1 引言
纵观世界能源近一个世纪的发展,在20世纪20年代是煤炭的高峰期,70～90年代石油接替煤炭,到21世纪早期天然气将逐步代替石油,其原因是近20年来石油产量上升缓慢,而天然气却高速增长,1970～1996年世界天然气年产量翻了一番还多[1],而石油产量基本维持不变。据称世界仍蕴藏极丰富的天然气资源,它为天然气工业的发展奠定了坚实的基础。同时天然气流量计量也具有了十分重要的地位。因此,笔者认为,应该对天然气流量计进行充分地认识及把握,在此基础上给出天然气流量计使用建议。
2 流量计测量原理及特征
我们知道,天然气流量计主要包括孔板流量计及气体涡轮流量计。下面主要根据如上两种流量计进行原理及特征的介绍。
2.1 孔板流量计
2.1.1 测量原理
孔板流量计主要由如下两个方面组成:孔板节流装置(主要产生压力差,又称一次装置);压力计、差压计、温度计以及相关参数仪器仪表加信号引线等组成(上面几个部分总称为二次检测仪表)。
由上面的组成可知,孔板流量计属于一种差压式流量计。当天然气气流流经管道中的孔板时,气流流速将会在孔板处形成局部收缩,这样就会使得气流流速增大,静压力由此而降低,在孔板前后产生极微小的静压力差(差压)。流体的流过孔板的速度越快,那么孔板前后所产生的差压也随之增大。这样,就可以通过测量差压来间接测量天然气流量的大小[2]。
2.1.2 特征
目前,孔板流量计为使用较多的天然气流量计,它是这样的一种天然气流量计,即它可以通过测量孔板前后的差压来计量天然气气体流量。据统计,石油天然气行业采用孔板流量计作为贸易计量的约为95%以上,且多为国产表。根据孔板流量计自身的组成特点,其既存在着优点,又存在着缺点。
(1)优点:① 孔板流量计适用于大口径管道的计量;② 结构简单,易于安装;③ 不存在可动部件,气体的气密性良好;④应用历史较长,实验数据最为全面,所规定的使用标准最为全面;⑤造价便宜。
(2)缺点:①测量范围有限;②安装条件成为影响流量计准确度的限制因素;③压力损失较大(一般为40%左右);④不能直接的进行读数,使用起来极为不便。
2.2 气体涡轮流量计
2.2.1 测量原理[3]
当天然气进入涡轮流量计时,首先需要经过特殊结构的前导流体并使天然气流体加速。在这样的条件下,因为气体涡轮叶片跟流体流动的方向成一定的角度(0°＜α＜90°),这就使得气流对涡轮产生力矩的作用,从而带动了涡轮的旋转、运动。当各种动力矩达到平衡之后,涡轮的旋转动能处于稳定的状态。经过计算可知,涡轮转动角速度(ω)与气体流量成线性关系。
关于涡轮流量计的流量计算,可以用如下公式表示:Qv=F/k。
上式中:Qv——工作状态下气体的流量(m3/h) ;
F——涡轮单位时间转动的次数,即频率(Hz);
k——涡轮机流量计仪表的脉冲数(1/m3)。
2.2.2 特点
同样地,气体涡轮机既存在优点,亦存在缺点。
(1)优点:① 精确度较高,在1.0%左右;②重复性好,短期可以达到0.1%左右;③输出信号为脉冲频率信号,适合在总量计算以及与计算机相接,抗扰力强;④口径范围较宽,可达40∶1～10∶1;⑤结构紧凑轻巧,安装及维护较为方便。
(2)缺点:① 涡轮流量计的特性易受外界因素之影响,如介质物质性以及气体流体流动性;② 涡轮流量计的轴承易发生磨损导致特性偏移;③涡轮流量计需要经常性地进行在线校准。
3 对天然气流量计的几点建议
无论是孔板流量计,还是气体涡轮流量计,均易受到温度(包括介质温度及环境温度)、压力的影响。因此,需要克服这几个方面的影响,这样才能够使天然气流量计得以实现最优化管理。具体而言,可以总结如下几个方面:
(1)对于现存的的无压力、无温度补偿的天然气流量计,应该对其入口的介质压力及温度,尽可能实现入口介质压力及介质温度实现标准化;
(2)当天然气管道内的气体流量较大时,应该加压力以及温度修正之功能;
(3)对于较为特殊的流量计(如气流流量较大的流量计)而言,其安装使用环境应该达到一定的标准,尤其是需要注意控制外部环境温度,尽量避免在过高或者过低的温度条件下使用;
(4)应该尽量避免在流量计安装及使用过程中而产生的误差,如流量计节流装置本身存在的误差、流量计阀产生的误差、直管段产生的误差、仪表现场工作时而产生的误差、工艺状况引起的误差以及天然气气质产生的误差等方面。
(5)相关流量计国家标准和检定规程中应增加对智能流量计温度、压力测量性能评价规范。
4 结语
综上所述可知,当前时期下天然气流量计既存在着优点,也存在着一些缺点。随着我国科学技术地不断发展、天然气生产规模地不断加大以及各种补偿措施的不断完善,对于天然气计量的准确度的要求日益加大,天然气计量涉及的领域不能仅仅局限于气流流量之领域,而是一门综合性的知识,如涉及温度、压力、电学甚至是光学等多个计量领域。因此,需要加强天然气流量计的优化管理,以更好地为天然气生产服务。
天然气作为一种优质能源和化工原料其计量越来越被人们关注,尤其国际间对贸易天然气的计量十分重视。计量管理从 |
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