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燃气涡轮流量计 常见问题故障分析


文章日期:2018-08-22|阅读数:


  涡轮流量计安装在燃气管线上,如果管线设计或者施工中出现了不符合规定的地方,同样也会引起涡轮流量计的故障,因此涡轮流量计要把好安装的这道关[17]。涡轮流量计投入使用后,日常运行不当的话也会引起涡轮流量计的故障,而这些故障也是常见的。 

故障种类及高发期:
  涡轮流量计虽然目前使用广泛,但也存在一定的问题。在 2012 年北京燃气集团进行的分区域计量改造工作当中,在对老旧流量计检修工作中我们发现了涡轮流量计存在很多影响到计量的故障。在用涡轮流量计清洗检测过程中,共发现 58 个影响计量的故障,其中***易发生故障的零件有主轴轴承、机芯、磁偶合、机械表头和叶片五类,故障率***高就是主轴轴承。故障发现有两种途径,一个是计量仪表检定,另一个则是日常的运行维护。 
表 3-1   北京燃气 2012 年涡轮流量计检定中发现的故障统计表
表 3-1   北京燃气 2012 年涡轮流量计检定中发现的故障统计表 
图 3-1  北京燃气 2012 年涡轮流量计检定中发现的故障比例图

图 3-1  北京燃气 2012 年涡轮流量计检定中发现的故障比例图 
  从图 3-1 中我们可以看出轴承故障占总数的 44.83%,其故障率居于位,涡轮流量计属于速度式流量计,其***重要的一个转动部件就是轴承,如果轴承出现了故障那么将会影响到贸易计量数据的准确性。 
  管网燃气流量在是调度室对于管网调度的一个重要环节,调度员可以根据计量设备的当时流量和历史流量,判断某一区域的管网工况是否正常运行,因此计量设备的运行维护工作就显得尤为重要。 
图3-2   2012 年北京市涡轮流量计维护中发现的故障统计
  从图 3-2 中可以看出涡轮流量计的过气不计量故障占到了一半以上,涡轮流量计过气不计量问题主要集中在涡轮流量计的轴承损坏上。涡轮流量计的轴承,按照滚动轴承的损伤机理,其失效一般可分为接触疲劳失效、摩擦磨损失效、断裂失效、变形失效、腐蚀失效和游隙变化失效这五种。[8] 
  涡轮流量计故障发生频率与运行时间有着直接的关系,因此对涡轮流量计存在的维修费高于 2000 元的故障和直接影响计量的故障进行了统计。 
表 3-2 2012 年北京市区域计量改造工程维修费高于 2000 元的故障和直接影响计量的故障统计表

表 3-2 2012 年北京市区域计量改造工程维修费高于 2000 元的故障和直接影响计量的故障统计表 
图 3-3 2012 年北京市区域计量改造工程维修费高于 2000 元的故障和直接影响计量的故障统计图

图 3-3 2012 年北京市区域计量改造工程维修费高于 2000 元的故障和直接影响计量的故障统计图 
  从图 3-3 中我们可以看出,投入使用 5 年以内的涡轮流量计故障比例是较低的,投入使用 10 年以上的涡轮流量计故障比例居中,投入使用在 5 到 10 年的涡轮流量计故障比例***高,因此,燃气运行维护的重点应该放在 5 到 10 年使用期的涡轮流量计上。 

故障原因:
  涡轮流量计是速度式计量设备,其运动部件主要有叶片、轴承、传动部件和磁耦合部件,在其运转的时候由于维护不当和工艺问题会出现故障而影响正常计量。经过对近几年北京燃气大用户的涡轮流量计故障进行分析,发现产生原因分析主要有以下几个原因。 
 **新建的燃气场站在通气的过程中,或者在管线升压的时候,我们都需要对计量管线前后阀门进行操作,在操作阀门的过程中,由于少数操作人员的疏忽阀门开启速度过快,导致瞬时流量过大,作用在涡轮流量计叶片上的冲击力过大,冲击力过大有可能导致叶片受损或者是轴承磨损。 
  如图 3-4 当中,该管线是 39 公斤级的高 A 管线,该路计量线上阀门配有旁通阀门(黄色圆圈内的小阀门),为了避免通气时升压过快,应该先开启小管径的旁通阀门,等大的主管道阀门前后压力平衡之后,再缓慢打开主管道上的阀门,在主干道管线压力平衡后,关闭旁通阀门完成通气作业。 
图 3-4 计量管线旁通管线阀门现场图

图 3-4 计量管线旁通管线阀门现场图 
  如果未按照操作规程做,而是直接操作主管道阀门,由于上下游压差较大如果在打开阀门的过程中速度快了,那么就有可能引起管道内燃气流速过快造成流量计过流损坏,或者是在当时就影响了涡轮流量计的转动部件,并留下了隐患,在日后涡轮流量计的运行过程中可能出现故障,使得计量数据不准确。 

工艺管线残留原因:
  近几年燃气正处于迅速发展的过程中,地下管线公里数也在急剧的增加,调压站数量的增加速度也很快,随之而来的是时间紧任务重,在新的燃气管线通气后,管道内的焊渣和尘土等杂物如果不能清扫干净,会在刚通气后不久的运行中被吹到涡轮流量计处。近年来随着气源的增多,燃气中自带的水汽和灰尘也在增加,这些杂物长期存在也会影响到涡轮流量计的正常计量。当一些较大的杂物卡到叶片与管壁中间后,会卡死叶片不计量;也有一些较小的尘埃,会随之进入到轴承,引起轴承的磨损,这会严重影响计量或者直接引起涡轮流量计不工作。  
图 3-5 主轴承拆卸后轴承污垢
图 3-5 主轴承拆卸后轴承污垢 
  图 3-5 是由于新通的管道吹扫不彻底,经过一定时间的运行,管道内的细小污垢进入到涡轮流量计的机芯主轴承内部,造成轴承滚珠被污染物堵死不能工作,***终造成严重故障引起计量误差。 

工负荷异常突然增加:
  负荷异常突然增加引起故障的情况有两种:一个是下游用户发展引起的负荷超过计量仪表的量程引起损坏,另一个就是管线泄漏引起负荷短时间内的急剧增加,用气量急剧增加就可能会引起流量计的损坏并影响计量。
图 3-6 主轴轴承盖磨损图
图 3-6 主轴轴承盖磨损图 
  图 3-6 是 G4000(工况流量上限 6500)的涡轮流量计,在通气时候由于负荷超上限运行导致损坏。该涡轮流量计在通气后正常流量下运行数据并无明显异常,但是该流量计停运一段时间,再度启用时发现流量计不工作,由此也可以看出涡轮流量计的故障往往不容易被发现。 


温度影响:
  涡轮流量计由于其的环境适应性,所以经常会用到室外环境中,但是北方冬季室外温度很低,在一些较大的场站有些情况需要将燃气做一个大幅度的降压,用以满足下游用户的使用。在面对这种环境温度低、压降大的情况,计量设备很容易就会在其外面产生严重的霜冻,严重的霜冻会引起涡轮流量计传动部件故障,进而引起计量误差。一些信号线由于与涡轮流量计连接,也在这种霜冻情况下收到损坏影响通讯的正常工作,
使得数据传输修正也受到很大的影响。 
图 3-7 在用涡轮流量计冰冻图

图 3-7 在用涡轮流量计冰冻图 
  图 3-7 是涡轮流量计在室外工作,由于北方冬季室外温度低,再加上该流量计所处的有较大的压力降(从 39 公斤直接调压到 20 公斤),因此该路流量计在冬季大流量运行的时候就会出现冰冻的情况,当冰冻情况严重的时候管道内部也会受到影响产生冰冻,进而导致涡轮流量计转动部件冰冻不工作。 

涡轮流量计常见故障种类及后果:
  涡轮流量计在使用过程中,作为一种使用量非常大的流量计。因此,在涡轮流量计的使用过程当中,有一些值得注意的地方,结合北京燃气集团大用户流量计的运行总结出一些经常遇到的故障,主要的故障现象:涡轮流量计过气不计量和涡轮流量计辅助设备故障。 


涡轮流量计过气不计量:
  涡轮流量计过气不计量的故障一旦发生,那么就没有了任何的计量数据,这种故障又分为五情况:1、塑料数字转轮损坏卡死引起涡轮流量计不计量;2、信号发射器故障引起的涡轮流量计计算设备无法计量;3、涡轮流量计计算设备电子模块损坏引起的不计量;4、涡轮流量计与其计算设备之间连接线短路或断路引起的不计量;5、叶片等内部转动部件卡死。 
  涡轮流量计过气不计量的相应解决办法有:1、更换数字转轮损坏部分,或者更换整个字轮;2、检查信号线是否有故障,若有故障则恢复线路,如果是发射器出现问题则需要更换信号发射器;3、更换或维修流量计算设备相应的电子设备;4、检查连接线路问题出现在哪段,将故障段替换;5、对内部杂物观察叶片等部件进行清理,若无肉眼可见的故障进行标定,如果标定结果合格则可以继续回装使用,如果标定结果不合格则需要更新部件后在进行标定合格后投入使用,如果清理后发现转动部件明显故障,那么直接更换转动部件并进行标定合格后投入使用。 

涡轮流量计辅助设备故障:
  涡轮流量计辅助设备故障的情况有:1、温度、压力变送器数据显示异常;2、信号线短路或者短路;3、温度、压力变送器数据正常,信号线连接正常,流量计算设备也正常但是流量计算设备内温度压力参数异常。 
  涡轮流量计辅助设备故障的相应解决办法有:1、温度、压力变送器硬件检查排除故障,并维修更换故障部件;2、排查信号线是短路还是断路,并采取相应的措施;3、所有硬件设备均正常那么要排查附近是否有干扰信号,采取相应的抗干扰措施。 

涡轮流量计故障后果:
  涡轮流量计出现故障后会影响到计量数据,由涡轮流量计测量出来的气体体积是工况条件下的体积,气体是容易受到压缩或者膨胀的,因此在不同压力温度条件下相同摩尔体积的气体所占的空间并不一样,需要对涡轮流量计测量出的体积进行修正计算。 
  其修正公式参考德国 FLOW COMP 系统技术公司编撰的《流量计算设备 gas.net F1功能、曹锁、调试以及安装技术手册》一书可知:
  Vn=V×P/Pn×Tn/T×1/K                            (3-1) 简化为:            Vn=V×Z [19]                                                        (3-2) 式中:     Vn——标准体积(m³);     V——工况体积,(m³);     P——工况压力(bar);     Pn——标准压力(bar);     T——工况温度(K); Tn——标准温度(K);     Z ——转换系数。 
  燃气运营商在与客户贸易结算的时候是根据标况体积量进行结算的,而涡轮流量计(基表)测量的基础数据是工况体积量 V,基表将工况体积量数据上传到计算机当中,计算机按照上式进行修正,***终计算出标准体积才可以进行贸易结算。
  从简化后的公式可以看出标准体积等于工况体积乘以转换系数。因此,涡轮流量计测量的工况流量数据一旦出现错误,那么参与贸易计算的数据就是错误,所以说涡轮流量计的转动部件出现影响计量的故障,那么就是基础数据的错误,这些错误是无法准确修正的,只能根据用气规律或者其他办法推算。 

故障特点:
  燃气涡轮流量计流量基础数据测量是由叶片、机芯、轴承、传动装置、计数器等设备共同工作完成的,这些参与燃气涡轮流量计基础数据测量的都是转动部件,而且是流量计内部组成部件,也是故障出现的比较多的部件,当燃气涡轮流量计流量转动部件出现的故障时往往具备如下三条特点。 

隐蔽性:
  从涡轮流量计结构特点中,我们可以看出涡轮流量计的转动部件都在流量计表体内部,由于表体是金属组成的并不透明,因此我们并不能直接看到涡轮流量计内部,就现在的技术来讲,仍然没有什么简洁容易操作的办法可以看到金属壳体内部的结构。因此涡轮流量计的转动部件如果出现故障的时候是不容易被发现,具有隐蔽性。 
  另外,涡轮流量计的转动部件出现小的故障产生计量偏差后,从其运行状况和记录的流量数据上并不能看出故障,这样长期积累下去那么就会产生很大的计量误差,并且会在某一个时间点,故障严重化后出现过气不计量的情况。 

长期累积效果:
  涡轮流量计的转动部件在刚投入到使用的时候往往能够表现出优异的特性,能够维持良好的计量工作,转动部件在长期的不断的使用过程中需要注入油润滑用来保持其良好的特性,一般来说涡轮流量计处在良好的运行的条件下转动部件都可以使用五年甚至更久。 
  随着工作时间的延长,尽管转动部件有润滑油的保护,但是也只能起到延缓转动部件之间的自然磨损,因此使用时间越长的转动部件也就更容易损坏。如果涡轮流量计不能够得到很好的维护,那么其转动部件的劳损会出现的更早,甚至是直接损坏。 
图 3-8 涡轮流量计注油泵
图 3-8 涡轮流量计注油泵 

  图 3-8 中红色圆圈内的是涡轮流量计注油油泵,运行维护人员根据涡轮流量计的运行时间和流量大小进行注油,涡轮流量计的润滑油从注油孔进入到流量计内部的转动部件内,进入到转动部件内部的润滑油能够起到润滑作用。 

小结:
  经过对工作中发现的故障统计发现,涡轮流量计在日常的运行中的确存在各种各样的故障,这些故障集中出现的部件为:叶片、轴承、压力变送器、温度变送器、信号传输线、流量计算设备以及电子设备模块损坏。 这当中有设备老化的原因,也有环境变化的因素,还有不当操作也会导致计量设备的故障,但是一旦故障涉及叶片和轴承,那么就一定会影响到计量的准确性,因此涡轮流量计的在线监测重点部件就是涡轮流量计的叶片和轴承。


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