摘要：隨著天然氣的廣泛應(yīng), 天然氣計(jì)量成為人們關(guān)注的話題。本文主要介紹了渦輪流量計(jì)、超聲波流量計(jì)在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用及存在的主要問題, 并提出了相應(yīng)的解決方式方法。闡敘了我國未來天然氣計(jì)量的發(fā)展趨勢(shì)

 

 

　　1 前言

 

　　21世紀(jì)為天然氣的世紀(jì), 天然氣是優(yōu)質(zhì)的燃料和化工原料。它廣泛用于玻璃制品生產(chǎn), 發(fā)電, 氮肥生產(chǎn), 城市燃?xì)? 是一種理想的清潔能源, 是的重要能源命脈之一, 在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要的地位。隨著社會(huì)的進(jìn)步, 人們活動(dòng)的活躍, 能源面臨著越來越短缺, 因此合理利用能源, 有效開展節(jié)約能源的課題就擺在人們面前, 就天然氣來講, 通過的計(jì)量, 是減少天然氣浪費(fèi)的有效途徑之一。

 

　　2 渦輪流量計(jì)與超聲波流量計(jì)的工作原理

 

　　2.1 渦輪流量計(jì)

 

　　渦輪流量計(jì)由渦輪、軸承、前置放大器、顯示儀表組成。

 

　　被測(cè)流體沖擊渦輪葉片, 使渦輪旋轉(zhuǎn), 渦輪的轉(zhuǎn)速隨流量的變化而變化, 即流量大, 渦輪的轉(zhuǎn)速也大, 再經(jīng)磁電轉(zhuǎn)換裝置把渦輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的電脈沖, 經(jīng)前置放大器放大后, 送入顯示儀表進(jìn)行計(jì)數(shù)和顯示, 根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)和累計(jì)脈沖數(shù)即可求出瞬時(shí)流量和累積流量。

 

　　渦輪變送器的工作原理是當(dāng)流體沿著管道的軸線方向流動(dòng), 并沖擊渦輪葉片時(shí), 便有與流量qv、流速V和流體密度ρ乘積成比例的力作用在葉片上, 推動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)。在渦輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí), 葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線, 改變線圈的磁通量。根據(jù)電磁感應(yīng)原理, 在線圈內(nèi)將感應(yīng)出脈動(dòng)的電勢(shì)信號(hào), 此脈動(dòng)信號(hào)的頻率與被測(cè)流體的流量成正比。

 

　　渦輪變送器輸出的脈沖信號(hào), 經(jīng)前置于放大器放大后, 送入顯示儀表, 就可以實(shí)現(xiàn)流量的測(cè)量。

 

　　2.2 超聲流量計(jì)

 

　　其工作原理——超聲波在流動(dòng)的流體中傳播時(shí)就載上流體流速的信息。因此通過接收到的超聲波就可以檢測(cè)出流體的流速, 從而換算成流量。

 

　　超聲波流量計(jì)由超聲波換能器、電子線路及流量顯示和累積系統(tǒng)3部分組成。超聲波發(fā)射換能器將電能轉(zhuǎn)換為超聲波能量, 并將其發(fā)射到被測(cè)流體中, 接收器接收到的超聲波信號(hào), 經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號(hào), 供給顯示和積算儀表進(jìn)行顯示和積算, 這樣就實(shí)現(xiàn)了流量的檢測(cè)和顯示。

　　3 渦輪流量計(jì)、超聲波流量計(jì)優(yōu)、缺點(diǎn)比較及應(yīng)用中需注意的問題

 

　　3.1 優(yōu)、缺點(diǎn)比較

 

　　渦輪流量計(jì)優(yōu)點(diǎn):

 

　　(1) 精度高, 在所有流量計(jì)儀表中屬于***的流量儀表;

 

　　(2) 重復(fù)性好;

 

　　(3) 無零點(diǎn)漂移, 抗干擾性好;

 

　　(4) 測(cè)量范圍度寬;

 

　　(5) 結(jié)構(gòu)緊湊。

 

　　缺點(diǎn):

 

　　(1) 不能長期保持校準(zhǔn)特性;

 

　　(2) 流體物性對(duì)流量特性影響較大

 

　　超聲波流量計(jì)優(yōu)點(diǎn):

 

　　(1) 檢測(cè)件是一段無阻礙物的圓管, 結(jié)構(gòu)簡單、無可動(dòng)部件、無壓力損失并且免維護(hù)。

 

　　(2) 適用的流量范圍大 (量程比寬為40:1, ***高可達(dá)100:1) 。

 

　　(3) 度高 (≤±0·5%) , 重復(fù)性好, 線性好。

 

　　(4) 具有雙向測(cè)量功能, 且雙向測(cè)量的準(zhǔn)確度相同。

 

　　(5) 有強(qiáng)大的自檢和自診斷功能。

 

　　缺點(diǎn):

 

　　(1) 在傳播時(shí)間法時(shí), 只能用于清潔液體和氣體, 而在多普勒法時(shí), 測(cè)量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體;

 

　　(2) 多普勒法測(cè)量精度不高。

 

　　(3) 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較少

 

　　3.2 運(yùn)用過程中需要注意的問題

 

　　為了保障渦輪流量計(jì)的正常運(yùn)行, 在其運(yùn)用的歷程中應(yīng)注重以下幾個(gè)問題:

 

　　3.2.1 渦輪流量計(jì)對(duì)被測(cè)介質(zhì)有嚴(yán)厲的請(qǐng)求

 

　　(1) 渦輪流量計(jì)個(gè)別只用于計(jì)量低粘度的單相流體。

 

　　(2) 用渦輪流量計(jì)計(jì)量的介質(zhì)流體應(yīng)處于紊流狀況。

 

　　(3) 目前大多數(shù)渦輪流量計(jì)的軸承為球體軸承, 因而對(duì)被測(cè)介質(zhì)的干凈度有很高的請(qǐng)求。

 

　　3.2.2 渦輪流量計(jì)口徑的抉擇應(yīng)注重的問題

 

　　在抉擇渦輪流量計(jì)的口徑時(shí), 應(yīng)使介質(zhì)的工況流量在流量計(jì)測(cè)量規(guī)模的15%—70%之間。當(dāng)被測(cè)介質(zhì)流量處于所選流量計(jì)測(cè)量規(guī)模的15%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(cè)量線性變差, 難以到達(dá)請(qǐng)求的計(jì)量精度。當(dāng)介質(zhì)工況流量大于所抉擇流量計(jì)測(cè)量規(guī)模的70%時(shí), 渦輪轉(zhuǎn)速將變的很大, 減速軸承和支架的磨損, 影響渦輪流量計(jì)的運(yùn)用壽命。

 

　　3.2.3 渦輪流量計(jì)在裝置中應(yīng)注重的問題

 

　　(1) 介質(zhì)流體流速散布不平均和旋渦流是影響渦輪流量計(jì)測(cè)量精度的重要起因, 要清除流速不平均和旋渦流則須要在渦輪流量計(jì)前端有足夠長的直管段。

 

　　(2) 渦輪流量計(jì)的裝置點(diǎn)不能有激烈的機(jī)械震驚和強(qiáng)的電磁攪擾。

 

　　(3) 渦輪流量計(jì)在裝置方法上能夠是程度、傾斜、垂直裝置, 隨裝置方法的不同, 若要想取得高精度的測(cè)量, 必需采取程度裝置。

 

　　3.2.4 培修和校驗(yàn)應(yīng)注重的問題

 

　　(1) 渦輪流量計(jì)是拆卸周密的精細(xì)儀表, 改換配件或是從新拆卸后都會(huì)引起儀表系數(shù)的變更, 因而為保障測(cè)量的精度在改換配件或是從新拆卸后都應(yīng)從新校驗(yàn)并更改儀表系數(shù)。

 

　　(2) 渦輪流量計(jì)隨運(yùn)行的時(shí)光增加或改換部件其儀表系數(shù)會(huì)發(fā)作轉(zhuǎn)變, 因而必須要對(duì)渦輪流量計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)。

 

　　3.3 超聲波流量計(jì)量在應(yīng)用中, 需要注意以下幾個(gè)方面的問題

 

　　3.3.1 正確的選擇

 

　　這是超聲波流量計(jì)能夠正常工作的基礎(chǔ)。如果選型不當(dāng), 或會(huì)造成流量無法測(cè)量, 或者用戶使用不便等后果。

 

　　3.3.2 合理的安裝

 

　　換能器安裝不合理是超聲波流量計(jì)不能正常工作的主要原因。安裝換能器需要考慮位置的確定和方式的選擇兩個(gè)問題。確定位置時(shí)除保證足夠的上、下游直管段外, 尤其要注意換能器盡量避開有變頻器、電焊機(jī)等污染電影的場(chǎng)合。

 

　　3.3.3 及時(shí)核對(duì)

 

　　對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)安裝固定式超聲波流量計(jì)數(shù)量大。范圍廣的用戶, 可以配備一臺(tái)同類型的便攜式超聲波流量計(jì), 用于核校現(xiàn)場(chǎng)儀表的情況。

 

　　3.4 二次儀表、色譜分析儀對(duì)渦輪流量計(jì)、超聲波流量計(jì)的影響

 

　　由于天然氣是一種可壓縮性流體, 作為一次檢測(cè)儀表的流量計(jì)本身僅僅能夠檢測(cè)工況下的氣體體積量, 無法給出統(tǒng)一狀態(tài)下的氣體體積量, 給天然氣的計(jì)量帶來很大的不便。為了更準(zhǔn)確的計(jì)量, 必須有一種可以在線檢測(cè)氣體的溫度、壓力和流量信號(hào), 并進(jìn)行壓縮因子自動(dòng)修正和流量自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償, 將工況體積量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積量的儀器, 在這種背景下就產(chǎn)生了體積修正儀, 也就是天然氣計(jì)量的二次儀表。

 

　　體積修正儀主要用來在線檢測(cè)氣體的溫度、壓力、流量等信號(hào), 并進(jìn)行壓縮因子自動(dòng)修正和流量自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償, 將工況體積量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積量的儀表[1]。

 

　　由于體積修正儀作為天然氣流量計(jì)量的二次儀表, 其精度在很大程度上受流量檢測(cè)元件 (一般為渦輪流量計(jì)) 的限制。目前絕大多數(shù)的天然氣公司在天然氣到達(dá)用戶時(shí)都采用在調(diào)壓器后安裝渦輪流量計(jì), 這樣做的好處是防止管道壓力變化對(duì)計(jì)量結(jié)果產(chǎn)生影響, 可以使計(jì)量更加準(zhǔn)確。

 

　　在天然氣計(jì)量交接過程中, 為實(shí)現(xiàn)交接的統(tǒng)一和使用方便, 使數(shù)據(jù)具有可比性, 需要計(jì)量標(biāo)況下的流量, 而在工況和標(biāo)況之間轉(zhuǎn)換時(shí)除了受溫度和壓力的影響外, 壓縮因子也會(huì)產(chǎn)生一定的影響, 目前場(chǎng)站超聲流量計(jì)計(jì)量用到的氣體組分主要通過在線氣相色譜儀實(shí)時(shí)檢測(cè)得到的。

 

　　而色譜法是利用混合物中各組分的不同的物理或化學(xué)性質(zhì)達(dá)到分離的目的。分離后的組分可以進(jìn)行定性或定量分析, 有時(shí)分離和測(cè)定同時(shí)進(jìn)行, 有時(shí)先分離后測(cè)定。

 

　　色譜分析儀的目的, 在于分析外輸天然氣的組分, 提供給流量計(jì)算機(jī)補(bǔ)償, 以獲取流經(jīng)流量計(jì)的準(zhǔn)確體積流量, 可以采取定期使用化驗(yàn)室的色譜分析儀對(duì)天然氣組分進(jìn)行分析, 使其計(jì)量數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。

 

　　4 未來發(fā)展趨勢(shì)

 

　　隨著中國加入WTO, 外資企業(yè)不斷進(jìn)人我國天然氣市場(chǎng)以及引進(jìn)國外天然氣的可能性、天然氣計(jì)量與國際接軌即將成為面對(duì)面的現(xiàn)實(shí)[4], 其計(jì)量觀念與發(fā)展趨勢(shì)也將由此而發(fā)生系列變化。分析表明, 下一步我國天然氣計(jì)量將向以下七方面發(fā)展:

 

　　(1) 計(jì)量方式向自動(dòng)化、智能化、遠(yuǎn)程化計(jì)量方式發(fā)展

 

　　由于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展, 天然氣計(jì)量已逐步向在線、實(shí)時(shí)、智能靠近, 同時(shí)依靠網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程化通訊、控制和管理。

 

　　(2) 檢定方式、量值溯源從靜態(tài)單參數(shù)向動(dòng)態(tài)多參數(shù)溯源發(fā)展

 

　　過去流量計(jì)檢定方式通常采用檢定靜態(tài)單參數(shù)方法, 隨著國內(nèi)國外實(shí)流檢定技術(shù)的成熟, 天然氣流量量值溯源正逐步向?qū)嵙鳈z定方向發(fā)展, 即以實(shí)際天然氣介質(zhì)、在接近實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)工況等條件下對(duì)流量的分參數(shù)如壓力、溫度、氣質(zhì)組分和流量總量進(jìn)行動(dòng)態(tài)量值溯源。

 

　　(3) 儀表選型從單一儀表向多元化儀表發(fā)展

 

　　過去流量儀表選型比較單一, 近幾年隨著對(duì)流量計(jì)的研究和開發(fā), 不同的流量計(jì)有不同的特點(diǎn)和適應(yīng)范圍, 流量儀表選型由此呈現(xiàn)從單一儀表向多元化儀表方向發(fā)展。

 

　　(4) 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)由單一標(biāo)準(zhǔn)向多重標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展

 

　　我國天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)不斷發(fā)展、豐富和完善, 結(jié)合國外標(biāo)準(zhǔn)后我國流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)已基本構(gòu)成完整的體系, 正逐步由單一標(biāo)準(zhǔn)向多重標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展。

 

　　(5) 計(jì)量方式從體積計(jì)量向能量計(jì)量發(fā)展

 

　　我國天然氣貿(mào)易計(jì)量方法是在法定的質(zhì)量指標(biāo)下按體積計(jì)量。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷完善, 要求我國天然氣貿(mào)易計(jì)量方法盡快與國際接軌, 有關(guān)天然氣能量計(jì)量成為發(fā)展趨勢(shì)。

 

　　(6) 單一數(shù)據(jù)管理向計(jì)量系統(tǒng)管理方向發(fā)展

 

　　單一數(shù)據(jù)管理具有諸多缺點(diǎn)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展給天然氣計(jì)量系統(tǒng)管理創(chuàng)造了良好的條件。天然氣計(jì)量管理從影響測(cè)量結(jié)果的各個(gè)方面、各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全過程的、動(dòng)態(tài)的、科學(xué)管理。

 

　　(7) 計(jì)量管理從事后計(jì)量糾紛解釋向事前過程管理發(fā)展隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 人們?cè)絹碓街匾曁烊粴庥?jì)量。因此, 人們對(duì)天然氣計(jì)量在管理觀念上正發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變, 不僅對(duì)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量器具的使用及相應(yīng)人員進(jìn)行管理, 并從事后計(jì)量糾紛解釋向加強(qiáng)事前儀表采購選型、安裝使用、過程控制、質(zhì)量監(jiān)督、數(shù)據(jù)管理、實(shí)流檢定的管理轉(zhuǎn)變和發(fā)展。

 

　　5 總結(jié)

 

　　隨著天然氣的進(jìn)一步廣泛利用, 國內(nèi)一些流量計(jì)雖然有成熟的標(biāo)準(zhǔn)以及檢測(cè)計(jì)量技術(shù), 但由于工況條件限制及用戶對(duì)燃?xì)庑再|(zhì)的認(rèn)可, 不可避免存在一些問題。因此完善我國的計(jì)量方式及采用和借鑒國外的先進(jìn)的計(jì)量方式勢(shì)在必行。