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目前,在中國天然氣計量系統(tǒng)中以孔板流量計為主。*,孔板流量計由節(jié)流裝置、導(dǎo)壓管路系統(tǒng)、差壓計組成。其特點是量程比小,壓損大,對脈動流很敏感,不可以測雙向流等。雖然孔板流量計已有上百年的歷史,但由于計量儀表誤差(節(jié)流裝置的設(shè)計、制造、安裝和使用條件不符合ISO5167-1[1]的要求,或者儀表選擇不當(dāng))以及使用條件變化帶來的誤差(較長時間內(nèi),流量的變化超出了所選儀表的測量范圍,或者脈動流的產(chǎn)生),往往使孔板流量計的精度不能優(yōu)于±1.5%。盡管ISO/TR3313[2]已對脈動流的抑制及誤差估 計提供一些數(shù)據(jù)供用戶使用參考,但要應(yīng)付現(xiàn)場的需要仍有很多不足之處:①現(xiàn)場的阻流件類型遠(yuǎn)多于標(biāo)準(zhǔn)中提供的,并且阻流件的組合形式千變?nèi)f化,因此現(xiàn)場仍有些問題有待解決(如旋風(fēng)分離器、匯管在標(biāo)準(zhǔn)中就沒有規(guī)定);②試驗研究需花費大量的人力、物力;③采用整流管以縮短直管段長度會帶來附加壓損,同時也會增加使用維護(hù)工作量。孔板不適于測脈動流,因差壓信號與流量為非線性關(guān)系,引壓管線使信號遲滯及畸變,節(jié)流件對脈動波產(chǎn)生障礙形成波的反射等[3]。由于上述影響孔板流量計貿(mào)易結(jié)算精度的因素多,造成天 然氣輸送計量誤差達(dá)2%以上。如何改善與提高天然氣計量系統(tǒng)的精度是業(yè)內(nèi)人士普遍關(guān)心的問題,并相應(yīng)開發(fā)了大量的新型流量計。在諸多流量計中,通過中國天然氣流量計量站(以下簡稱計量站)天然氣實流測試與現(xiàn)場應(yīng)用,證明超聲流量計、智能型旋進(jìn)旋渦流量計效果較好,值得推廣使用。
天然氣流量計量站概況
中國石油工業(yè)天然氣流量計量站是亞洲投資規(guī)模zui大的天然氣計量站,擁有質(zhì)量一時間法(mt)一級標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)(其不確定度0.1%)和臨界流文丘利噴嘴次級標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)(其不確定度0.25%)。標(biāo)定壓力范圍:0.2~3.8MPa,標(biāo)定工況流量范圍:5~6000m3/h。管徑范圍:DN25~DN400。迄今為止,對美國、荷蘭、德國、新加坡、中國等國各種流量計進(jìn)行了實流標(biāo)定與比對,積累了數(shù)萬個實驗數(shù)據(jù)。
氣體超聲流量計的實流標(biāo)定與現(xiàn)場應(yīng)用
1 實流標(biāo)定
計量站用不確定度為0.25%的臨界流文丘利噴嘴作流量標(biāo)準(zhǔn)裝置,按AGA.NO.9[4]報告草案并結(jié)合JJGl98-94檢定規(guī)程[5]分別進(jìn)行了以下不同測試:①不同聲道(五、四、三、二、一);②不同管徑(DN300、DN150);③不同安裝條件(理想管路條件、非理想管路條件;"理想條件"是指安裝條件較理想,如170D以內(nèi)無彎頭,無過渡部件,無阻力件等。流場較穩(wěn)定,如無脈動流,無旋渦流;"非理想條件"是指在超聲流量計上游13D前人為加入阻力件、雙彎頭、T形彎頭、伸縮器、匯管等);④不同安裝方向(流量計正、反向安裝,聲道水平、垂直安裝);⑤不同壓力(2.0MPa、1.2MPa、0.8MPa)。
?。?)超聲流量計適宜于高壓、大口徑、大流量工況條件,但對小流量尤其是拐點(zui大流量的10%,用Qt表示)以下流量段應(yīng)慎用(見圖1)。
圖1 12"Q.Sonic-5S超聲流量計理想管路后和非理想管路后測試結(jié)果比較(標(biāo)況)
說明:雙彎頭后測試中,除流量為240m3/h時,其相對示值誤差為1.45%外,其余各點都在指標(biāo)內(nèi)。
圖2 12''4S超聲流量計理想管路下正、反向流量示值誤差比較圖(流量計系數(shù)0.9962)
(3)對同一生產(chǎn)廠家的超聲流量計,聲道數(shù)越多,流量計量準(zhǔn)確度越高,性能越可靠(見表1)。
表1 相同條件下聲道數(shù)對超聲流量計的影響
序號 | 聲道數(shù) | 安裝條件 | Qt以上 | Qt以下 | ||
相對示值誤差(%) | 重復(fù)性(%) | 相對示值誤差(%) | 重復(fù)性(%) | |||
1 | 五聲道 | 理想條件 | -0.32 | 0.16 | -0.64 | 0.30 |
2 | 三聲道 | 理想條件 | -0.38 | 0.20 | 0.93 | 0.26 |
3 | 雙聲道 | 理想條件 | -0.65 | 0.39 | -0.77 | 0.26 |
4 | 單聲道 | 理想條件 | 0.96 | 0.44 | -1.14 | 0.48 |
圖3 理想管路條件下流量系數(shù)調(diào)整前、后測試結(jié)果比較圖
?。?span>5)DN300三聲道超聲流量計在"非理想管路條件"下和同等條件下的四聲道流量計測試結(jié)果可以看出,在流量計聲道出現(xiàn)故障時,能有效進(jìn)行診斷和補(bǔ)償(見圖4)。
圖4 超聲流量計非理想管路條件下0.8MPa壓力三聲道、四聲道工況流量相對示值誤差圖(流程二,流量計系數(shù)=0.9962)
?。?span>6)超聲流量計在"理想管路條件"下(超聲流量計上游直管段170D,下游直管段15D)2.0、1.2、0.8MPa壓力下,工況流量示值相對誤差略有不同,但流量相對示值誤差、重復(fù)性和峰間誤差均符合AGA.NO.9號報告要求,詳見圖5。說明在超聲流量計入口無旋渦流,脈動流情況下,在正常工作壓力范圍內(nèi),能保證精度優(yōu)于±0.5%。
圖5 超聲流量計理想管路條件正向流不同壓力工況流量相對示值誤差圖(流量計系數(shù)=0.9962)
2 現(xiàn)場應(yīng)用
本測試中的DN300五聲道超聲流量計與DN300 4S超聲流量計均在青白江站進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用,并與孔板流量汁進(jìn)行了在線比對。實驗管路的工作壓力約0.9MPa(表壓),流量約為160萬方/日(約相當(dāng)于6000m3/h);同時另一臺DN500 5S氣體超聲流量計和DN150單聲道氣體超聲流量計分別在北京集輸公司和四川德陽進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用;另外,氣體超聲流量計在克拉瑪依、長慶油田等均進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用[6],結(jié)果共同表明其性能穩(wěn)定、可靠,能適應(yīng)壓力、流量具有一定波動幅度的工況條件,流量計算機(jī)能自動顯示瞬時流量、累積流量、壓力、溫度等各種參數(shù),具有無壓損、可測脈動流、自動化程度高、現(xiàn)場使用操作簡便、故障自診斷能力強(qiáng)、測量范圍寬、抗*力強(qiáng)等特點。
結(jié) 論
對大口徑、高流量的計量系統(tǒng)宜采用超聲流量計
超聲流量計計量準(zhǔn)確度可優(yōu)于±0.5%,其具有準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好、量程比寬、抗*力較強(qiáng)、維修量小、可測雙向流等特點。為保證計量系統(tǒng)精度,在現(xiàn)場使用前須經(jīng)實流測試校準(zhǔn),在Qt以下流量段應(yīng)慎用。
安徽康盛電氣集團(tuán)有限公司
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