涡轮流量计超声波流量计在天然气计量中的应用
摘要：随着天然气的广泛应, 天然气计量成为人们关注的话题。本文主要介绍了涡轮流量计、超声波流量计在天然气计量中的应用及存在的主要问题, 并提出了相应的解决方式方法。阐叙了我国未来天然气计量的发展趋势
1 前言
21世纪为天然气的世纪, 天然气是优质的燃料和化工原料。它广泛用于玻璃制品生产, 发电, 氮肥生产, 城市燃气, 是一种理想的清洁能源, 是的重要能源命脉之一, 在国民经济发展中占有重要的地位。随着社会的进步, 人们活动的活跃, 能源面临着越来越短缺, 因此合理利用能源, 有效开展节约能源的课题就摆在人们面前, 就天然气来讲, 通过的计量, 是减少天然气浪费的有效途径之一。
2 涡轮流量计与超声波流量计的工作原理
2.1 涡轮流量计
涡轮流量计由涡轮、轴承、前置放大器、显示仪表组成。
被测流体冲击涡轮叶片, 使涡轮旋转, 涡轮的转速随流量的变化而变化, 即流量大, 涡轮的转速也大, 再经磁电转换装置把涡轮的转速转换为相应频率的电脉冲, 经前置放大器放大后, 送入显示仪表进行计数和显示, 根据单位时间内的脉冲数和累计脉冲数即可求出瞬时流量和累积流量。
涡轮变送器的工作原理是当流体沿着管道的轴线方向流动, 并冲击涡轮叶片时, 便有与流量qv、流速V和流体密度ρ乘积成比例的力作用在叶片上, 推动涡轮旋转。在涡轮旋转的同时, 叶片周期性地切割电磁铁产生的磁力线, 改变线圈的磁通量。根据电磁感应原理, 在线圈内将感应出脉动的电势信号, 此脉动信号的频率与被测流体的流量成正比。
涡轮变送器输出的脉冲信号, 经前置于放大器放大后, 送入显示仪表, 就可以实现流量的测量。
2.2 超声流量计
其工作原理——超声波在流动的流体中传播时就载上流体流速的信息。因此通过接收到的超声波就可以检测出流体的流速, 从而换算成流量。
超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累积系统3部分组成。超声波发射换能器将电能转换为超声波能量, 并将其发射到被测流体中, 接收器接收到的超声波信号, 经电子线路放大并转换为代表流量的电信号, 供给显示和积算仪表进行显示和积算, 这样就实现了流量的检测和显示。
3 涡轮流量计、超声波流量计优、缺点比较及应用中需注意的问题
3.1 优、缺点比较
涡轮流量计优点:
(1) 精度高, 在所有流量计仪表中属于***的流量仪表;
(2) 重复性好;
(3) 无零点漂移, 抗干扰性好;
(4) 测量范围度宽;
(5) 结构紧凑。
缺点:
(1) 不能长期保持校准特性;
(2) 流体物性对流量特性影响较大
超声波流量计优点:
(1) 检测件是一段无阻碍物的圆管, 结构简单、无可动部件、无压力损失并且免维护。
(2) 适用的流量范围大 (量程比宽为40:1, ***高可达100:1) 。
(3) 度高 (≤±0·5%) , 重复性好, 线性好。
(4) 具有双向测量功能, 且双向测量的准确度相同。
(5) 有强大的自检和自诊断功能。
缺点:
(1) 在传播时间法时, 只能用于清洁液体和气体, 而在多普勒法时, 测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体;
(2) 多普勒法测量精度不高。
(3) 现场应用较少
3.2 运用过程中需要注意的问题
为了保障涡轮流量计的正常运行, 在其运用的历程中应注重以下几个问题:
3.2.1 涡轮流量计对被测介质有严厉的请求
(1) 涡轮流量计个别只用于计量低粘度的单相流体。
(2) 用涡轮流量计计量的介质流体应处于紊流状况。
(3) 目前大多数涡轮流量计的轴承为球体轴承, 因而对被测介质的干净度有很高的请求。
3.2.2 涡轮流量计口径的抉择应注重的问题
在抉择涡轮流量计的口径时, 应使介质的工况流量在流量计测量规模的15%—70%之间。当被测介质流量处于所选流量计测量规模的15%以下时, 介质流体在管道中流速迟缓处于层流状况, 流量计的测量线性变差, 难以到达请求的计量精度。当介质工况流量大于所抉择流量计测量规模的70%时, 涡轮转速将变的很大, 减速轴承和支架的磨损, 影响涡轮流量计的运用寿命。
3.2.3 涡轮流量计在装置中应注重的问题
(1) 介质流体流速散布不平均和旋涡流是影响涡轮流量计测量精度的重要起因, 要清除流速不平均和旋涡流则须要在涡轮流量计前端有足够长的直管段。
(2) 涡轮流量计的装置点不能有激烈的机械震惊和强的电磁搅扰。
(3) 涡轮流量计在装置方法上能够是程度、倾斜、垂直装置, 随装置方法的不同, 若要想取得高精度的测量, 必需采取程度装置。
3.2.4 培修和校验应注重的问题
(1) 涡轮流量计是拆卸周密的精细仪表, 改换配件或是从新拆卸后都会引起仪表系数的变更, 因而为保障测量的精度在改换配件或是从新拆卸后都应从新校验并更改仪表系数。
(2) 涡轮流量计随运行的时光增加或改换部件其仪表系数会发作转变, 因而必须要对涡轮流量计进行校验。
3.3 超声波流量计量在应用中, 需要注意以下几个方面的问题
3.3.1 正确的选择
这是超声波流量计能够正常工作的基础。如果选型不当, 或会造成流量无法测量, 或者用户使用不便等后果。
3.3.2 合理的安装
换能器安装不合理是超声波流量计不能正常工作的主要原因。安装换能器需要考虑位置的确定和方式的选择两个问题。确定位置时除保证足够的上、下游直管段外, 尤其要注意换能器尽量避开有变频器、电焊机等污染电影的场合。
3.3.3 及时核对
对于现场安装固定式超声波流量计数量大。范围广的用户, 可以配备一台同类型的便携式超声波流量计, 用于核校现场仪表的情况。
3.4 二次仪表、色谱分析仪对涡轮流量计、超声波流量计的影响
由于天然气是一种可压缩性流体, 作为一次检测仪表的流量计本身仅仅能够检测工况下的气体体积量, 无法给出统一状态下的气体体积量, 给天然气的计量带来很大的不便。为了更准确的计量, 必须有一种可以在线检测气体的温度、压力和流量信号, 并进行压缩因子自动修正和流量自动跟踪补偿, 将工况体积量转换成标准状态体积量的仪器, 在这种背景下就产生了体积修正仪, 也就是天然气计量的二次仪表。
体积修正仪主要用来在线检测气体的温度、压力、流量等信号, 并进行压缩因子自动修正和流量自动跟踪补偿, 将工况体积量转换成标准状态体积量的仪表[1]。
由于体积修正仪作为天然气流量计量的二次仪表, 其精度在很大程度上受流量检测元件 (一般为涡轮流量计) 的限制。目前绝大多数的天然气公司在天然气到达用户时都采用在调压器后安装涡轮流量计, 这样做的好处是防止管道压力变化对计量结果产生影响, 可以使计量更加准确。
在天然气计量交接过程中, 为实现交接的统一和使用方便, 使数据具有可比性, 需要计量标况下的流量, 而在工况和标况之间转换时除了受温度和压力的影响外, 压缩因子也会产生一定的影响, 目前场站超声流量计计量用到的气体组分主要通过在线气相色谱仪实时检测得到的。
而色谱法是利用混合物中各组分的不同的物理或化学性质达到分离的目的。分离后的组分可以进行定性或定量分析, 有时分离和测定同时进行, 有时先分离后测定。
色谱分析仪的目的, 在于分析外输天然气的组分, 提供给流量计算机补偿, 以获取流经流量计的准确体积流量, 可以采取定期使用化验室的色谱分析仪对天然气组分进行分析, 使其计量数据更加准确。
4 未来发展趋势
随着中国加入WTO, 外资企业不断进人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即将成为面对面的现实[4], 其计量观念与发展趋势也将由此而发生系列变化。分析表明, 下一步我国天然气计量将向以下七方面发展:
(1) 计量方式向自动化、智能化、远程化计量方式发展
由于电子技术、计算机以及互联网技术的迅猛发展, 天然气计量已逐步向在线、实时、智能靠近, 同时依靠网络技术实现远程化通讯、控制和管理。
(2) 检定方式、量值溯源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, 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。
(3) 仪表选型从单一仪表向多元化仪表发展
过去流量仪表选型比较单一, 近几年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。
(4) 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。
(5) 计量方式从体积计量向能量计量发展
我国天然气贸易计量方法是在法定的质量指标下按体积计量。随着市场经济的不断完善, 要求我国天然气贸易计量方法尽快与国际接轨, 有关天然气能量计量成为发展趋势。
(6) 单一数据管理向计量系统管理方向发展
单一数据管理具有诸多缺点。计算机技术的发展给天然气计量系统管理创造了良好的条件。天然气计量管理从影响测量结果的各个方面、各个环节进行全过程的、动态的、科学管理。
(7) 计量管理从事后计量纠纷解释向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。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, 并从事后计量纠纷解释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。
5 总结
随着天然气的进一步广泛利用, 国内一些流量计虽然有成熟的标准以及检测计量技术, 但由于工况条件限制及用户对燃气性质的认可, 不可避免存在一些问题。因此完善我国的计量方式及采用和借鉴国外的先进的计量方式势在必行。