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氣井天然氣計量儀表設計及改進
發布時間:2019-07-29

[摘要]天然氣一般采用管道輸送,計量具有連續性和長期性的特點,一旦出現計量誤差,長年累月之后,這個誤差將非常大。因為天然氣計量誤差的存在,導致天然氣計價存在偏差,引發了很多貿易糾紛問題,而且一般都在百萬元以上,對企業和用戶的利益造成重大損失。從孔板流量計渦街流量計兩方面探討天然氣計量儀表的設計及改進。
  目前,我國使用的天然氣計量儀表中,孔板流量計由于其獨特的優點而備受青睞,是企業和用戶的首選,占有相當大的市場比例。我國對天然氣儀表的設計起步較晚,上世紀70年代以后才逐漸發展起來,我國的專家學者參照國外的一些標準,結合我國的天然氣輸送現狀,制定了一系列的天然氣儀表設計、制造、安裝、檢修和管理標準。不過這些標準并不完善,與國外的技術和標準還存在一定的差距,主要體現在:天然氣計量儀表的質量較低;缺少配套設備和智能附件;計量精度有待提高。目前天然氣計量日益成為人們關注的焦點,因此,要投入更大的精力來研發天然氣計量儀表,完善當前的天然氣流量計,進而開發出功能完善的新型天然氣流量計[1]。
1孔板流量計的改進
1.1孔板流量計
  當天然氣通過流量計的孔板時,橫截面積減小,速度增加,相應的壓強減小,并且減小的程度與流體速度成正比。所以可以通過檢測壓差來推算流速,再根據孔板橫截面積的大小計算出流量。天然氣孔板流量計系統一般包括流量計本體、二次儀表和天然氣組分分析系統,其中的天然氣組分分析系統具有檢測、計算、分析和積算等功能。國家制定了相關標準,對孔板流量計上下游的直管段做了詳細規定,有利于保證檢測的準確性。

  孔板用以產生壓差,開孔尺寸必須嚴格按照規定,是孔板節流裝置中最重要的結構,還有負責固定孔板位置的孔板加持器和上下游直管段;此外,還需要配置引壓管、對焊法蘭和直通式截止閥。只有孔板節流裝置完全符合行業標準,才可以滿足用戶的使用要求,保證信號的準確。為了使靜壓和壓差信號的折損最小,無縫鋼管的長度應該盡量縮小。DN18和DN14無縫鋼管較為常見,這種無縫鋼管可以及時響應靜壓和壓差的變化,也能減少泄露,不過對安裝技術的要求較高。
1.2改進方法
  孔板的取壓方式。角接取壓的范圍是指上下游取壓中心到孔板前后端的距離的二倍等于取壓孔直徑。角接取壓法的特點:采用環室測量的方式進行測量;在開口尺寸確定時,流量系數不會發生變化,使流量值和壓差具有恒定的關系;可以減小磨損所造成的測量誤差;不過在實際使用過程中,若沒能正確地確定取壓位置,會導致測量誤差的產生。
  法蘭取壓法,法蘭取壓中心與管徑大小無關,位于距孔板兩側端面的25.4mm處。具有易于清除臟污介質和堵塞的優點,但環室取壓難度較大。D和D/2取壓法(徑距取壓法),上游取壓的中心距孔板前端距離為D、下游取壓中心距孔板前端面距離為D/2,這種方法具有易于清除臟污介質和堵塞的優點,不過存在測量值較小的缺點。孔板流量計與標定裝置連接,針對相應的裝置分別進行標定。當孔板流量計進行標定時,測點應該不小于10個,且測量結果不少于3次,然后取平均值。以測量數據為準,在雙對數坐標軸中標注出數據點,然后作壓差——流量曲線。
2渦街流量計的改進
2.1渦街流量計的特點
  渦街流量計的儀表系數取決于管徑和旋渦發生體的幾何結構,由于管徑和旋渦發生體的形狀都是標準的,所以渦街流量計可以測量多種流體的流量值;智能化設備可以實時準確的測量渦街頻率,很大程度上提高了測量精度;旋渦發生體的截面積與管道截面積相比很小,節流損失比較小;渦街信號由流體產生,而不需要任何可動部件,所以后期維護比較容易,使用壽命較長;渦街流量計的量程比可達到1:20,遠遠超過孔板流量計。
缺點在于:在低雷諾數下,渦街流量計的測量精度較低。所以渦街流量計不適用測量高粘、低速的流體;流速分布和旋轉流會影響我渦街的穩定性,因此需要配置較長的直管段或者安裝整流器;儀表系數和分辨率比較低,只適用于測量直徑較小的管道。
2.2渦街流量計的改進方法
  隨著流體力學和網絡理論的不斷發展,逐漸衍生出了流體網絡理論,該理論時二者結合的結果,類似于電氣網絡理論,像分析電在電路中的傳導一樣分析流體在管道中的傳導,主要研究流體在傳輸過程中的持續現象和瞬變現象。進而研究壓力和引壓在傳輸過程中的變化情況,流體網絡理論需要參考流阻、流容和流感三個參數。
  由于實際環境非常復雜,需要考慮的因素太多,因此只能將管路認為是無損管路,并將流體認定是非粘性流體,二者是沒有熱量傳導的,這種情況下流體的流阻和流導數值均為0。為了避免諧振引發的信號失真,可以通過減小引壓管長度或者調大諧振頻率進行解決。在實際的測量工作中,振蕩幅值并不會無限制的擴大,因為流體的阻抗是一定的,并且存在極大值。同時,因為渦街信號會在傳輸過程中逐漸衰減,使流量計的測量上限不能無限增大,導致誤差的產生,所以要通過采取各種措施來限制渦街信號得衰減。
3結語
  孔板流量計被認為是傳統的流量計,是技術最成熟也是使用壽命最長的一種天然氣計量儀表,由于其簡單的結構和較低的成本被廣泛使用。

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