涡轮流量计在天然气流量测量过程中工作特性及相关要点

        对于天然气生产企业来说，如何进行天然气流量的精确测量是关系到企业部门经济分析、降低运行成本的重要因素。直接影响到企业的经济效益，倍受供需双方关注。随着能源供求关系的日益紧张，人们都越来越关心并寻求一种精度高，适应性强的流量计来测量天然气流量，以维护企业的利益。本文则是从气体涡轮流量计的原理和工作特性出发，解析了在选型、安装、使用中应该注意的问题.并从实际应用中与旋进旋涡流量计的对比计量，分析了气体涡轮流量计用于流量波动较大的场合的适应性，以及应注意的问题.
　　因为具有重复性好、量程比宽、精度高等特点，气体涡轮流量计在天然气商贸计量中占据了重要的地位。目前，正在建设中的西气东输工程，中小型站场就选用DN50一200mm涡轮流量计。自2001年起，我处也陆续引进了10余台不同厂家、不同规格的气体涡轮流量计。

　一、涡轮流量计的工作特性
　　(1)工作原理
　　涡轮流量计由涡轮流量传感器和显示仪表组成，是利用置于流体中的叶轮感受流体平均速度，来测量流体流量的流量计。叶轮的转速与流量成正比，通常由壳体上固定安装的检测装置测得。
　　仪表系数由流量校验装置得出，但要注意，测出仪表系数的校验条件是参考条件，如果使用时偏离此条件，系数将发生变化，变化的情况视传感器类型，管道安装条件和流体物性参数的情况而定。
　　(2)工作特性
　　K一qv的关系曲线称为涡轮流量计的特性曲线。理论上，K一qv关系应该是一条直线，但实际上由于在不同的流动状态下，流体产生阻力机理不同，效果也不同，所以使特性曲线成为曲线形状，
　仪表系数可分为二段，即线性段和非线性段。在非线性段，特性受轴承摩擦力，流体粘性阻力影响较大。当流量低于传感器流量下限时，仪表系数随着流量迅速变化。压力损失与流量近似为平方关系。线性段约为工作段的三分之二，其特性与传感器结构尺寸及流体粘性有关。随流量的变化其仪表系数K也会有一定的变化，但变化不大，通常将其变化幅度称为流量计的测量准确度。

　二、涡轮流量计的选型
　　根据涡轮流量计的工作特性，我们可以看出，保证涡轮流量计的高精度、高重复性以及使用中的良好稳定性，正确的选型、安装和使用是关键，这点应特别引起重视。
　　涡轮流量计的特性易受介质物性和流体流动特性的影响，愈是高精确度，其影响愈敏感。例如介质脏污、结垢使叶片及通道发生变化，流量计特性亦随之改变;轴承磨损使特性偏移等。流体流动特性有来流速度分布和流体脉动等的影响，要保持仪表校验时的参比流动条件，其仪表系数才保持不变，否则需进行相应的修正或实行在线校准，以获得现场实际的流量计特性。

　三、气体涡轮流量计的安装
　　涡轮流量计应安装在便于维修，管道无振动、无强电磁干扰与热辐射影响的场所。
　　(1)直管段
　　涡轮流量计对管道内流速分布畸变及旋转流是敏感的，进人传感器应为充分发展管流，因此要根据传感器上游侧阻流件类型配备必要的直管段或整流器。若上游侧阻流件情况不明确，一般推荐上游直管段长度不小于20 D，下游直管段长度不小于5D，如安装空间不能满足上述要求，可在阻流件与传感器之间安装整流器。
　　(2)屏蔽
　　变送器的电源线采用金属屏蔽线，接地要良好可靠。电源为直流24V, 650Ω阻抗。
　　(3)防护措施
　　变送器安装在室外时，应有避阳光直射和防雨淋的措施。安装涡轮流量计时，前后管道法兰要水平，否则管道应力对流量计影响很大。并保证气流方向与仪表外壳的箭头方向一致，不得装反。
　　(4)过滤
　　由于涡轮流量计对被测介质的清洁度要求较高，通过安装过滤器以适应脏污介质，但亦会带来压损增大、维护量增加等副作用。

　　四、注意事项
　　(1)环境条件
　　安装地点应选择在避免管道振动、避免强磁场及热辐射影响的场所。
　　(2)安装涡轮流量计前，管道要清扫。
　　视气流的洁净程度而定，定期扫线清管的工艺流程，扫线清管时所用的流体流向、流量、压力、温度等均应符合涡流流量传感器的规定，否则会引起精确度降低甚至损坏。
　　(3)投运前行仪表系数的设定。
　　仔细检查，确定仪表接线无误，接地良好，方可送电。
　　(4)拆装流量计时，对磁感应部分不能碰撞。
　　(5)启闭阀应尽可能平缓。
　　严禁传感器在无流体的状态下受高速流体的冲击，以确保其准确度。

　五、气体涡轮流量计的应用
　　我处自2001年陆续引进了Daniel, Elster, Ac-taris等几种品牌的气体涡轮流量计，作为与用户计量交接的仪表，公称通径范围DN50一DN 100。在长期使用中，性能稳定，具有较高的准确度。现以孟家配气站所用的Actaris TZ型涡轮流量计与TDS型旋进旋涡流量计的比较为例进行分析。
　　(1)对比曲线
　　我处孟家配气站ACTARIS TZ80 6250涡轮流量计与原TDS一SOB旋进旋涡流量计串接对比，自2003年5月12日安装到6月30共49天，比对百分量如图3所示。　　
　　由图3可以看出，两者的相对差基本上都高于2%，平均值为2.67%。两类流量计的误差特性曲线见图4.　　
　　(2)现场情况及主要误差因素
　　计量用户属性为民用气和工业用气，工况压力为O.5MPa(**压力)，此时涡轮流量计的标况流量范围是(100一2 000) m3/h, TDS为(50一650) m3/h。仅有民用气时，日用气量为3 000m3左右;当加上工业用气，日用气量在13 000m3左右。这期间工业用气为间断用气，因而用气量波动较大，低2 300m3/d，高达18 000m3/d。因此我们可以对两者的工作点作一个简单的推算:
　　令工业用气为10 000m3/d,
　　小时流量为:10 000 ÷ 24=417m3/h
　　①涡轮流量计工作点
　　民用气低峰时，约为21%;
　　民用气高峰时，约为44 % 。
　　②旋进旋涡流量计工作点
　　民用气低峰时，约为64 % ;
　　民用气高峰时，约为135%。
　　在实际应用中，用气高峰和低峰时刻，涡轮流量计均处于可测流量区间，但高峰时流量已超过旋进旋涡轮流量计的测量上限，有相当一部分气量未能计人，表现为涡轮流量计所计量要比旋进旋涡高出许多。所以两者的比对百分量较高，主要是由工作点的选取和两仪表基本误差造成的。

　　六、结论
　　(1)涡轮流量计量程比宽，有效测量区间大，更适合流量变化较大的场合;
　　(2)气体涡轮流量计选型时应注意长期工作点应高于20 % qmax;
　　(3)上游直管段应尽可能大于20 D ,避免旋涡流对叶轮旋转的影响;
　　(4)在使用时应选择外部手动润滑油泵，即使两轴承是**的润滑，并同传动机构全密封，但气体涡轮流量计对气质要求高，这样更能保持涡轮的精度和使用寿命;
　　(5)阀门开闭应尽量平缓，好采用“两段开启、两段关闭”方式，防止叶轮受到流体突然冲击而损坏;
　　(6)保持过滤器畅通，通过其入口、出口处压力表读数差的增大来判断是否被杂质堵塞，及时清除，否则堵塞严重会降低流量;
　　(7)气体涡轮流量计是一种灵敏度高，重复性好，量程比宽，准确度高，维护量小，具有推广和应用价值的流量仪表。
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