1 問(wèn)題的提出
旋進(jìn)旋渦流量計(jì)（以下簡(jiǎn)稱流量計(jì)）作為一種高精度的氣體流量計(jì)量?jī)x，被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于油氣田天然氣的計(jì)量中。由于實(shí)際生產(chǎn)計(jì)量中天然氣的成分不純，往往夾雜著一些雜質(zhì)（如油污、沙礫等），容易造成流量計(jì)進(jìn)氣道的污染、堵塞和磨損，從而影響流量計(jì)的計(jì)量誤差。我們模擬流量計(jì)在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的使用情況，利用實(shí)驗(yàn)的方法，確定流量計(jì)在不同狀況下的計(jì)量誤差，為實(shí)際生產(chǎn)提供參考依據(jù)。
2 實(shí)驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)
2.1 模擬實(shí)驗(yàn)
多數(shù)流量計(jì)的旋渦發(fā)生器是鋁制材料，容易被腐蝕和磨損，同時(shí)，由于旋渦發(fā)生器的進(jìn)氣道比較狹窄，在實(shí)際計(jì)量中容易被雜質(zhì)堵塞。因此，根據(jù)這種特點(diǎn)以及實(shí)際運(yùn)行中容易發(fā)生的故障，我們選用型號(hào)為L(zhǎng)UXZ-50B的旋進(jìn)旋渦智能流量計(jì)（儀表精度為1.5%），并設(shè)計(jì)了如下3種實(shí)驗(yàn)方案。
（1）將流量計(jì)安裝在鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上，調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥，依據(jù)JJG198-94《速度式流量計(jì)檢定規(guī)程》在大流量下重復(fù)檢定3次，計(jì)算出該流量點(diǎn)的平均儀表系數(shù)K0。然后用液化的松香模擬油污噴在流量計(jì)的旋渦發(fā)生器進(jìn)氣道的每個(gè)葉片上，形成1mm模擬的油污層，在不改變流量調(diào)節(jié)閥狀態(tài)的情況下，對(duì)該流量計(jì)重復(fù)檢定3次，計(jì)算出該流量點(diǎn)的平均儀表系數(shù)K1。同樣的情況，分別模擬油污厚度2mm、4mm、7mm、10mm進(jìn)行檢定，求出對(duì)應(yīng)的儀表系數(shù)Ki，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
表1 模擬油污附著發(fā)生器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
| 模擬油污厚度 | 流量/m3·h-1 | 儀表系數(shù)/m3 | 相對(duì)誤差/% |
| 初態(tài) | 99.74 | 19661 | 0 |
| 1mm | 98.21 | 19702 | 0.21 |
| 2mm | 97.35 | 19783 | 0.62 |
| 4mm | 88.26 | 20258 | 3.04 |
| 7mm | 76.64 | 21652 | 10.13 |
| 10mm | 57.43 | 22642 | 15.16 |
（2）將流量計(jì)安裝在鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上，調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥，依據(jù)JJG198-94《速度式流量計(jì)檢定規(guī)程》在大流量下重復(fù)檢定3次，計(jì)算出該流量點(diǎn)的平均儀表系數(shù)K0。然后堵塞住旋渦發(fā)生器的一個(gè)進(jìn)氣道，在不改變流量調(diào)節(jié)閥狀態(tài)的情況下，對(duì)該流量計(jì)重復(fù)檢定3次，計(jì)算出該流量點(diǎn)的平均儀表系數(shù)K1。同樣的情況，分別堵塞旋渦發(fā)生器的2個(gè)、3個(gè)直至5個(gè)進(jìn)氣道（即只剩下1個(gè)進(jìn)氣道不堵）進(jìn)行檢定，求出對(duì)應(yīng)的儀表系數(shù)Ki，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。
表2 堵塞進(jìn)氣道實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
| 堵塞進(jìn)氣道數(shù)量 | 流量/m3·h-1 | 儀表系數(shù)/m-3 | 相對(duì)誤差/% |
| 初態(tài) | 99.74 | 19661 | 0 |
| 1個(gè) | 90.06 | 20377 | 3.64 |
| 2個(gè) | 79.76 | 21563 | 9.67 |
| 3個(gè) | 67.86 | 22956 | 16.76 |
| 4個(gè) | 53.90 | 23095 | 17.47 |
| 5個(gè) | 35.18 | 18157 | -7.65 |
（3）將流量計(jì)安裝在鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上，調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥在zui大和zui小流量點(diǎn)下分別求出其儀表系數(shù)K0。然后將流量計(jì)卸下、拆開(kāi)，根據(jù)旋渦發(fā)生器1年磨損0.2mm情況，我們用手動(dòng)砂輪機(jī)將旋渦發(fā)生器進(jìn)氣道的每個(gè)葉片磨去0.2mm，盡量保持流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)口狀態(tài)與原始狀態(tài)一致，對(duì)流量計(jì)分別在大流量和小流量點(diǎn)進(jìn)行檢定，求出該狀態(tài)下的儀表系數(shù)K1，同樣的情況，分別將旋渦發(fā)生器的進(jìn)氣道葉片磨去0.4~1mm再進(jìn)行檢定，求出對(duì)應(yīng)的儀表系數(shù)Ki，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。
表3 磨損旋渦發(fā)生器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
| 葉片磨損厚度 | 流量/m3·h-1 | 儀表系數(shù)/m-3 | 線性度/% | 相對(duì)誤差/% |
| 初態(tài) | 98.60 | 19859 | 0.92 | 0 |
| 10.99 | 19498 | 0 |
| 0.2mm | 102.41 | 19337 | 3.19 | -2.63 |
| 11.62 | 18140 | -6.96 |
| 0.4mm | 106.34 | 18650 | 3.57 | -6.09 |
| 11.94 | 17363 | -10.95 |
| 108.82 | 18570 | 3.63 | -6.49 |
| 0.6mm | 12.50 | 17268 | -11.44 |
| 112.53 | 18080 | 3.40 | -8.96 |
| 0.8mm | 12.79 | 16890 | -13.38 |
| 114.82 | 17916 | 4.13 | -9.78 |
| 1.0mm | 13.93 | 16494 | -15.41 |
| 在前面磨損的基礎(chǔ)上將漩渦發(fā)生器入口處邊緣磨損2.0mm | 125.73 | 12324 | 11.43 | -37.94 |
| 16.88 | 9795 | -49.76 |
表1、表2、表3中的儀表系數(shù)和線性度的計(jì)算參見(jiàn)JJG198-94《速度式流量計(jì)檢定規(guī)程》中對(duì)流量計(jì)的儀表系數(shù)和線性度的計(jì)算方法。相對(duì)誤差的計(jì)算則是利用下面的公式逐步推導(dǎo)的。假設(shè)流量計(jì)在旋渦發(fā)生器堵塞或磨損后的某次檢定中所發(fā)出的脈沖數(shù)為N，根據(jù)檢定規(guī)程的計(jì)算方法可以求出這時(shí)的儀表系數(shù)Ki，由于鐘罩內(nèi)的氣體溫度和氣體壓力與流量計(jì)處的溫度、壓力差別不大，在不考慮溫度壓力修正的情況下得出公式：
（1）
式中：V為鐘罩的標(biāo)準(zhǔn)體積。
同時(shí)，由于流量計(jì)內(nèi)所設(shè)置的儀表系數(shù)為原始狀態(tài)的儀表系數(shù)K0，根據(jù)流量計(jì)積算儀的工作原理可以得出公式：
（2）
式中：Vi為流量計(jì)的示值。
根據(jù)相對(duì)誤差的計(jì)算公式
（3）
將（1）式和（2）式代人（3）式中可得
（4）
利用公式（4）可以求出改變旋渦發(fā)生器狀態(tài)后的每次相對(duì)誤差。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析
3.1 模擬油污實(shí)驗(yàn)結(jié)論
從表1的數(shù)據(jù)中可以看出，當(dāng)逐步增加模擬油污的厚度時(shí)，由于流量計(jì)的有效流通面積逐漸變小，壓力損失增大，其流量值越來(lái)越小。同時(shí)，還可以看出儀表系數(shù)越來(lái)越大，表明油污厚度的增加造成旋渦流的旋轉(zhuǎn)頻率加快，壓電傳感器發(fā)出的脈沖數(shù)增多，流量計(jì)的顯示值也比實(shí)際數(shù)值大，從而造成相對(duì)正誤差越來(lái)越大。
3.2 模擬堵塞實(shí)驗(yàn)結(jié)論
從表2的數(shù)據(jù)中可以看出，當(dāng)逐個(gè)堵塞旋渦發(fā)生器的進(jìn)氣道時(shí)，其流量值越來(lái)越小。同時(shí)儀表系數(shù)越來(lái)越大（堵塞5個(gè)進(jìn)氣道情況除外），表明堵塞個(gè)別進(jìn)氣道后，旋渦流的旋轉(zhuǎn)頻率加快，壓電傳感器發(fā)出的脈沖數(shù)增多，流量計(jì)的顯示值也比實(shí)際數(shù)值大，從而造成相對(duì)正誤差越來(lái)越大。當(dāng)堵塞5個(gè)進(jìn)氣道，只剩下1個(gè)進(jìn)氣道時(shí)，由于氣流通過(guò)這個(gè)進(jìn)氣道后不能形成完整的旋渦流，致使旋渦流的旋轉(zhuǎn)頻率變慢，造成相對(duì)負(fù)誤差。
3.3 模擬磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)論
從表3的數(shù)據(jù)中可以看出，隨著進(jìn)氣道每個(gè)葉片磨損程度的加深，氣流通過(guò)磨損了的進(jìn)氣道后不能形成完整的旋渦流，致使旋渦流的旋轉(zhuǎn)頻率逐漸變慢，壓電傳感器發(fā)出的脈沖數(shù)減少，流量計(jì)的顯示值也比實(shí)際數(shù)值小，造成相對(duì)負(fù)誤差越來(lái)越大。當(dāng)進(jìn)氣道的入口邊緣被磨損后，儀表系數(shù)和相對(duì)誤差都發(fā)生了較大的變化，這說(shuō)明旋渦流的產(chǎn)生主要依靠進(jìn)氣道的入口形狀。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以得出，在實(shí)際生產(chǎn)計(jì)量過(guò)程中，如果發(fā)生油污附著在發(fā)生器0.7mm以上，以及堵塞兩個(gè)以上進(jìn)氣道，或者進(jìn)氣道被磨損0.4mm以上的情況，都將會(huì)造成10%以上的相對(duì)正（或負(fù)）誤差，這種計(jì)量誤差即使在計(jì)量站的一級(jí)計(jì)量中也是不允許的。因此，在流量計(jì)的使用過(guò)程中，應(yīng)該嚴(yán)格按照有關(guān)要求安裝使用，定期清洗過(guò)濾器，抄錄表頭數(shù)據(jù)（每天或每周），發(fā)現(xiàn)計(jì)量數(shù)據(jù)異常，要及時(shí)清洗或更換流量計(jì)的旋渦發(fā)生器，并送檢定機(jī)構(gòu)檢定后再使用。對(duì)于雜質(zhì)含量較大的天然氣生產(chǎn)單位，可縮短檢定周期，確保不受經(jīng)濟(jì)損失。
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