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旋转容积式流量计在天然气计量中的应用

旋转容积式流量计在天然气计量中的应用旋转容积式气体流量计主要由流量计表体、旋转元件、电子显示装置或机械显示装置组成。在流量计的壳体内有一个计量室,其中有一对或者两对可以相切旋转的旋转元件,在流量计壳体外与两个旋转元件同轴安装了一对驱动齿轮,它们相互啮合,从而实现两个旋转元件的相互联动,每旋转一周,就会排出固定量的气体。记录旋转元件的转动次数,基于计量室空间的容积(周期体积),即可得到流经流量计的气体体积。
1 操作条件与计量误差
1.1 操作条件
流量计的量程比δ一般不低于1:10。其蕞大工作压力和工作温度范围由生产厂家设置并标识在流量计上,蕞大工作压力一般不超过1.6MPa,工作温度介于-10~40℃。若实际应用超出上述范围,需另向厂家提出特殊的技术要求。
1.2 计量误差
流量计出厂前应进行检验,使用时应遵守技术要求;在操作条件下,计量流量介于分界流量qt和蕞大流量qmax之间,流量计的蕞大允许误差应符合规定(表1),计量流量低于分界流量qt时,将其称为低区流量,蕞大允许计量误差不应超过高区蕞大允许计量误差的2倍;分界流量qt也有相应的规定(表2)。经实流校准后,流量计加权平均误差EFWM应在-0.4%~0.4%之间。对于相同的流量点,流量计的重复性误差应不超过其蕞大允许误差绝队值的1/3。生产厂家应给出以密度为1.2kg/m3的空气为介质,流量计在qmax蕞大压损值。
表1 操作条件下流量计的蕞大允许误差
表2 流量计分界流量与量程比的对应关系
2 技术要求
2.1 防腐与检验
流量计应具备防水、抗腐蚀和抗外力冲击等性能。对于与气体直接接触的轴承和机械驱动装置,应采取保护措施以防气体中的杂质进入。所有与介质接触的部件应选用几何尺寸稳定、适用于天然气的材料;用于其他场合的流量计应向厂家咨询。所有外部零件应选用抗腐蚀材料或适合在天然气工业典型大气环境中使用的抗腐蚀涂层进行保护,涂层应附着力强,不易脱落。出厂前应按相关标准进行强度和严密性试验。保证在1.25qmax流量下连续运行30min不损坏,且性能不受影响。厂家应对流量计在安装、启动、维护和工作期间的降压和升压速率给予明确说明。
2.2 输出装置
流量计的输出装置可以是机械显示装置或电子显示装置,机械显示装置可显示累计通过流量计的气体总量,电子显示装置可显示通过流量计的气体总量和瞬时流量http://www.ngyibiao.com/。流量的计量单位应清晰地标志在显示装置的适当位置。显示装置应该可靠封缄,不可随意调整。显示装置的数字应有足够的位数,其容量应满足相当于流量计在蕞大流量下运行至少1年通过的气体总量。显示装置应有可靠的结构,当安装在流量计上时,能在规定的温度范围内正常工作、清晰显示。电子显示装置上的数字在较强的光照下仍然清晰可见。
2.3 脉冲发生器
流量计可以装配脉冲发生器,作为流量计的组成部分或作为附件备用。脉冲值在出厂时由厂家设定或通过检定给出,其表示形式为:1m3=…脉冲,即单位体积发出的脉冲数。根据流量计示值与脉冲发生位置之间的传动比,可以计算脉冲值,脉冲值至少要保留6位有效数字。生产厂家需提供脉冲值计算的检验方法,计算的脉冲值与指定值的差值不允许超过0.05%。
2.4 外观与防爆
生产厂家应给出各个压力等级和口径下的流量计表体的标准长度。流量计外表应整洁、美观,表面经过良好处理,不应有毛刺、裂纹、锈蚀、霉斑或涂层剥落现象。所有文字、符号和标志应鲜明、清晰,不易脱落。流量计的所有电气部件应进行严格测试和老化处理。脉冲发生器的操作应遵守文献[1]和文献[2]的规定。用户可指定流量计应满足的防爆等级,以适应更加安荃的安装和使用要求。连接件应至少符合文献[3]外壳防护等级(IP代码)中IP65的保护等级,并能装备用电防护线路,全部插座连接应有保护套,电缆护套、橡胶、塑料,其他裸露部分应耐紫外线和油脂且阻燃。
3 安装、使用与维护
3.1 环境要求
流量计安装地点的环境温度应符合其使用要求,并根据当地的具体环境和操作条件,采取必要的隔热、防冻及其他保护措施(遮雨、防晒等)。流量计的安装应尽可能远离振动环境,避开可能存在电磁干扰或腐蚀性较强的环境,或咨询生产厂家并采取必要的防护措施。选择的安装位置应便于流量计的维护与检修。
3.2 安装配置
根据使用说明书的要求,按流量计上的安装标记进行流量计的安装,垂直安装时应使气流自上而下通过流量计。安装流量计前应对管道进行清洗和吹扫,以防止管道中的固体物质进入流量计。保证流量计法兰与直管段和过滤器法兰同轴安装,避免对流量计产生附加应力。
取压口在流量计本体入口处,所测压力为工作压力,所开压力孔喉部直径不小于3mm,第2个取压孔可设在流量计的下游。压力仪表可直接安装在管道上或通过导压管安装,但不应使其伸入气流中,避免引起机械振动;通过导压管安装时,导压管内径应不小于7mm,蕞大不超过13mm,长度应尽量短。在流量计表体或入口处开取温口,测量温度。
流量计上游直管段以外应安装适宜的过滤器,其结构和尺寸应保证可以使蕞大流量通过,且产生的压力损失尽可能小。安装过滤器前,应对管道进行清洗和吹扫,以防止管道中的固体物质堵塞过滤器。不可因流量计和过滤器维修而中断气体输送,应安装旁通管道,旁通阀应保证零泄漏且可检漏。装设适宜的防雷装置,并符合文献[4]的要求。
3.3 现场使用
流量计正确安装后,投入运行前,应加注润滑油,一般选用高速机油;按规定试压,确认各密封处和流量计本体无泄漏。开始运行时,缓慢打开上游阀门,使升压速率小于生产厂家给定的压力变化率,使流量计在较小流量下运行几分钟,确认正常后再逐渐开大阀门;若有旁通,宜先开旁通以平衡压力。运行过程中,应经常观察润滑油的颜色和视镜中的油位,若发现颜色异常,则需更换润滑油,若视镜中的油位低于视镜中心线,则需补充润滑油。润滑油的加注量和加注方法参考流量计使用说明书。
3.4 维护与检定
过滤器在使用中应定期排污,清洗更换周期视流经气体的质量而定,对具有差压指示功能的过滤器,应经常监视过滤器差压,若差压达到规定值,应及时清洗或更换滤芯,确保过滤器处于良好的工作状态。
流量计应按检定规程要求进行周期检定。一体化流量计中的铂电阻、温度变送器或传感器、压力变送器或传感器也应按有关检定规程单独进行周期检定,待检定合格后再与流量计一起检定。
4 流量计算与测量不确定度估算
4.1 操作条件下的体积流量
当流量计使用高频脉冲发生器时,输出信号为频率,操作条件下体积流量由式(1)计算:
式中:qvf为操作条件下的体积流量,m3/s;f为输出频率,通过频率计采集;K为流量计系数,即单位体积输出的脉冲数。
当流量计使用低频脉冲发生器时,输出信号为脉冲,操作条件下体积流量由式(2)计算:
式中:N为实测脉冲数;t为实际测量时间,s。
4.2 标准参比条件下的体积流量
天然气流量计是应用计量固定单位体积量的原理测量流量的,测出的值是操作条件下的天然气流量。在标准参比条件下的流量应根据在线实测的流量计入口压力和温度,按气体状态方程进行计算。
标准参比条件下的瞬时流量按式(3)或式(4)进行计算:
式中:qvn为标准参比条件下的体积流量,m3/s;pn为标准参比条件下的绝队压力,其值为0.101325MPa;pf为操作条件下的绝队静压力,MPa;Tn为标准参比条件下的热力学温度,其值为293.15K;Tf为操作条件下的热力学温度,K;Zn为标准参比条件下的压缩因子,根据文献[5]计算;Zf为操作条件下的压缩因子,根据文献[6]计算。
式中:FZ为天然气超压缩因数。
天然气超压缩因数FZ是因天然气特性偏离理想气体定律而导出的修正因数,其定义式为:
标准参比条件下的体积累积流量由式(6)计算:
式中:Qn为标准参比条件下t0~t时间内的体积累积流量,m3。
4.3 质量流量
流量计的瞬时质量流量可由式(7)、式(8)或式(9)计算:
式中:qm为质量流量,kg/s;ρn为标准参比条件下的天然气密度,kg/m3。
4.4 能量流量
能量流量可以通过体积流量或质量流量与被测天然气高位发热量H的乘积计算求得。
基于体积流量的计算公式为:
基于质量流量的计算公式为:
式中:qe为能量流量,MJ/s;为标准参比条件下的体积高位发热量,MJ/m3;为标准参比条件下的质量高位发热量,MJ/kg。
4.5 流量测量的不确定度
4.5.1 体积流量测量不确定度估算
标准参比条件下体积流量测量不确定度的计算公式为:
    式中:uqvf为操作条件下的体积流量测量不确定度,可由苏州华陆流量计的准确度等级确定;uPf为操作条件下的绝队静压测量不确定度,根据使用的静压测量仪表性能按式(16)估算;uTf为操作条件下的热力学温度测量不确定度,根据使用的温度测量仪表性能按式(16)估算;uZf为操作条件下的压缩因子测量不确定度,若根据文献[6]的规定计算管输气的压缩因子,其测量不确定度一般取0.1%;uZn为标准参比条件下的压缩因子测量不确定度,与天然气组分分析方法和标准气体有关,若根据文献[7]的规定进行组分分析,压缩因子的测量不确定度可取0.05%。
95%置信概率下的扩展不确定度为:
4.5.2 质量流量测量不确定度估算
根据式(8),可通过式(14)估算标准参比条件下的质量流量测量不确定度:
式中:uρn为标准参比条件下的密度计算不确定度,依据文献[5]计算,可取0.3%。
4.5.3 能量流量测量不确定度估算
根据式(11),可用式(15)估算标准参比条件下的能量流量测量不确定度:
式中:为标准参比条件下的发热量计算不确定度,依据文献[5]计算,可取0.05%。
4.5.4 绝队静压或热力学温度测量不确定度估算
绝队静压或热力学温度测量不确定度由式(16)估算:
式中:uY为绝队静压测量或热力学温度测量的不确定度;ξy为静压测量仪表或温度测量仪表的准确度值等级;Yk为静压测量仪表或温度测量仪表的量程;Yi为预定静压测量值或预定温度测量值。
鉴于旋转容积式流量计在国内天然气贸易计量中的广泛应用,对其安装、使用和维护进行规范,计算各种流量和相关参数的测量不确定度,可为天然气的准确计量提供有益的参考。
点击次数:  更新时间:2018-09-10 16:53:54  【打印此页】  【关闭