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技術(shù)文章
影響智能氣體渦輪流量計(jì)精度因素與解決方法
閱讀次數(shù)：632 發(fā)布時(shí)間：2019/6/17 10:06:18
智能氣體渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用渦輪原理進(jìn)行測(cè)量，量程比可高達(dá)40∶1，精度在±0.5%以內(nèi)，慣性小。尺寸小的氣體渦輪流量計(jì)的時(shí)間常數(shù)可達(dá)0.01 s，廣泛應(yīng)用于石油、天然氣行業(yè)中。
1 智能氣體渦輪流量計(jì)的工作原理
當(dāng)氣體進(jìn)入流量計(jì)時(shí)，首先通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)的前導(dǎo)使流體加速。在流體的作用下，由于渦輪葉片與流體流向成一定角度，此時(shí)渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，在克服阻力矩后開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)諸力矩達(dá)到平衡，轉(zhuǎn)速恒定，渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度與流量成線性關(guān)系。利用電磁感應(yīng)原理，通過(guò)旋轉(zhuǎn)的渦輪驅(qū)動(dòng)信號(hào)發(fā)生器頂端導(dǎo)磁體周期性地改變磁阻，使磁場(chǎng)也相應(yīng)發(fā)生變化，從而在線圈兩端感應(yīng)出與流體體積流量成正比的脈沖信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)前置放大器放大、整形后與壓力傳感器、溫度傳感器檢測(cè)到的壓力、溫度信號(hào)同時(shí)輸入到流量積算儀進(jìn)行計(jì)算處理，直接顯示出標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（20 ℃，101.325 kPa）的瞬時(shí)體積流量和累計(jì)體積。
2 測(cè)量精度的影響因素及措施
2.1 流量計(jì)的選型
流量計(jì)的選型直接影響其測(cè)量精度。應(yīng)根據(jù)使用條件及測(cè)量介質(zhì)的特性選擇合適量程比、精度等級(jí)、公稱直徑、工作壓力的智能氣體渦輪流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)流量的溫度、壓力補(bǔ)償和壓縮因子修正。不同精度等級(jí)的智能氣體渦輪流量計(jì)的測(cè)量相對(duì)誤差見(jiàn)表1，表1中qmin為流量計(jì)測(cè)量范圍內(nèi)的最小流量，qmax為流量計(jì)測(cè)量范圍內(nèi)的最大流量。精度等級(jí)為1.5、1.0級(jí)的智能氣體渦輪流量計(jì)參數(shù)分別見(jiàn)表2、3。
表1 不同精度等級(jí)的智能氣體渦輪流量計(jì)的測(cè)量相對(duì)誤差
| 精度等級(jí) | 測(cè)量流量范圍 | 最大允許相對(duì)誤差 |
| 1.0級(jí) | qmin~0.2qmax | ±2.0% |
| 1.0級(jí) | 0.2qmax~ qmax | ±1.0% |
| 1.5級(jí) | qmin~0.2qmax | ±3.0% |
| 1.5級(jí) | 0.2qmax~ qmax | ±1.5% |
表2 精度等級(jí)為1.5級(jí)的智能氣體渦輪流量計(jì)參數(shù)
| 型號(hào) | 公稱直徑/mm | 流量范圍/（m3·h-1） | 最大壓力損失/kpa | 量程比 | 始動(dòng)流量/（m3·h-1） |
| QWLJ-025 | 25 | 2.5~25.0 | 0.8 | 10：1 | 0.4 |
| QWLJ-040 | 40 | 6~60 | 1.5 | 10：1 | 1.2 |
| QWLJ-050 | 50 | 8~100 | 1.8 | 12：1 | 1.8 |
| QWLJ-080 | 80 | 17~430 | 1.8 | 25：1 | 3.0 |
| QWLJ-100 | 100 | 25~550 | 1.8 | 22：1 | 5.0 |
| QWLJ-150 | 150 | 37~1500 | 1.6 | 40：1 | 10.0 |
| QWLJ-200 | 200 | 60~2400 | 1.6 | 40：1 | 15.0 |
| QWLJ-250 | 250 | 90~3600 | 1.8 | 40：1 | 15.0 |
| QWLJ-300 | 300 | 150~6000 | 1.8 | 40：1 | 15.0 |
| QWLJ-400 | 400 | 260~8000 | 1.8 | 30：1 | 15.0 |
表3 精度等級(jí)為1.0級(jí)的智能氣體渦輪流量計(jì)參數(shù)
| 型號(hào) | 公稱直徑/mm | 流量范圍/（m3·h-1） | 最大壓力損失/kpa | 量程比 | 始動(dòng)流量/（m3·h-1） |
| QWLJ-025 | 25 | 4~30 | 0.8 | 7：1 | 0.4 |
| QWLJ-040 | 40 | 7~60 | 1.5 | 8：1 | 1.2 |
| QWLJ-050 | 50 | 10~100 | 1.8 | 10：1 | 1.8 |
| QWLJ-080 | 80 | 20~400 | 1.5 | 20：1 | 3.0 |
| QWLJ-100 | 100 | 30~550 | 1.8 | 18：1 | 5.0 |
| QWLJ-150 | 150 | 50~1500 | 1.6 | 30：1 | 10.0 |
| QWLJ-200 | 200 | 60~2000 | 1.4 | 33：1 | 15.0 |
| QWLJ-250 | 250 | 100~3000 | 1.5 | 30：1 | 15.0 |
| QWLJ-300 | 300 | 200~4000 | 1.5 | 20：1 | 15.0 |
| QWLJ-400 | 400 | 400~8000 | 1.8 | 20：1 | 15.0 |
2.2 流量計(jì)的安裝
流量計(jì)的安裝方式對(duì)其測(cè)量精度也有影響。流量計(jì)對(duì)安裝點(diǎn)的上下游直管段有一定的要求，否則會(huì)影響測(cè)量精度。
智能氣體渦輪流量計(jì)必須水平安裝在等徑直管道上，管道傾斜度必須控制在5°以內(nèi)，安裝時(shí)流量計(jì)軸線應(yīng)與管道軸線同心，流向要一致。智能氣體渦輪流量計(jì)的上游管道應(yīng)為長(zhǎng)度不小于10D（D為管道內(nèi)直徑）的等徑直管段，下游管道應(yīng)為長(zhǎng)度不小于5D的等徑直管段［1］；若流量計(jì)安裝點(diǎn)的上游有漸縮管，流量計(jì)上游管道應(yīng)為長(zhǎng)度不小于15D的等徑直管段，下游管道應(yīng)為長(zhǎng)度不小于5D的等徑直管段；若流量計(jì)安裝點(diǎn)的上游有漸擴(kuò)管，流量計(jì)上游管道應(yīng)為長(zhǎng)度不小于18D的等徑直管段，下游管道應(yīng)為長(zhǎng)度不小于5D的等徑直管段；若流量計(jì)安裝點(diǎn)上游在同一水平面內(nèi)有90°彎頭，流量計(jì)上游應(yīng)有長(zhǎng)度不小于20D的等徑直管段，下游應(yīng)有不小于5D的等徑直管段。
2.3 流量計(jì)的磨損
在智能氣體渦輪流量計(jì)中，渦輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片及軸承容易磨損，需要定期校驗(yàn)，其潤(rùn)滑十分重要。應(yīng)加強(qiáng)流量計(jì)的管理維護(hù)，及時(shí)給流量計(jì)補(bǔ)充潤(rùn)滑油，減小流量計(jì)的磨損，提高測(cè)量精度。
2.4 天然氣的潔凈度
天然氣無(wú)潤(rùn)滑性，若含有少量油污和固體顆粒物，容易造成軸承磨損及葉輪卡住，從而影響測(cè)量精度。應(yīng)提高天然氣的潔凈度，可通過(guò)過(guò)濾、脫硫、脫水，除去天然氣中的固體顆粒物、油污、水分及腐蝕性成分。
2.5 流體的脈動(dòng)效應(yīng)
流量計(jì)參比條件下的精度是基于定常流，定常流是在測(cè)量管段中流量不隨時(shí)間而變化的一種流動(dòng)狀態(tài)。實(shí)際上所有的管道內(nèi)流動(dòng)都是不穩(wěn)定的，無(wú)論層流狀態(tài)還是湍流狀態(tài)，總存在各種干擾。天然氣計(jì)量過(guò)程中其壓力、速度等會(huì)不停地發(fā)生變化，從而產(chǎn)生脈動(dòng)效應(yīng)。天然氣計(jì)量末端一般為用戶，脈動(dòng)效應(yīng)多由旋轉(zhuǎn)式或往復(fù)式壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生。同時(shí)管道中流體的共振和流量控制設(shè)備的周期振蕩，例如控制閥的振蕩，也是脈動(dòng)效應(yīng)的主要起因。導(dǎo)致渦輪流量計(jì)產(chǎn)生誤差的主要因素是脈動(dòng)流的頻率（簡(jiǎn)稱脈動(dòng)頻率），脈動(dòng)頻率越小，結(jié)果越接近真值；脈動(dòng)頻率越大，結(jié)果誤差越大［2］。脈動(dòng)流出現(xiàn)時(shí)，流量計(jì)顯示的流速往往遠(yuǎn)大于真實(shí)流速，出現(xiàn)正誤差，相對(duì)誤差最大可達(dá)50%［3］。
脈動(dòng)流出現(xiàn)的原因主要有：①管路中存在阻流件，包括調(diào)壓裝置、過(guò)濾裝置、彎頭、閥門(mén)等。②下游用戶用氣量波動(dòng)，且未設(shè)置儲(chǔ)氣調(diào)峰設(shè)施，造成天然氣流量忽大忽小，容易形成脈動(dòng)流。③流體壓力過(guò)低、流速過(guò)快均會(huì)導(dǎo)致流體流態(tài)不穩(wěn)。④流量計(jì)表面不清潔，天然氣中含液體均會(huì)造成氣流脈動(dòng)。⑤天然氣中含有雜質(zhì)，影響氣體流態(tài)，特別是過(guò)濾裝置、整流裝置被雜質(zhì)堵塞后，易形成脈動(dòng)流。
為減小脈動(dòng)效應(yīng)對(duì)計(jì)量精度的影響，應(yīng)減少甚至避免計(jì)量裝置前的任何阻流件，在條件許可的情況下，避免上游節(jié)流、調(diào)壓，需要在上游節(jié)流、調(diào)壓時(shí)，要延長(zhǎng)上游直管段長(zhǎng)度，并在離流量計(jì)盡可能遠(yuǎn)的地方進(jìn)行節(jié)流、調(diào)壓。盡量避免低壓供氣，保證天然氣氣質(zhì)符合要求，不含粉塵、油污、水等雜質(zhì)，在氣質(zhì)沒(méi)有保證的情況下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該相應(yīng)提高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。配置合適的低通濾波器將脈動(dòng)阻尼掉，可設(shè)置緩沖罐，使殘存的脈動(dòng)不足以影響流量計(jì)量或只對(duì)流量計(jì)量造成很小的誤差。
3 治理實(shí)例
云南某CNG加氣站于2016年8月正式投運(yùn)，使用精度等級(jí)為1.0級(jí)的QWLJ-100智能氣體渦輪流量計(jì)。智能氣體渦輪流量計(jì)安裝在同一水平面的等徑直管道上，其前端設(shè)置燃?xì)膺^(guò)濾器、調(diào)壓器，后端設(shè)置緩沖罐、止回閥、壓縮機(jī)。投運(yùn)初期，智能氣體渦輪流量計(jì)測(cè)得的累計(jì)量遠(yuǎn)大于售氣累計(jì)量，天然氣輸差率高達(dá)8%。多方面進(jìn)行原因查找，比如通過(guò)氣源取樣分析，發(fā)現(xiàn)氣源質(zhì)量穩(wěn)定；對(duì)流量計(jì)重新檢定，檢定結(jié)果顯示流量計(jì)準(zhǔn)確；進(jìn)行工藝管道及設(shè)備泄漏排查，均未發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)。在壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中聽(tīng)到氣流一股一股哧哧變化的聲音，初步判斷為緩沖罐入口管道上的止回閥（H41X型）振動(dòng)，從而引起管道一同振動(dòng)，且振動(dòng)劇烈。查閱相關(guān)資料后，判定在壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生了脈動(dòng)流，即產(chǎn)生了脈動(dòng)效應(yīng)，導(dǎo)致測(cè)量精度降低。通過(guò)更換另一型號(hào)的止回閥（H44X型），發(fā)現(xiàn)智能氣體渦輪流量計(jì)計(jì)量的累計(jì)量與售氣累計(jì)量差距大幅縮小，輸差率由8%下降到了1.48%，效果明顯。
4 結(jié)語(yǔ)
影響智能氣體渦輪流量計(jì)測(cè)量精度的因素很多。做好流量計(jì)的選型、安裝、維護(hù)，提高天然氣的潔凈度，合理進(jìn)行設(shè)備配置，避免脈動(dòng)效應(yīng)的發(fā)生，可提高氣體渦輪流量計(jì)的測(cè)量精度。推薦產(chǎn)品
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