。在测量液体介质时

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2.6内孔板的安装应该在管道吹扫完成后安装;以上的安装注意事项都是为了最大程度上确保孔板流量计的测量准确度,减少因安装失误造成的误差。

 

二、超声波流量计

 

1.超声波流量计的优缺点。超声波流量计是近年来比较认同的一种天然气计量用流量计,具有准确度高、重复性好、量程宽、抗干扰能力强、维修工作量少、能测量双向流等优点。测量方式主要分为固定式和便携式两种形式,可用来测量不易接触、不易观察的流体流量和大管径流量。它不会改变流体的流动状态,不会产生压力损失,安装也相对比较方便。可以测量强腐蚀性介质、非导电介质、各种液体和污水的流量,应用范围较广,同时测量范围较大,从管径20mm~5m都可以使用。

 

超声波流量计是一种技术含量较高的新兴产品,它的高技术门槛就导致了制造成本很高,整体仪表价格居高不下,性价比不高,较大程度限制了它在国内的普及。另外,高技术同时也就意味着高要求、多参数,因此前期对实际工况环境参数必须有个比较准确的判断,才能确保证测量精度的稳定性。另外,超声波流量计使用前的标定也是一个需要重视的问题,对于直径小于300mm的管道,超声波流量计的标定还可以做到;对于直径大于300 mm的高压大流量管道,超声波流量计的标定就比较难办到。

 

其他方面,超声波流量计的温度测量范围不高,一般只能测量温度低于200℃的流体,前后直管段一般要求还是前10D,5D,安装上也有比较严格的要求,探头间的距离、探头插入管道的深度,这些工作中都包含了一定的不稳定性,这也会给流量测量带来一定的误差。

 

2.超声波流量计的安装。要正确安装超声波流量计,首先必须了解其工作原理。超声波流量计目前最为常用的测量方法为传播速度差法。传播速度差法又包括直接时差法、相差法和频差法,其基本原理都是测量超声波脉冲顺水流和逆水流时速度之差来反映流体的流速,从而测出流量。

 

超声波流量计安装示意图如下:

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三、超声波、孔板流量计在未来的发展

 

1.市场环境。任何行业的任何产品的更新换代,都和这个行业的标准提升、市场要求提高有着密不可分的联系。随着中国加入WTO,外资企业不断进入我国天然气市场以及引进国外天然气的可能性、天然气计量与国际接轨成为必须要面对的现实问题,其计量观念与发展趋势也将由此而发生系列变化。我国天然气计量会出现几个方面发展:

 

1.1检定方式从静态单参数向动态多参数溯源发展 。过去流量计检定方式通常采用检定静态单参数方法,如标准孔板依靠几何检定法检定孔板的8个几何静态单参数来保证流量计的准确。随着国内国外实流检定技术的成熟,天然气流量量值溯源正逐步向实流检定方向发展,即以实际天然气介质、在接近实际现场工况等条件下对流量的分参数如压力、温度、气质组分和流量总量进行动态量值溯源。

 

1.2仪表选型从单一仪表向多元化仪表发展 。目前大多数天然气化工单位的流量仪表选型比较单一,无论是外部计量还是内部计量主要都是以孔板流量计为主。但随着对流量计的研究和开发,不同的流量计有不同的特点和适应范围,流量仪表选型由此呈现从单一仪表向多元化仪表方向发展。

 

1.3计量标准由单一标准向多重标准发展 。我国天然气计量标准不断发展、丰富和完善,结合国外标准后我国流量计量标准已基本构成完整的体系,正逐步由单一标准向多重标准发展。

 

1.4计量管理从事后计量事前过程管理发展。随着市场经济的发展,人们越来越重视天然气计量,特别是贸易计量。因此,人们对天然气计量在管理观念上正发生根本性转变,不仅对现场计量器具的使用及相应人员进行管理,并从事后计量纠纷说明向加强事前仪表采购选型、安装使用、过程控制、质量监督、数据管理、实流检定的管理转变和发展。

 

2.未来发展探讨。随着与国际社会的逐渐接轨,不论是计量标准、制造工艺还是实际运用中的检定安装维护措施,要求都会随之越来越高。从目前国内的在天然气计量上的应用,还是以孔板流量计为主,相信在以后较长的一段时间内,孔板流量计仍是主要的计量仪表。其较高的性价比较为普及的制造工艺和成熟的测量技术及较为稳定的性能基本满足目前国内大多数天燃气化工企业的要求。另外,高级孔板的出现,也极大的提高了孔板流量计在拆除、清洗、更换的便捷度,更加提高了孔板流量计的应用价值。但大家也不能忽视孔板流量计测量精度有限的硬伤,这是在未来天然气贸易计量中不可忽视的问题。

 

超声波流量计的应用是国内天然气行业逐渐重视贸易计量的必然趋势,精确度高、无压力损失、维护方便都是其重要特点,同时也逐渐成为国内外贸易计量中认同度比较高一种流量计。但超声波流量计在以后较长的一段时间内很难在国内得到普及,最根本的原因就是其目前国内贸易计量体系还不是很完善,还未完全与国际的高标准、高要求接轨。而超声波流量计的制造价格不适合国内中小型工程投资运营行情。一台用于贸易结算的超声波流量计往往都是采用多组探头检测流量,这种超声波流量计的价格基本都是在几十万甚至更高,中小型天然气化工装置一般不会考虑这种造价高昂的产品,而是会采用价格更为低廉,能基本满足国内计量要求的孔板流量计。其他方面,从目前国内的工程投资情况看,项目从立项到建设再到运营,是一个重要的主线,一旦一个项目立项,设计要快,施工要快,最终达到以最快的速度开始进入运营,最快速度抢占市场。不能否认这是一种最好的融入市场的方法,但快中必然出现诸多的遗漏或是不完善,而对于超声波流量计这种对前期数据分析要求比较严苛的仪表,一个重要数据的偏差或者遗漏,就可能导致这台造价高昂的仪器仅仅是流量的一种参考而不是标准,失去存在的意义。

四、结语

 

孔板流量计在以后较长一段时间内还是会占据国内天然气计量仪表的重要位置,但随着与国际社会的接轨度越来越高,国内计量体系的逐渐完善,孔板流量计在无重大技术突破,而超声波流量计技术越来越成熟的情况下,最终会被取代,从而形成对外贸易计量使用超声波流量计,对内成本考核计量采用孔板流量的局面

 

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