文丘里流量计用于天然气流量计量探讨
天然气流量计量技术发展迅猛,新型流量计不断涌现,计量的准确性已经有很大提高,在为流量计选型提供更大空间的同时也向计量工作者提出了更高的要求。作为天然气计量的流量计选型,如何以较少的投入,获得较高的计量准确性,是人们追求的目标。这里向大家介绍一种文丘里流量计。
文丘里管用于流体计量有着悠久的历史,世界发达国家已总结出了一套成熟的理论和经验,在国内也有几十年的历史, 1993年我国颁布了GB/T2624—93《流量测量节流装置 用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量》(等效采用国际标准ISO5167—1(1991)《用差压装置测量流量 第一部分,安装在充满流体的圆形截面管道中的孔板、喷嘴和文丘里管》),该标准对文丘里管的结构形式、技术要求进行了规定,同时还给出了计算流量及其有关不确定度等方面的必要资料。过去由于经济和技术因素,文丘里管在我国主要是作为高精度的标准器使用,随着研究的不断深入,加工工艺的不断提高,文丘里流量计正逐步成熟并成为工作用计量器具,特别是用于贸易交接计量领域前景广阔。本文将对天然气计量中的孔板流计与文丘里流量计的流动特性和检定对计量的影响进行比较,分析存在的问题和发展前景。
1、流动特性对仪表性能的影响
孔板流量计和文丘里流量计计量原理相同,都是借助管道内的节流装置使流体流束在节流处形成局部收缩,从而使流速增加,静压降低,在节流前后产生差压,通过测量差压来衡量天然气流过节流装置的流量大小,而且在GB/T2624—93中对流体及前后计量管的要求也是相同的,差别仅为节流件的不同,这就使孔板流量计改造为文丘里流量计十分便利,工作量最小,费用最低,这也是文丘里流量计特别适合我国现阶段天然气流量计量的一个重要理由。
文丘里流量计与孔板流量计相比主要有以下优点:
(1)精度高。文丘里流量计准确度等级可达0.5,而目前广泛应用的孔板流量计准确度等级为1~1.5。
(2)压损小。文丘里管收缩和扩散段的作用使压力损失大大降低,压力损失约为孔板的1/5~1/3。
(3)耐磨损、寿命长。文丘里管的几何特性决定了其磨损小,表面经特殊处理后更耐磨、耐腐蚀,寿命很长,甚至可用于固液混合计量,这是与孔板相比最大的优点。
(4)维护量少因文丘里管不象孔板需经常清洗和定期检查、更换,日常维护工作量大大减少。从以上流动特性对比中可看出,文丘里管比孔板有着明显的优势。
2、天然气流量计的现场检定及偏差问题
原理的科学性是流量计的基础,但能否在实际使用中实施现场检定并保证其准确性更为重要。孔板现场检定是采取几何检验法来确定流量计仪表系数的一种方法,但检定条件与实际现场使用都存在一定的差异,所以影响计量准确性的更为重要的因素,是检定确定的仪表系数在现场是否适用及其偏差。
(1)孔板流出系数偏差
影响流出系数偏差的因素主要有:孔板入口锐利度、取压位置、计量管圆度等等。总之,凡是未达到标准规定要求的都会引起流出系数的偏差,其中大多数是首次安装、投用时可以避免的,如计量管圆度、焊缝突出等。另外,有些却是长期使用过程中出现的,如孔板弯曲、孔板上游端面沉积脏物及锐利度变化等,这种情况就很难解决。
现场情况千变万化,很难维持实验室的参比工作条件,对于气田开采、集输单位就特别明显。虽然标准中给出了在实际应用中增加二个修正系数,来解决这个问题,但效果并不理想。造成这种情况的主要原因是因为现场的长期使用难免不产生磨损、腐蚀和积垢等改变了节流装置的几何形状和尺寸,引起仪表特性的改变,但是在实际使用中孔板的入口边缘极易磨损,孔板上游端面经常有沉积物,不可能达到检定时的状态。
(2)文丘里流量计流出系数偏差
文丘里流量计因节流装置是具有平滑曲面的文丘里管,磨损极小;没有相对流动静止区,表面不会出现沉积脏物。只要在加工安装时达到标准要求,就能消除孔板现场使用时可能导致流出系数偏差的因素。
正因为文丘里管磨损极小,所以它还有一个孔板流量计无法相比的特点,就是文丘里管一旦加工完成,流量计的仪表系数就基本不再随时间变化,就固化了。而孔板是要更换的,且极易磨损,这就要求加工精度很高,以保证不同孔板流出系数符合标准要求,但还是无法长期保证。
3、其它问题
(1)经济分析:文丘里管与孔板相比的缺点是加工成本高,但算上孔板阀的费用也相差无几。
(2)适用条件:不易更换是文丘里管与孔板相比的最大缺陷,但对于流量较稳定、流量比不超过3∶1的计量点都可使用。而且,由于新型高精度、大差压变送器的出现,使得文丘里流量计已突破了3∶1的流量比限制,单个文丘里管的测量范围大大提高了。
(3)流体流态及安装要求:因文丘里流量计与孔板流量计对流体状态和安装要求相同,因此,象气流状态和前后直管段等影响因素必须满足要求。
孔板流量计在天然气流量计量的历史上起到了重要的作用,取得了大量的宝贵经验,工作中形成了一整套较为成熟的制度和方法,但从两种流量计的对比可以看到,文丘里流量计更为优越,特别是在天然气开采、输送等原料气测量方面,可能解决孔板流量计多年来未能解决的问题。而且,我们只要在现有的基础上进行很小的改造,花很少的投资,不需要进行过多的人员培训或其它的改变,就能明显地提高天然气流量计量的准确性。
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