王 輝

(國家石油天然氣大流量計(jì)量站成都分站，成都 610213)

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對(duì)氣體渦輪流量計(jì)應(yīng)用技術(shù)的探討

王 輝

(國家石油天然氣大流量計(jì)量站成都分站，成都 610213)

氣體渦輪流量計(jì)因靈敏度高、重復(fù)性好、量程比寬、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于貿(mào)易計(jì)量。為了研究渦輪流量計(jì)的計(jì)量性能，本文針對(duì)渦輪流量計(jì)檢定和使用兩方面，選取了1臺(tái)渦輪流量計(jì)進(jìn)行測試實(shí)驗(yàn)，研究不同介質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)裝置測試渦輪流量計(jì)計(jì)量性能的影響，從工況條件、安裝方式、維護(hù)保養(yǎng)等方面闡述了渦輪流量計(jì)的應(yīng)用技術(shù)，指導(dǎo)了渦輪流量計(jì)的現(xiàn)場應(yīng)用，保證了流量計(jì)量值的準(zhǔn)確可靠。

渦輪流量計(jì)；檢定；使用

0 引言

隨著我國天然氣工業(yè)的快速發(fā)展，用于天然氣計(jì)量的流量計(jì)數(shù)量日益增多，天然氣貿(mào)易計(jì)量直接涉及到貿(mào)易雙方巨大的經(jīng)濟(jì)利益，因此，確保流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確度也就成為了供需雙方關(guān)注的焦點(diǎn)。本文分析了國內(nèi)外渦輪流量計(jì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)渦輪流量計(jì)的檢定和使用方式進(jìn)行了探討。

1 渦輪流量計(jì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

目前國際上在渦輪流量計(jì)行業(yè)具有影響力的品牌主要有荷蘭Instromet、德國Elster、Daniel和RMG等，這些廠家主要采用歐洲prEN12261《氣體渦輪流量計(jì)》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)渦輪流量計(jì)。歐洲標(biāo)準(zhǔn)在方便用戶、環(huán)保等方面做出了更為詳細(xì)的規(guī)定，是國際上應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)之一。同時(shí)，其他氣體渦輪流量計(jì)標(biāo)準(zhǔn)還有美國AGA No7，ANSI/ASMEMFC一4M以及氣體渦輪流量計(jì)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 9951等等。

我國采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18940來指導(dǎo)渦輪流量計(jì)的應(yīng)用。在準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性、量程比等主要技術(shù)指標(biāo)上與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 9951都非常相近，而在耐久性要求、機(jī)械計(jì)數(shù)器要求等其他指標(biāo)上歐洲《prEN12261》的規(guī)定則更為詳細(xì)。

2 渦輪流量計(jì)的檢定

2.1 檢定方式

氣體渦輪流量計(jì)按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)制造后，首先需要對(duì)流量計(jì)進(jìn)行檢定，待檢定合格后，才能開展貿(mào)易計(jì)量工作。目前國內(nèi)天然氣用流量計(jì)的實(shí)流檢定主要有兩種方式：一種是使用空氣為介質(zhì)在常壓下檢定；另一種是使用天然氣為介質(zhì)在正壓下檢定。毫無疑問，在流量計(jì)實(shí)際工況條件下進(jìn)行檢定是檢定的最佳方式，然而，并不是總能用理想的流體進(jìn)行檢定。對(duì)于氣體流量計(jì)，大多數(shù)檢測裝置都采用空氣進(jìn)行檢定，多數(shù)情況下是在常壓條件下檢定。因此，這兩種檢定方式的檢定結(jié)果在現(xiàn)場計(jì)量中是否存在著差異，就需要開展相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。

2.2 實(shí)驗(yàn)研究

為了研究兩種檢定方式的檢定結(jié)果在現(xiàn)場計(jì)量中的差異，筆者選取了1臺(tái)0.5級(jí)的DN50渦輪流量計(jì)，分別在2套以常壓空氣為介質(zhì)和1套以中壓天然氣為介質(zhì)的臨界流文丘里噴嘴標(biāo)準(zhǔn)裝置上進(jìn)行測試，并按JJG 1037—2008《渦輪流量計(jì)》檢定規(guī)程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

2.2.1 數(shù)據(jù)處理和分析

渦輪流量計(jì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表1，渦輪流量計(jì)在不同實(shí)驗(yàn)室測試的對(duì)比曲線見圖1。

當(dāng)渦輪流量計(jì)分別安裝在空氣和天然氣標(biāo)準(zhǔn)裝置上時(shí)，從圖1中明顯看出，在幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室共同測試的40～100m3/h流量范圍內(nèi)，用空氣為介質(zhì)流量計(jì)檢定的儀表系數(shù)大于用天然氣為介質(zhì)流量計(jì)檢定的儀表系數(shù)，在圖中儀表系數(shù)偏差最大處為0.5%左右；在25～40m3/h流量范圍內(nèi)，用空氣為介質(zhì)流量計(jì)檢定的儀表系數(shù)大于用天然氣為介質(zhì)流量計(jì)檢定的儀表系數(shù)，在圖中儀表系數(shù)偏差最大處為0.7%左右。

表1 渦輪流量計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1 渦輪流量計(jì)在不同介質(zhì)下的測試數(shù)據(jù)圖

2.2.2 流量計(jì)檢定儀表系數(shù)的數(shù)據(jù)處理與分析

將渦輪流量計(jì)在天然氣裝置和空氣裝置上的測試數(shù)據(jù)，按渦輪流量計(jì)檢定規(guī)程計(jì)算檢定K系數(shù)匯總于表2。從表2可以看出，在本次比對(duì)實(shí)驗(yàn)測

試中，以空氣為介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)裝置常壓下得出的流量計(jì)K系數(shù)大于以天然氣為介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)裝置0.8MPa壓力下得出的流量計(jì)K系數(shù)，平均差值約為0.45%。

2.2.3 分析結(jié)論

在實(shí)驗(yàn)測試中發(fā)現(xiàn)，渦輪流量計(jì)在以空氣為介質(zhì)檢定的K系數(shù)大于以天然氣為介質(zhì)檢定流量計(jì)的K系數(shù)。如果渦輪流量計(jì)在實(shí)際使用中使用空氣檢定的K系數(shù)，則測得的流量比實(shí)際流量偏小，壓力相差越大，流量偏差也越大。從這個(gè)結(jié)果可以看出，渦輪流量計(jì)所得出的結(jié)論符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12261和GB/T 21391—2008《用氣體渦輪流量計(jì)測量天然氣流量》所規(guī)定的“在使用壓力大于0.4MPa時(shí)，使用壓力范圍：0.5ptest≤p≤2.0ptest”的要求一致(p表示流量使用壓力，ptest表示流量計(jì)檢測壓力)。

表2 流量計(jì)檢定儀表系數(shù)

因此，國內(nèi)用于天然氣計(jì)量的流量計(jì)，應(yīng)盡量在天然氣標(biāo)準(zhǔn)裝置上檢定，否則會(huì)給現(xiàn)場計(jì)量帶來較大影響，同時(shí)，工作狀態(tài)與檢定狀態(tài)不同時(shí)，應(yīng)進(jìn)行合理的修正，保證量值傳遞的準(zhǔn)確。

3 渦輪流量計(jì)的使用

為了使檢定合格的渦輪流量計(jì)在現(xiàn)場正常運(yùn)行，需要注意以下幾方面的問題。

3.1 天然氣氣質(zhì)對(duì)渦輪流量計(jì)的影響

1)在實(shí)際使用過程中，渦輪流量計(jì)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)臟污情況，從而影響流量計(jì)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，如不進(jìn)行處理，就會(huì)影響流量計(jì)脈沖輸出。

2)表體內(nèi)壁及上游直管段的表面粗糙度變化引起流速分布的變化，從而影響流量計(jì)的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。不同廠家的渦輪流量計(jì)的傳感器敏感程度各不相同。一般來說，臟污堆積對(duì)口徑小的渦輪流量計(jì)較之口徑大的渦輪流量計(jì)的影響更大。

3.2 工況條件對(duì)渦輪流量計(jì)的影響

由于渦輪流量計(jì)渦輪慣性的存在，在流量波動(dòng)頻繁的場合不宜使用，否則會(huì)降低計(jì)量精度。同時(shí)，要比較準(zhǔn)確地估計(jì)用氣量的峰谷值和介質(zhì)的壓力情況，正確確定流量計(jì)的規(guī)格。從渦輪流量計(jì)誤差特性曲線可以看出，應(yīng)使流量計(jì)的工作流量范圍在20%Qmax～80%Qmax(Qmax為流量計(jì)的最大流量)之間。

當(dāng)被測介質(zhì)流量小于所選流量計(jì)的20%Qmax以下時(shí)，介質(zhì)流體在管道中流速遲緩處于層流狀況，流量計(jì)的測量線性變差，難以達(dá)到用戶要求的計(jì)量精度。當(dāng)介質(zhì)工況流量大于所選流量計(jì)的80%Qmax時(shí)，渦輪轉(zhuǎn)速將變的很快，減速軸承和支架的磨損會(huì)影響渦輪流量計(jì)的使用壽命。

3.3 渦輪流量計(jì)在安裝中的要求

1.2.1 觀察組 進(jìn)行基礎(chǔ)疾病治療,通常所服用的藥物有:降血糖藥物及預(yù)防血小板聚集藥物等[2]。并在此基礎(chǔ)上給予單唾液酸四己糖神經(jīng)節(jié)普脂鈉靜脈滴注,取80 mg單唾液酸四己糖神經(jīng)節(jié)苷脂,加入0.9%氯化鈉注射液2.5×102 m L中行靜脈滴注,進(jìn)行1次/d。

1)介質(zhì)流體流速分布不對(duì)稱和旋渦流是影響渦輪流量計(jì)測量精度的重要原因，要清除流速不對(duì)稱和旋渦流則需要在渦輪流量計(jì)前端有足夠長的直管段；

2)渦輪流量計(jì)的安裝位置不能有激烈的機(jī)械震動(dòng)和強(qiáng)的電磁干擾；

3)渦輪流量計(jì)安裝時(shí)，密封墊不得突入管道中，流量計(jì)與管路軸線目測不得有明顯偏差.不得產(chǎn)生安裝應(yīng)力。

3.4 對(duì)壓力、溫度測量準(zhǔn)確度的要求

根據(jù)氣體狀態(tài)方程：

式中：V0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積(m3)；V為工作狀態(tài)下的體積(m3)；p為流量計(jì)壓力檢測點(diǎn)處的絕對(duì)壓力(kPa)；p0為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(kPa)；T0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對(duì)溫度(K)；T為介質(zhì)工況條件下的絕對(duì)溫度(K)；Z為氣體壓縮因子。

3.5 帶機(jī)械讀數(shù)渦輪流量計(jì)的要求

對(duì)于有機(jī)械讀數(shù)帶修正儀的渦輪流量計(jì)，除抄取標(biāo)況體積值之外，同時(shí)應(yīng)該及時(shí)比對(duì)基表讀數(shù)與修正儀上的工況流量是否一致，兩者正常情況下應(yīng)該是相差不大的。

3.6 流量計(jì)拆卸要求

工藝管道檢修時(shí)應(yīng)拆下流量計(jì)，然后用干凈的布把流量計(jì)兩端包好，防止污物、鐵屑等落入流量計(jì)將渦輪葉片損壞。

3.7 流量計(jì)的日常檢查

為保證渦輪流量計(jì)長期正常工作，應(yīng)加強(qiáng)儀表的運(yùn)行檢查，監(jiān)測葉輪旋轉(zhuǎn)情況，如聲音異常應(yīng)及時(shí)卸下檢查傳感器內(nèi)部零件，渦輪軸承磨損嚴(yán)重或葉片損壞的，必須維修更換，并重新檢定。

3.8 流量計(jì)的日常維護(hù)

有潤滑油或清洗液注入口的傳感器，應(yīng)按要求定期注入潤滑油或清洗液，保證葉輪良好運(yùn)行。在無潤滑油情況下長期連續(xù)運(yùn)行，勢必造成致命磨損，阻尼力增加而導(dǎo)致運(yùn)行變慢，計(jì)量結(jié)果產(chǎn)生負(fù)差并且影響使用壽命。

4 建議

為保證氣體渦輪流量計(jì)的現(xiàn)場計(jì)量性能，需要正確使用流量計(jì)，并進(jìn)一步深入研究不同介質(zhì)和壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定渦輪流量計(jì)的差異，以及影響渦輪流量計(jì)測量誤差的關(guān)鍵因素，以指導(dǎo)現(xiàn)場流量計(jì)的使用，保證流量計(jì)現(xiàn)場計(jì)量量值的準(zhǔn)確可靠。

[1] JJF 1037—2008渦輪流量計(jì)檢定規(guī)程

[2] JJG 198—1994速度式流量計(jì)檢定規(guī)程

[3] 孫延祚.從阿林頓工作會(huì)議了解超聲流量計(jì)國際標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)向.儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，2002(5)

[4] 郭永琪.超聲流量計(jì)的應(yīng)用.計(jì)量技術(shù)，1994(11)

[5] AGA No.9 Measurement of Gas by Multipath Ultrasonic Meters

[6] JJF 1033—2008計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.1.13