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技术文章

影响智能气体涡轮流量计精度因素与解决方法
阅读次数:24   发布时间:2019/6/17 10:06:18
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智能气体涡轮流量计结构简单,采用涡轮原理进行测量,量程比可高达401,精度在±0.5%以内,惯性小。尺寸小的气体涡轮流量计的时间常数可达0。01 s,广泛应用于石油、天然气行业中。

1   智能气体涡轮流量计的工作原理

当气体进入流量计时,首先通过特殊结构的前导使流体加速。在流体的作用下,由于涡轮叶片与流体流向成一定角度,此时涡轮产生转动力矩,在克服阻力矩后开始转动。当诸力矩达到平衡,转速恒定,涡轮转动角速度与流量成线性关系。利用电磁感应原理,通过旋转的涡轮驱动信号发生器顶端导磁体周期性地改变磁阻,使磁场也相应发生变化,从而在线圈两端感应出与流体体积流量成正比的脉冲信号。该信号经前置放大器放大、整形后与压力传感器、温度传感器检测到的压力、温度信号同时输入到流量积算仪进行计算处理,直接显示出标准状态(20 ℃,101.325 kPa)的瞬时体积流量和累计体积。

 2   测量精度的影响因素及措施

2.1  流量计的选型

流量计的选型直接影响其测量精度。应根据使用条件及测量介质的特性选择合适量程比、精度等级、公称直径、工作压力的智能气体涡轮流量计,实现流量的温度、压力补偿和压缩因子修正。不同精度等级的智能气体涡轮流量计的测量相对误差见表1,表1qmin为流量计测量范围内的最小流量,qmax为流量计测量范围内的最大流量。精度等级为1。51.0级的智能气体涡轮流量计参数分别见表23

1   不同精度等级的智能气体涡轮流量计的测量相对误差

精度等级

测量流量范围

最大允许相对误差

1.0

qmin~0。2qmax

±2.0%

1。0

0。2qmax~ qmax

±1.0%

1。5

qmin~0。2qmax

±3.0%

1。5

0.2qmax~ qmax

±1.5%

2   精度等级为1。5级的智能气体涡轮流量计参数

型号

公称直径/mm

流量范围/m3·h-1

最大压力损失/kpa

量程比

始动流量/m3·h-1

QWLJ-025

25

2.5~25.0

0.8

101

0.4

QWLJ-040

40

6~60

1。5

101

1.2

QWLJ-050

50

8~100

1。8

121

1。8

QWLJ-080

80

17~430

1.8

251

3。0

QWLJ-100

100

25~550

1.8

221

5.0

QWLJ-150

150

37~1500

1.6

401

10。0

QWLJ-200

200

60~2400

1.6

401

15。0

QWLJ-250

250

90~3600

1.8

401

15。0

QWLJ-300

300

150~6000

1。8

401

15。0

QWLJ-400

400

260~8000

1.8

301

15.0

3   精度等级为1.0级的智能气体涡轮流量计参数

型号

公称直径/mm

流量范围/m3·h-1

最大压力损失/kpa

量程比

始动流量/m3·h-1

QWLJ-025

25

4~30

0.8

71

0。4

QWLJ-040

40

7~60

1.5

81

1.2

QWLJ-050

50

10~100

1.8

101

1。8

QWLJ-080

80

20~400

1。5

201

3。0

QWLJ-100

100

30~550

1。8

181

5.0

QWLJ-150

150

50~1500

1.6

301

10。0

QWLJ-200

200

60~2000

1.4

331

15.0

QWLJ-250

250

100~3000

1。5

301

15.0

QWLJ-300

300

200~4000

1.5

201

15.0

QWLJ-400

400

400~8000

1。8

201

15。0

2.2  流量计的安装

         流量计的安装方式对其测量精度也有影响。流量计对安装点的上下游直管段有一定的要求,否则会影响测量精度。

智能气体涡轮流量计必须水平安装在等径直管道上,管道倾斜度必须控制在5°以内,安装时流量计轴线应与管道轴线同心,流向要一致。智能气体涡轮流量计的上游管道应为长度不小于10DD为管道内直径)的等径直管段,下游管道应为长度不小于5D的等径直管段[1];若流量计安装点的上游有渐缩管,流量计上游管道应为长度不小于15D的等径直管段,下游管道应为长度不小于5D的等径直管段;若流量计安装点的上游有渐扩管,流量计上游管道应为长度不小于18D的等径直管段,下游管道应为长度不小于5D的等径直管段;若流量计安装点上游在同一水平面内有90°弯头,流量计上游应有长度不小于20D的等径直管段,下游应有不小于5D的等径直管段。

2。3  流量计的磨损

在智能气体涡轮流量计中,涡轮高速转动,叶片及轴承容易磨损,需要定期校验,其润滑十分重要。应加强流量计的管理维护,及时给流量计补充润滑油,减小流量计的磨损,提高测量精度。

2.4  天然气的洁净度

天然气无润滑性,若含有少量油污和固体颗粒物,容易造成轴承磨损及叶轮卡住,从而影响测量精度。应提高天然气的洁净度,可通过过滤、脱硫、脱水,除去天然气中的固体颗粒物、油污、水分及腐蚀性成分。

2。5  流体的脉动效应

流量计参比条件下的精度是基于定常流,定常流是在测量管段中流量不随时间而变化的一种流动状态。实际上所有的管道内流动都是不稳定的,无论层流状态还是湍流状态,总存在各种干扰。天然气计量过程中其压力、速度等会不停地发生变化,从而产生脉动效应。天然气计量末端一般为用户,脉动效应多由旋转式或往复式压缩机、鼓风机的运行产生。同时管道中流体的共振和流量控制设备的周期振荡,例如控制阀的振荡,也是脉动效应的主要起因。导致涡轮流量计产生误差的主要因素是脉动流的频率(简称脉动频率),脉动频率越小,结果越接近真值;脉动频率越大,结果误差越大[2]。脉动流出现时,流量计显示的流速往往远大于真实流速,出现正误差,相对误差最大可达50%3]。

脉动流出现的原因主要有:①管路中存在阻流件,包括调压装置、过滤装置、弯头、阀门等。②下游用户用气量波动,且未设置储气调峰设施,造成天然气流量忽大忽小,容易形成脉动流。③流体压力过低、流速过快均会导致流体流态不稳。④流量计表面不清洁,天然气中含液体均会造成气流脉动。⑤天然气中含有杂质,影响气体流态,特别是过滤装置、整流装置被杂质堵塞后,易形成脉动流。

为减小脉动效应对计量精度的影响,应减少甚至避免计量装置前的任何阻流件,在条件许可的情况下,避免上游节流、调压,需要在上游节流、调压时,要延长上游直管段长度,并在离流量计尽可能远的地方进行节流、调压。尽量避免低压供气,保证天然气气质符合要求,不含粉尘、油污、水等杂质,在气质没有保证的情况下,设计时应该相应提高技术标准。配置合适的低通滤波器将脉动阻尼掉,可设置缓冲罐,使残存的脉动不足以影响流量计量或只对流量计量造成很小的误差。

3   治理实例

云南某CNG加气站于20168月正式投运,使用精度等级为1.0级的QWLJ-100智能气体涡轮流量计。智能气体涡轮流量计安装在同一水平面的等径直管道上,其前端设置燃气过滤器、调压器,后端设置缓冲罐、止回阀、压缩机。投运初期,智能气体涡轮流量计测得的累计量远大于售气累计量,天然气输差率高达8%。多方面进行原因查找,比如通过气源取样分析,发现气源质量稳定;对流量计重新检定,检定结果显示流量计准确;进行工艺管道及设备泄漏排查,均未发现漏点。在压缩机运行过程中听到气流一股一股哧哧变化的声音,初步判断为缓冲罐入口管道上的止回阀(H41X型)振动,从而引起管道一同振动,且振动剧烈。查阅相关资料后,判定在压缩机运行时产生了脉动流,即产生了脉动效应,导致测量精度降低。通过更换另一型号的止回阀(H44X型),发现智能气体涡轮流量计计量的累计量与售气累计量差距大幅缩小,输差率由8%下降到了1。48%,效果明显。

4   结语

        影响智能气体涡轮流量计测量精度的因素很多。做好流量计的选型、安装、维护,提高天然气的洁净度,合理进行设备配置,避免脉动效应的发生,可提高气体涡轮流量计的测量精度。

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