污水處理設(shè)備 污泥處理設(shè)備 水處理過(guò)濾器 軟化水設(shè)備/除鹽設(shè)備 純凈水設(shè)備 消毒設(shè)備|加藥設(shè)備 供水/儲(chǔ)水/集水/排水/輔助 水處理膜 過(guò)濾器濾芯 水處理濾料 水處理劑 水處理填料 其它水處理設(shè)備
ABG儀表集團(tuán)
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閱讀：1004發(fā)布時(shí)間：2013-5-22
1 研究背景及意義
天然氣是一種、清潔燃料和化工原料。天然氣流量計(jì)量是天然氣生產(chǎn)和使用中必須解決的一個(gè)重要問(wèn)題。在企業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)管理中流量計(jì)量是一項(xiàng)日常進(jìn)行的重要的技術(shù)基礎(chǔ)工作。天然氣的準(zhǔn)確計(jì)量不但能公平地進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算，而且能指導(dǎo)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。作為吐哈油田運(yùn)銷處天然氣輸氣工區(qū)在天然氣生產(chǎn)計(jì)量中選用的流量計(jì)儀表是孔板流量計(jì)。輸氣工區(qū)共使用孔板流量計(jì)15套，用以進(jìn)站計(jì)量和外輸計(jì)量。天然氣輸氣工區(qū)的孔板流量計(jì)是由*第5719工廠生產(chǎn)的型可換孔板閥和北京遠(yuǎn)東羅斯蒙特儀表公司生產(chǎn)的智能差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器以及流量顯示設(shè)備組成。
2 孔板流量計(jì)的計(jì)量原理及特征
2.1 孔板流量計(jì)的計(jì)量原理
孔板流量計(jì)是根據(jù)流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流元件時(shí)在其前后產(chǎn)生壓差，此差壓值與該流量的平方成正比關(guān)系來(lái)計(jì)量流量的。
2.1.1 差壓法測(cè)氣原理
充滿管道的流體，當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)節(jié)流設(shè)備（如孔板）時(shí)，流束將在節(jié)流設(shè)備處形成局部收縮，使部分壓能轉(zhuǎn)為動(dòng)能，其結(jié)果使流速增加，靜壓降低，在節(jié)流設(shè)備前后產(chǎn)生了壓力降。對(duì)于一定型式、一定尺寸的節(jié)流設(shè)備來(lái)說(shuō)，所產(chǎn)生的壓差與氣流量有關(guān)，流量越大，壓差也越大；流量減少，壓差也減小；流量為零，壓差也為零。因此，通過(guò)測(cè)量壓差的大小，就可間接地計(jì)量氣體流量，這種方法就稱差壓法測(cè)量氣體流量。
2.1.2 流束局部收縮和壓差的產(chǎn)生
在孔板前，連續(xù)流動(dòng)著的流體將遇到孔板的阻擋。在管壁處的流體由于受孔板阻擋，阻力zui大，使流體速度降低，部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變成靜壓能，其結(jié)果使孔板入口端面接近管壁處的流體靜壓力升高。而管道中心流速zui大，靜壓zui低，使其在同一端面形成徑向壓力差，其結(jié)果將使流體質(zhì)點(diǎn)在這一徑向壓差作用下產(chǎn)生一徑向加速度。在這一徑向速度作用下，靠近管壁處的流體質(zhì)點(diǎn)以偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度向孔口流動(dòng)，形成了流束的局部收縮。
由于流體運(yùn)動(dòng)的慣性，流經(jīng)節(jié)流設(shè)備后流體將繼續(xù)保持原來(lái)的流動(dòng)方向，在孔板出口端面處形成一zui小收縮截面，此處流束截面zui小，流速達(dá)zui大，壓力zui低。此后，流束又逐漸擴(kuò)大，壓力逐漸恢復(fù)升高，直到流體充滿整個(gè)管道，壓力恢復(fù)到zui大值。但孔板后的壓力并沒(méi)有恢復(fù)到原來(lái)的數(shù)值，兩者壓力之差，即為流體流經(jīng)節(jié)流設(shè)備后所產(chǎn)生的壓力損失。此壓力損失主要是由流體流經(jīng)節(jié)流設(shè)備后流束突然擴(kuò)大所產(chǎn)生渦流呆滯現(xiàn)象所造成的。在孔板出口端面處，流速已比原來(lái)增大，靜壓力也就較原來(lái)低。即p1＞p2（p1、p2分別為孔板前后的壓力）。只要測(cè)量出p1、p2之差，就可計(jì)算出通過(guò)孔板氣體流量的大小?？装?font color="#0000ff">流量計(jì)理論流量計(jì)算公式為：
式中：qν為工況下的體積流量，m3/s；C為流出因數(shù)，無(wú)量綱；β=d/D，無(wú)量綱；d為工況下孔板開(kāi)孔直徑，mm；D為工況下上游管道內(nèi)徑，mm；ε為可膨脹因數(shù)，無(wú)量綱；△p為孔板前后的差壓值，Pa；p1為工況下流體的密度，kg/m3。對(duì)于天然氣而言，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣流量的實(shí)用計(jì)算公式為：
式中：qn為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積流量，m3/s；As為秒計(jì)量系數(shù)，視采用計(jì)量單位而定。此式As=3.1794×10-6；C為流出系數(shù)；E為漸近速度系數(shù)；d為工況下孔板開(kāi)孔直徑，mm；FG為相對(duì)密度系數(shù)；ε為可膨脹系數(shù)；FZ為超壓縮因子；FT為流動(dòng)溫度系數(shù)；P1為孔板上游側(cè)取壓孔氣流靜壓，MPa；△p為氣流流經(jīng)孔板時(shí)產(chǎn)生的差壓，Pa。這種測(cè)量方式是以能量守衡和流動(dòng)連續(xù)性方程為基礎(chǔ)的。孔板流量計(jì)就是通過(guò)節(jié)流設(shè)備產(chǎn)生差壓，通過(guò)引壓管將差壓信號(hào)傳遞給計(jì)由差壓變送器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳入主控室集散控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。
2.2 孔板閥
天然氣輸氣工區(qū)孔板流量計(jì)的主要部件孔板閥（采用型閥式孔板節(jié)流設(shè)備），主要用于差壓式流量計(jì)的信號(hào)的產(chǎn)生和傳輸，可實(shí)現(xiàn)在線更換孔板，不影響輸送介質(zhì)，無(wú)附加管路；設(shè)備內(nèi)有孔板安裝定位機(jī)構(gòu)，標(biāo)定準(zhǔn)確度等級(jí)為0.5級(jí)；該設(shè)備設(shè)有上、下兩個(gè)密封腔，以及滑閥部件，無(wú)旁設(shè)附加管線，設(shè)備上、下腔間的密封件采用全硬密封結(jié)構(gòu)，閥板和閥座采用22Cr堆焊硬質(zhì)合金，設(shè)有注入密封脂輔助結(jié)構(gòu)，可以防止閥座、閥板密封面上污物的沉淀；采用法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板作為流量檢測(cè)元件。
2.3 計(jì)量誤差來(lái)源
孔板流量計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)使用中還存在不少問(wèn)題，由于新疆天氣溫差大，現(xiàn)場(chǎng)使用條件惡劣，節(jié)流設(shè)備與差壓變送器及其連接部分引壓管線、孔板片就是出現(xiàn)誤差和使用維護(hù)的重點(diǎn)。天然氣從地層中開(kāi)采出來(lái)后，雖經(jīng)分離、除塵和過(guò)濾，但節(jié)流設(shè)備在使用中也受到不同程度的腐蝕，特別對(duì)孔板直角入口邊緣和測(cè)量管內(nèi)壁的沖刷、腐蝕尤為嚴(yán)重，這將影響孔板直角入口邊緣半徑和測(cè)量管內(nèi)壁的相對(duì)粗糙的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，流出系數(shù)將發(fā)生變化，流量測(cè)量不確定度超出估計(jì)數(shù)。以下便從孔板流量計(jì)的軟件問(wèn)題和硬件問(wèn)題兩方面作簡(jiǎn)要分析。
2.3.1 孔板流量計(jì)的軟件問(wèn)題產(chǎn)生的誤差
采用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量，其流量值與天然氣組分、差壓、壓力、溫度等有關(guān)。實(shí)際運(yùn)行流量值偏離設(shè)計(jì)流量值，這是現(xiàn)場(chǎng)zui常見(jiàn)也是我們zui關(guān)心的問(wèn)題。在多數(shù)情況下，設(shè)計(jì)流量值定的都比較高，但實(shí)際運(yùn)行流量值較低，簡(jiǎn)要分析其原因主要有：
差壓變送器的可靠度是按引用誤差計(jì)量的。差壓計(jì)的誤差分布：若系統(tǒng)在50%以下運(yùn)行，差壓計(jì)的相對(duì)誤差在+1%～+6%，對(duì)流量的影響+1%～+3%。同時(shí)由于雷諾數(shù)是流量值的函數(shù)，流量值偏離必定引起雷諾數(shù)的變化，這樣必然引起流出系數(shù)的變化。這些影響集中在一起，從而產(chǎn)生實(shí)際運(yùn)行流量值偏離設(shè)計(jì)值。
介質(zhì)溫度壓力偏離設(shè)計(jì)值，在節(jié)流設(shè)備設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，對(duì)介質(zhì)流體（包括氣體和液體）流量是設(shè)計(jì)工況下的質(zhì)量流量，這特定條件包括的參數(shù)很多，主要是溫度和壓力參數(shù)。在這特定的條件（溫度、壓力等）下介質(zhì)流體的密度是一定的，如果在實(shí)際運(yùn)行時(shí)介質(zhì)流體的溫度、壓力等主要參數(shù)值偏離設(shè)計(jì)值，介質(zhì)流體的密度必然也會(huì)改變。而介質(zhì)流體的密度改變，對(duì)流量值的影響是很直觀的。
為了工藝操作的方便，儀表指示值給出的是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量，這是根據(jù)介質(zhì)流體的密度換算出來(lái)的。而介質(zhì)流體的密度改變使其換算關(guān)系也改變。兩種影響都會(huì)引起節(jié)流設(shè)備測(cè)量時(shí)的實(shí)際運(yùn)行流量值偏離設(shè)計(jì)值。
2.3.2 孔板流量計(jì)硬件的問(wèn)題產(chǎn)生的計(jì)量數(shù)據(jù)誤差
（1）孔板閥的問(wèn)題。
孔板開(kāi)孔不合適加工尺寸不符合設(shè)計(jì)要求。三閥組中的平衡閥關(guān)不嚴(yán)，有少量的泄漏致使氣體在引壓管中流動(dòng)，減少了進(jìn)變送器的差壓信號(hào)使儀表輸出偏低。檢查方法是將三閥組中的高低壓閥關(guān)閉。如果平衡閥有漏，則輸出會(huì)不停的緩慢下降，直至為零，否則儀表輸出應(yīng)不變。安裝不妥造成的誤差。例如管線布置的偏離，管線布置的偏離造成的安裝誤差是普遍性的，其產(chǎn)生的主要原因是現(xiàn)場(chǎng)不能滿足直管段要求的長(zhǎng)度；孔板倒裝使流量計(jì)示值下降。儀表本身產(chǎn)生的誤差。例如：孔板入口直角銳利度；孔板厚度誤差；節(jié)流件附件產(chǎn)生臺(tái)階、偏心；孔板上游端面平度；環(huán)室尺寸產(chǎn)生臺(tái)階、偏心；取壓位置；焊接、焊縫突出；取壓孔加工不規(guī)范或堵塞；節(jié)流件不同軸度。其他誤差。運(yùn)銷處天然氣輸氣工區(qū)zui常見(jiàn)的誤差例如孔板彎曲（變形）；上游測(cè)量管沉積臟物；上游端面沉積臟物；孔板入口直角邊緣變鈍、破損；孔板被劃傷、密封圈損壞、長(zhǎng)期使用管道腐蝕，這些硬件問(wèn)題要相對(duì)容易發(fā)現(xiàn)和糾正，針對(duì)硬件問(wèn)題天然氣輸氣工區(qū)制定了保養(yǎng)孔板的有效措施：定期對(duì)孔板進(jìn)行檢查，維護(hù)保養(yǎng)，加注密封脂，及時(shí)更換相應(yīng)部件。
（2）差壓變送器的問(wèn)題。
差壓變送器高低壓導(dǎo)管接反?，F(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)為差壓變送器的輸出不上升反而變?yōu)榱阆?，可用以下兩種方法：一是改變檢測(cè)部件和傳送部件的相對(duì)位置和導(dǎo)壓管接口；二是改變正反作用接片位置。儀表引壓管堵塞，引起流量計(jì)儀表輸出變化緩慢，甚至不變。天然氣內(nèi)含有固體懸浮顆?；蛴臀?，時(shí)間久了，有的還會(huì)固化，引起引壓管堵塞，使測(cè)量無(wú)法正常進(jìn)行。例如差壓變送器引壓管冬季凍堵（濕氣），引起計(jì)量不準(zhǔn)確，天然氣輸氣工區(qū)針對(duì)這點(diǎn)，增設(shè)了電伴熱，保溫措施，定期排污。
3 結(jié)語(yǔ)
在進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)天然氣輸氣工區(qū)孔板流量計(jì)的準(zhǔn)確計(jì)量、減少誤差，首先要加強(qiáng)管理、提高人員素質(zhì)。孔板流量計(jì)易于偏離標(biāo)準(zhǔn)的原因在于儀表本身的工作原理與結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，儀器自身誤差是制造時(shí)產(chǎn)生的，安裝和使用誤差則是在安裝時(shí)或長(zhǎng)期使用中由于流體介質(zhì)腐蝕、磨損等造成的。因此，應(yīng)嚴(yán)格按技術(shù)要求安裝流量計(jì)量系統(tǒng)，消除安裝誤差。在使用過(guò)程中，操作人員應(yīng)做好系統(tǒng)的檢修、維護(hù)、保養(yǎng)工作，延長(zhǎng)其使用壽命，減少計(jì)量誤差。其次測(cè)量?jī)x表的正確選用也很重要。測(cè)量?jī)x表應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流設(shè)備，當(dāng)流量變化范圍大時(shí)要考慮用寬量程智能差壓變送器（天然氣輸氣工區(qū)現(xiàn)用的都是智能差壓變送器）。
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