天然氣計(jì)量技術(shù)渦輪流量計(jì).ppt

2020 3 13 1 概述 氣體渦輪流量計(jì)具有靈敏度高 重復(fù)性好 量程比寬 準(zhǔn)確度高的特點(diǎn) 從而在歐 美國(guó)家的天然氣流量計(jì)量中被廣泛采用 在歐洲 目前天然氣流量測(cè)量中使用氣體渦輪流量計(jì)的比例已達(dá)到流量?jī)x表的40 60 在美國(guó) 僅阿卡拉公司從80年代末至90年代初 就有超過(guò)3500臺(tái)氣體渦輪流量計(jì)經(jīng)過(guò)在線實(shí)流檢定的應(yīng)用報(bào)導(dǎo) 美國(guó)哥倫比亞氣體公司已有670臺(tái)氣體渦輪流量計(jì)使用在大型計(jì)量站 2020 3 13 2 概述 氣體渦輪流量計(jì)較差壓式流量計(jì)更適合流量變化幅度較大的場(chǎng)合 其較寬的量程比 在某種程度上又可降低測(cè)量管直徑 降低投資 隨著天然氣計(jì)量技術(shù)的發(fā)展和對(duì)天然氣貿(mào)易 交接計(jì)量要求的提高 氣體渦輪流量計(jì)將會(huì)逐步使用于天然氣流量計(jì)量中 2020 3 13 3 1工作原理 渦輪流量計(jì)是屬于速度式流量計(jì) 如圖5 1所示 其工作原理是在管道中安裝一個(gè)自由轉(zhuǎn)動(dòng) 軸與管道同心的葉輪 當(dāng)被測(cè)氣體流過(guò)傳感器時(shí) 在氣流作用下 葉輪受力旋轉(zhuǎn) 其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比 葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值 檢測(cè)線圈中磁通隨之發(fā)生周期性變化 產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電勢(shì) 即電脈沖信號(hào) 經(jīng)放大器放大后 送至顯示儀表顯示 管道中流體的流速大小與葉輪轉(zhuǎn)速成正比 在實(shí)際應(yīng)用中 渦輪是要求進(jìn)行實(shí)流校準(zhǔn)的 流量計(jì)算公式如下 式中 qf 工況體積流量 m3 s N 流量計(jì)每秒的脈沖數(shù) k 流量計(jì)儀表系數(shù) 1 m3 2020 3 13 4 1工作原理 1 葉輪2 軸承3 磁鐵4 感應(yīng)線圈5 殼體6 導(dǎo)向件圖1渦輪流量結(jié)構(gòu)圖 2020 3 13 5 2計(jì)量特性 2020 3 13 6 2計(jì)量特性 從特性曲線可以看出 當(dāng)天然氣從零開(kāi)始增大流量時(shí) 葉輪必須先克服軸與軸承間產(chǎn)生的靜磨擦力矩后才開(kāi)始旋轉(zhuǎn) 極小量的氣體通過(guò)氣體渦輪流量計(jì)時(shí) 渦輪并不轉(zhuǎn)動(dòng) 只有當(dāng)流量大于某一最小值時(shí) 克服了起動(dòng)磨擦力矩 渦輪才開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng) 這一最小流量值與氣體的密度成平方根關(guān)系 所以它對(duì)密度較大的流體靈敏度較好 在流量較小時(shí) 流量特性變化很大 主要受粘滯性磨擦力矩影響 2020 3 13 7 2計(jì)量特性 當(dāng)流量大于某一數(shù)值后 流量與轉(zhuǎn)數(shù)才近似為線性關(guān)系 這就是氣體渦輪流量計(jì)的工作區(qū)域 當(dāng)然 由于軸承壽命 葉輪的強(qiáng)度和壓損等條件的限制 渦輪也不能轉(zhuǎn)得太快 所以氣體渦輪流量計(jì)和其它流量計(jì)一樣 也有測(cè)量上 下限的限制 2020 3 13 8 3主要特性 1 準(zhǔn)確度高 普通流量計(jì)的準(zhǔn)確度為 1 1 5 特殊專用型為 0 5 0 2 2 重復(fù)性好 短期重復(fù)性可達(dá)0 05 0 2 正是由于具有良好的重復(fù)性 如經(jīng)常校準(zhǔn)或在線校準(zhǔn)可得極高的精確度 在貿(mào)易結(jié)算中是優(yōu)先選用的流量計(jì) 3 輸出脈沖頻率信號(hào) 適于總量計(jì)量及與計(jì)算機(jī)連接 無(wú)零點(diǎn)漂移 抗干擾能力強(qiáng) 4 可獲得很高的頻率信號(hào) 3 4kHz 信號(hào)分辨力強(qiáng) 5 量程比寬 中大口徑可達(dá)40 1至10 1 小口徑為6 1或5 1 2020 3 13 9 3主要特性 6 結(jié)構(gòu)緊湊輕巧 安裝維護(hù)方便 流通能力大 7 適用高壓測(cè)量 儀表表體上不必開(kāi)孔 易制成高壓型儀表 8 難以長(zhǎng)期保持校準(zhǔn)特性 需要定期檢定 對(duì)于貿(mào)易儲(chǔ)運(yùn)和高準(zhǔn)確度測(cè)量的要求 最好對(duì)流量計(jì)進(jìn)行在線實(shí)流檢定以保持其特性 9 氣體密度對(duì)儀表特性有較大影響 氣體流量計(jì)易受密度影響 由于密度與溫度 壓力關(guān)系密切 在現(xiàn)場(chǎng)溫度 壓力波動(dòng)是難免的 要根據(jù)它們對(duì)準(zhǔn)確度影響的程度采取補(bǔ)償措施 才能保持較高的計(jì)量準(zhǔn)確度 2020 3 13 10 3主要特性 10 流量計(jì)受來(lái)流流速分布畸變和旋轉(zhuǎn)流的影響較大 傳感器上下游側(cè)需設(shè)置較長(zhǎng)的直管段 如安裝空間有限制 可加裝流動(dòng)調(diào)整器 整流器 以縮短直管段長(zhǎng)度 11 不適于脈動(dòng)流和混相流的測(cè)量 12 對(duì)被測(cè)氣體的清潔度要求較高 若氣質(zhì)較臟 可安裝過(guò)濾器 但亦帶來(lái)壓損增大 維護(hù)量增加等副作用 2020 3 13 11 4改進(jìn)產(chǎn)品 為了提高渦輪流量計(jì)的計(jì)量性能和適應(yīng)性 不同廠家都對(duì)渦輪進(jìn)行了改進(jìn) 目前有如下產(chǎn)品 雙葉輪 提高渦輪的可靠性 鋁合金葉輪 提高渦輪的靈敏度和抗沖擊能力 一體化整流器 提高渦輪的準(zhǔn)確度和和抗沖擊能力 密封式軸承 提高渦輪的抗臟污能力 2020 3 13 12 4改進(jìn)產(chǎn)品 圖5 2渦輪一體化整流器 2020 3 13 13 5標(biāo)準(zhǔn)化 針對(duì)氣體渦輪流量計(jì)ISO制定了ISO9951標(biāo)準(zhǔn) 美國(guó)制定了AGA7號(hào)報(bào)告 我國(guó)亦參照ISO9951制定了渦輪流量計(jì)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB T18940 2003 密封管道中氣體流量的測(cè)量 渦輪流量計(jì) 2020 3 13 14 6渦輪流量計(jì)的計(jì)算 AGA7號(hào)報(bào)告規(guī)定了渦輪流量計(jì)的安裝要求 規(guī)定了渦輪流量計(jì)取壓和測(cè)溫元件的位置 給出了渦輪流量計(jì)用于天然氣流量的計(jì)算方法 其計(jì)算公式如下 Qb Qf Pf Pb Tb Tf Zb Zf 2020 3 13 15 6渦輪流量計(jì)的計(jì)算 式中 Qb 標(biāo)準(zhǔn)條件下的流量 Qf 工況條件下的流量 Pb 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下壓力 Pf 工況條件下絕對(duì)氣體靜壓 Tb 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度 Tf 工況條件下氣體溫度 Zb 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體的壓縮因子 Zf 工況條件下氣體的壓縮因子 2020 3 13 16 7計(jì)算公式推推導(dǎo) 根據(jù)狀態(tài)方程 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 PbVb R M TbZb在流動(dòng)狀態(tài)下 PfVf R M TfZf則 Vb Vf PfTbZb PbTfZf 除以時(shí)間 t得 Qb Qf Pf Pb Tb Tf Zb Zf Qf N K代替得 Qb N K Pf Pb Tb Tf Zb Zf 2020 3 13 17 8渦輪流量計(jì)的安裝與使用 具有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的速度式渦輪流量計(jì)的安裝與使用 總體上講 應(yīng)滿足其計(jì)量特性 性能不受影響 在規(guī)定的流量范圍內(nèi)維持其準(zhǔn)確性 不縮短其使用壽命 1 安裝要求 a 一般要求水平安裝 避免垂直安裝 b 氣體渦輪流量計(jì)推薦上游至少10D 當(dāng)有整流器時(shí) 整流器出口到渦輪流量計(jì)入口端面至少為5D的直管段 分別從流量計(jì)的上 下游端面算起 其內(nèi)徑與流量計(jì)公稱內(nèi)徑DN之差 一般應(yīng)不超過(guò)DN的 1 并不超過(guò)5mm 2020 3 13 18 8渦輪流量計(jì)的安裝與使用 c 用于靜壓補(bǔ)償?shù)娜嚎讘?yīng)位于氣體渦輪流量計(jì)葉片相對(duì)應(yīng)的位置處 如有多個(gè)靜壓取壓孔 在氣體密度為1 2kg m3的最大流速下 其不同取壓孔的靜壓差應(yīng)小于100Pa 靜壓取壓孔一般在流量計(jì)本體上 由制造廠商確定 其直徑一般在3mm 12mm d 測(cè)溫元件的位置測(cè)溫元件應(yīng)安裝在流量計(jì)下游 在葉輪下游的5D內(nèi) 盡可能靠近流量計(jì) 2020 3 13 19 8渦輪流量計(jì)的安裝與使用 e 過(guò)濾器的安裝當(dāng)氣體渦輪流量計(jì)安裝于可能存在各種機(jī)械雜質(zhì)的天然氣管道中 必須安裝過(guò)濾器 過(guò)濾器的尺寸可參考表1 2020 3 13 20 8渦輪流量計(jì)的安裝與使用 f 限流元件為避免氣體渦輪流量計(jì)受到超高速天然氣氣流的沖擊 可在其下游安裝限流元件 通常氣體渦輪流量計(jì)超速上限為額定上限值的150 對(duì)于高壓天然氣 宜為120 g 放空管的位置放空管應(yīng)放在氣體渦輪流量計(jì)的下游 且放空閥的口徑應(yīng)小于流量計(jì)口徑的1 6 2020 3 13 21 8渦輪流量計(jì)的安裝與使用 h 旁通的設(shè)置對(duì)于重要的計(jì)量管路 應(yīng)設(shè)置旁通管 旁通管應(yīng)是零泄漏且可檢漏 以便流量計(jì)的維修 i 對(duì)于沒(méi)有安裝限流元件或旁通管的大口徑測(cè)量管路 DN 300 時(shí) 應(yīng)在其上游截?cái)嚅y處安裝小型截止旁通閥 以便對(duì)測(cè)量管路緩慢升壓或降壓 防止壓力突然變化 避免高流速?zèng)_擊流量計(jì) j 其它安裝要求 除按產(chǎn)品使用說(shuō)明書(shū) 可參見(jiàn)GB T18940標(biāo)準(zhǔn) 2020 3 13 22 9使用注意事項(xiàng) a 投表操作步驟 a 1 打開(kāi)旁路截止閥 a 2 打開(kāi)流量計(jì)上游截止閥 a 3 緩慢打開(kāi)流量計(jì)下游截止閥 a 4 緩慢關(guān)閉旁路截止閥 b 停表操作步驟 b 1 打開(kāi)旁路截止閥 b 2 關(guān)閉流量計(jì)下游截止閥 b 3 關(guān)閉流量計(jì)上游截止閥 2020