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天然氣作為一種能源和化工原料,它燃燒*,單位發(fā)熱量大,燃燒后產(chǎn)物對(duì)環(huán)境影響小;它潔凈,質(zhì)優(yōu),成本較低,可用它生產(chǎn)多種精細(xì)化工產(chǎn)品和高附加值產(chǎn)品,以上特性是它深受用戶青睞的原因,其計(jì)量也越來(lái)越被人們重視。從目前國(guó)內(nèi)天然氣流量計(jì)的使用情況來(lái)看,孔板流量計(jì)是目前使用范圍zui廣一種。但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,貿(mào)易計(jì)量的化、規(guī)范化要求越來(lái)越受到重視,超聲波流量計(jì)逐漸開始應(yīng)用于天然氣流量計(jì)量中。本文就這兩種流量計(jì)各自的特點(diǎn)以及在未來(lái)天然氣流量計(jì)量中的發(fā)展應(yīng)用進(jìn)行探討。
一、孔板流量計(jì)
1. 孔板流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)。要了解孔板流量計(jì)的,我們應(yīng)該先要清楚一個(gè)孔板流量計(jì)系統(tǒng)的組成及工作原理。孔板流量計(jì)有可稱為差壓式流量計(jì),主要是由一次檢測(cè)部件(節(jié)流部件)和二次顯示儀表(差壓變送器)以及相配套的壓力、溫度補(bǔ)償裝置所組成的。(見下圖)
孔板流量計(jì)的工作原理是充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置,在節(jié)流件附近造成局部收縮,流速增加,在其上、下游兩側(cè)產(chǎn)生靜壓力差,見節(jié)流裝置原理圖:
孔板流量計(jì)是目前國(guó)內(nèi)天然氣流量計(jì)量系統(tǒng)中應(yīng)用的。它zui主要的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于復(fù)制、性能相對(duì)穩(wěn)定可靠,價(jià)格低廉且無(wú)需實(shí)流校準(zhǔn),安裝即可投用,后期維護(hù)費(fèi)用較低。另外,它的應(yīng)用范圍廣,包括全部單相流體(液、氣、蒸汽)、部分混相流,一般生產(chǎn)過程的管徑、工作狀態(tài)( 溫度、壓力) 皆可以應(yīng)用;并且檢測(cè)部件和顯示儀表可以分開生產(chǎn),便與專業(yè)化規(guī)模生產(chǎn),從而降低產(chǎn)品價(jià)格,更加有利于孔板流量計(jì)的普及和應(yīng)用。
孔板流量計(jì)能夠在國(guó)內(nèi)比較廣泛的應(yīng)用,性能相對(duì)穩(wěn)定,價(jià)格低廉,有較高的性價(jià)比是主要因素。但在使用過程中的缺點(diǎn)也很明顯。
其中zui為重要的一點(diǎn)度問題,孔板流量計(jì)測(cè)量介質(zhì)流量的準(zhǔn)確度和很多參數(shù)有關(guān),以天然氣流量計(jì)算公式為例
Q n =A h *α 0 *γ re *b k *F r *ε*d 2 *F g *F a *F z *F t *
Q n ——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體體積流量
A h —— 常數(shù),一般為8. 6856
α 0 特定流量系數(shù)
γ re —— 測(cè)量管內(nèi)壁流量修正系數(shù)
b k ——孔板入口邊緣銳利度修正系數(shù)
F r ——雷諾數(shù)修正系數(shù)
ε——?dú)怏w膨脹系數(shù)
d ——孔板實(shí)測(cè)開孔口徑
F g ——天然氣相對(duì)密度修正系數(shù)
F a ——孔板熱膨脹修正系數(shù)
F z ——超壓縮系數(shù)
F t ——溫度修正系數(shù)
從以上公式我們不難看出,zui終流量值受很多參數(shù)的影響,比較重要的如流量系數(shù)、雷諾系數(shù)、氣體膨脹系數(shù)等,只有這些系數(shù)均為恒定值,才能達(dá)到差壓和流量之間的恒定對(duì)應(yīng)關(guān)系。尤其是其中的流量系數(shù),是一個(gè)影響因素復(fù)雜,變化范圍大的重要系數(shù)。流量系數(shù)和取壓點(diǎn)位置、雷諾系數(shù)、管道粗糙度、孔板開孔截面積與管道截面積比值、孔板入口邊緣尖銳度都有關(guān)系。zui終導(dǎo)致孔板流量計(jì)的測(cè)量度在流量計(jì)中只能屬于中等水平,并且由于實(shí)際生產(chǎn)過程中這些因素錯(cuò)綜復(fù)雜的影響,度難于有所提升,逐漸不能適應(yīng)國(guó)內(nèi)越來(lái)越市場(chǎng)化、規(guī)范化、高精度的天然氣流量計(jì)量結(jié)算要求。
其他方面,孔板流量計(jì)對(duì)天然氣的潔凈度有較高的要求,長(zhǎng)期使用后可能產(chǎn)生腐蝕、磨損、結(jié)垢、臟污,精度難以保證,需拆下清洗、檢驗(yàn)確認(rèn)合格后才能繼續(xù)使用。其次是使用孔板流量計(jì)的管道內(nèi)介質(zhì)壓力損失較大,會(huì)增加較高的附加生產(chǎn)費(fèi)用; 在安裝方面,由于孔板流量計(jì)對(duì)前后直管段的要求較高,在管徑較大的工況下使用不容易滿足。另外,一般的孔板流量計(jì)都是采用法蘭夾持式連接,長(zhǎng)期使用維護(hù)后容易產(chǎn)生跑、冒、滴、漏的問題,增加了維護(hù)工作量。
2. 孔板流量計(jì)的安裝。節(jié)流裝置的安裝應(yīng)在兩段具有等直徑的圓形橫截面的直管段之間,也就是我們常說(shuō)的流量計(jì)的前后直管段,在此中間,除了取壓孔、測(cè)溫孔外,無(wú)其他障礙和連接支管。這是為了保證管道內(nèi)天然氣流速的均勻,不會(huì)因外部的原因造成流動(dòng)不穩(wěn)定,從而造成流量的波動(dòng)及誤差。前后直管段要求一般要滿足*D后4D(D為管道內(nèi)直徑),見圖1。
孔板流量計(jì)的安裝還需要注意幾個(gè)問題:
2. 1直線度:這個(gè)一般要求的是通過目測(cè)的方式檢查節(jié)流裝置與前后直管段是否處于同一管道中心線上。
2. 2焊縫的內(nèi)管壁平整:孔板流量計(jì)對(duì)前后直管段的管內(nèi)清潔度有較高的要求。在管道與節(jié)流裝置配對(duì)法蘭焊接的過程中,應(yīng)確保管道內(nèi)壁沒有因焊接造成的凸起。因此,在實(shí)際施工中,*層焊縫多采用氬弧焊接,并在焊接中進(jìn)行充壓保護(hù)。
2. 3管道圓度:這個(gè)是一個(gè)在施工中容易忽略的問題。管道可能在運(yùn)輸、搬運(yùn)、吊裝的過程中產(chǎn)生擠壓變形,這種管道作為孔板流量計(jì)的前后直管段,就可能造成誤差。因此,應(yīng)對(duì)管道進(jìn)行檢查,確認(rèn)無(wú)肉眼可識(shí)別的凹陷或變形。
2. 4壓力及溫度點(diǎn):壓力點(diǎn)應(yīng)安裝在孔板流量計(jì)的前直管段的主管或差壓變送器正壓側(cè)取壓管上;而溫度點(diǎn)在孔板下游側(cè)直管段外測(cè)得,它與孔板之間的距離可等于或大于5D,但不得超過15D;
2. 5節(jié)流裝置取壓口的方向。
在測(cè)量液體介質(zhì)時(shí)
2. 6內(nèi)孔板的安裝應(yīng)該在管道吹掃完成后安裝;以上的安裝注意事項(xiàng)都是為了zui大程度上確保孔板流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度,減少因安裝失誤造成的誤差。
二、超聲波流量計(jì)
1. 超聲波流量計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)。超聲波流量計(jì)是近年來(lái)比較認(rèn)同的一種天然氣流量計(jì)量用流量計(jì),具有準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好、量程寬、抗干擾能力強(qiáng)、維修工作量少、能測(cè)量雙向流等優(yōu)點(diǎn)。測(cè)量方式主要分為固定式和便攜式兩種形式,可用來(lái)測(cè)量不易接觸、不易觀察的流體流量和大管徑流量。它不會(huì)改變流體的流動(dòng)狀態(tài),不會(huì)產(chǎn)生壓力損失,安裝也相對(duì)比較方便。可以測(cè)量強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)、非導(dǎo)電介質(zhì)、各種液體和污水的流量,應(yīng)用范圍較廣,同時(shí)測(cè)量范圍較大,從管徑20m m ~5m 都可以使用。
超聲波流量計(jì)是一種技術(shù)含量較高的新興產(chǎn)品,它的高技術(shù)門檻就導(dǎo)致了制造成本很高,整體儀表價(jià)格居高不下,性價(jià)比不高,較大程度限制了它在國(guó)內(nèi)的普及。另外,高技術(shù)同時(shí)也就意味著高要求、多參數(shù),因此前期對(duì)實(shí)際工況環(huán)境參數(shù)必須有個(gè)比較準(zhǔn)確的判斷,才能確保證測(cè)量精度的穩(wěn)定性。另外,超聲波流量計(jì)使用前的標(biāo)定也是一個(gè)需要重視的問題,對(duì)于直徑小于300m m 的管道,超聲波流量計(jì)的標(biāo)定還可以做到;對(duì)于直徑大于300 m m 的高壓大流量管道,超聲波流量計(jì)的標(biāo)定就比較難辦到。
其他方面,超聲波流量計(jì)的溫度測(cè)量范圍不高,一般只能測(cè)量溫度低于200℃的流體,前后直管段一般要求還是*D, 后5D,安裝上也有比較嚴(yán)格的要求,探頭間的距離、探頭插入管道的深度,這些工作中都包含了一定的不穩(wěn)定性,這也會(huì)給流量測(cè)量帶來(lái)一定的誤差。
2. 超聲波流量計(jì)的安裝。要正確安裝超聲波流量計(jì),首先必須了解其工作原理。超聲波流量計(jì)目前zui為常用的測(cè)量方法為傳播速度差法。傳播速度差法又包括直接時(shí)差法、相差法和頻差法,其基本原理都是測(cè)量超聲波脈沖順?biāo)骱湍嫠鲿r(shí)速度之差來(lái)反映流體的流速,從而測(cè)出流量。
三、超聲波、孔板流量計(jì)在未來(lái)的發(fā)展
1. 市場(chǎng)環(huán)境。任何行業(yè)的任何產(chǎn)品的更新?lián)Q代,都和這個(gè)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)提升、市場(chǎng)要求提高有著密不可分的。隨著中國(guó)加入W TO,外資企業(yè)不斷進(jìn)入我國(guó)天然氣市場(chǎng)以及引進(jìn)國(guó)外天然氣的可能性、天然氣流量計(jì)量與接軌成為必須要面對(duì)的現(xiàn)實(shí)問題,其計(jì)量觀念與發(fā)展趨勢(shì)也將由此而發(fā)生系列變化。我國(guó)天然氣流量計(jì)量會(huì)出現(xiàn)幾個(gè)方面發(fā)展:
1. 1檢定方式從靜態(tài)單參數(shù)向動(dòng)態(tài)多參數(shù)溯源發(fā)展 。過去流量計(jì)檢定方式通常采用檢定靜態(tài)單參數(shù)方法,如標(biāo)準(zhǔn)孔板依靠幾何檢定法檢定孔板的8個(gè)幾何靜態(tài)單參數(shù)來(lái)保證流量計(jì)的準(zhǔn)確。隨著國(guó)內(nèi)國(guó)外實(shí)流檢定技術(shù)的成熟,天然氣流量量值溯源正逐步向?qū)嵙鳈z定方向發(fā)展,即以實(shí)際天然氣介質(zhì)、在接近實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)工況等條件下對(duì)流量的分參數(shù)如壓力、溫度、氣質(zhì)組分和流量總量進(jìn)行動(dòng)態(tài)量值溯源。
1. 2儀表選型從單一儀表向多元化儀表發(fā)展 。目前大多數(shù)天然氣化工單位的流量?jī)x表選型比較單一,無(wú)論是外部計(jì)量還是內(nèi)部計(jì)量主要都是以孔板流量計(jì)為主。但隨著對(duì)流量計(jì)的研究和開發(fā),不同的流量計(jì)有不同的特點(diǎn)和適應(yīng)范圍,流量?jī)x表選型由此呈現(xiàn)從單一儀表向多元化儀表方向發(fā)展。
1. 3計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)由單一標(biāo)準(zhǔn)向多重標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展 。我國(guó)天然氣流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)不斷發(fā)展、豐富和完善,結(jié)合國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)后我國(guó)流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)已基本構(gòu)成完整的體系,正逐步由單一標(biāo)準(zhǔn)向多重標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展。
1. 4計(jì)量管理從事后計(jì)量事前過程管理發(fā)展。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人們?cè)絹?lái)越重視天然氣流量計(jì)量,特別是貿(mào)易計(jì)量。因此,人們對(duì)天然氣流量計(jì)量在管理觀念上正發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變,不僅對(duì)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量器具的使用及相應(yīng)人員進(jìn)行管理,并從事后計(jì)量糾紛解釋向加強(qiáng)事前儀表采購(gòu)選型、安裝使用、過程控制、質(zhì)量監(jiān)督、數(shù)據(jù)管理、實(shí)流檢定的管理轉(zhuǎn)變和發(fā)展。
2. 未來(lái)發(fā)展探討。隨著與社會(huì)的逐漸接軌,不論是計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、制造工藝還是實(shí)際運(yùn)用中的檢定安裝維護(hù)措施,要求都會(huì)隨之越來(lái)越高。從目前國(guó)內(nèi)的在天然氣流量計(jì)量上的應(yīng)用,還是以孔板流量計(jì)為主,相信在以后較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi),孔板流量計(jì)仍是主要的計(jì)量?jī)x表。其較高的性價(jià)比、較為普及的制造工藝和成熟的測(cè)量技術(shù)及較為穩(wěn)定的性能基本滿足目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)天燃?xì)饣て髽I(yè)的要求。另外,孔板的出現(xiàn),也極大的提高了孔板流量計(jì)在拆除、清洗、更換的便捷度,更加提高了孔板流量計(jì)的應(yīng)用價(jià)值。但我們也不能忽視孔板流量計(jì)測(cè)量精度有限的硬傷,這是在未來(lái)天然氣貿(mào)易計(jì)量中不可忽視的問題。
超聲波流量計(jì)的應(yīng)用是國(guó)內(nèi)天然氣行業(yè)逐漸重視貿(mào)易計(jì)量的必然趨勢(shì),度高、無(wú)壓力損失、維護(hù)方便都是其重要特點(diǎn),同時(shí)也逐漸成為國(guó)內(nèi)外貿(mào)易計(jì)量中認(rèn)同度比較高一種流量計(jì)。但超聲波流量計(jì)在以后較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)很難在國(guó)內(nèi)得到普及,zui根本的原因就是其目前國(guó)內(nèi)貿(mào)易計(jì)量體系還不是很完善,還未*與的高標(biāo)準(zhǔn)、高要求接軌。而超聲波流量計(jì)的制造價(jià)格不適合國(guó)內(nèi)中小型工程投資運(yùn)營(yíng)行情。一臺(tái)用于貿(mào)易結(jié)算的超聲波流量計(jì)往往都是采用多組探頭檢測(cè)流量,這種超聲波流量計(jì)的價(jià)格基本都是在幾十萬(wàn)甚至更高,中小型天然氣化工裝置一般不會(huì)考慮這種造價(jià)高昂的產(chǎn)品,而是會(huì)采用價(jià)格更為低廉,能基本滿足國(guó)內(nèi)計(jì)量要求的孔板流量計(jì)。其他方面,從目前國(guó)內(nèi)的工程投資情況看,項(xiàng)目從立項(xiàng)到建設(shè)再到運(yùn)營(yíng),“快"是一個(gè)重要的主線,一旦一個(gè)項(xiàng)目立項(xiàng),設(shè)計(jì)要快,施工要快,zui終達(dá)到以zui快的速度開始進(jìn)入運(yùn)營(yíng),zui快速度搶占市場(chǎng)。不能否認(rèn)這是一種的融入市場(chǎng)的方法,但快中必然出現(xiàn)諸多的遺漏或是不完善,而對(duì)于超聲波流量計(jì)這種對(duì)前期數(shù)據(jù)分析要求比較嚴(yán)苛的儀表,一個(gè)重要數(shù)據(jù)的偏差或者遺漏,就可能導(dǎo)致這臺(tái)造價(jià)高昂的儀器僅僅是流量的一種參考而不是標(biāo)準(zhǔn),失去存在的意義。
孔板流量計(jì)在以后較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)還是會(huì)占據(jù)國(guó)內(nèi)天然氣流量計(jì)量?jī)x表的重要位置,但隨著與社會(huì)的接軌度越來(lái)越高,國(guó)內(nèi)計(jì)量體系的逐漸完善,孔板流量計(jì)在無(wú)重大技術(shù)突破,而超聲波流量計(jì)技術(shù)越來(lái)越成熟的情況下,zui終會(huì)被取代,從而形成對(duì)外貿(mào)易計(jì)量使用超聲波流量計(jì),對(duì)內(nèi)成本考核計(jì)量采用孔板流量的局面。