摘(zhāi)要：氣體超聲(shēng)流童計 與 孔(kǒng)闆流量計 在(zai)天然氣工業(yè)中應用的兩(liǎng)個主要方面(mian)流體流動特(te)性對儀表📐性(xing)能的影響和(he)流童計的幹(gan)校問題進💁行(hang)比㊙️較,分❌析它(ta)們存在的🛀🏻問(wèn)題及發展前(qian)景。還對其它(tā)儀表性能進(jin)行了比較。
　　90年(nian)代以來,氣體(ti)超聲流量計(jì)在天然氣工(gong)業中的成功(gōng)應用有突破(po)性的進展,一(yī)些天然氣流(liu)量計量的♊疑(yí)難問題可望(wàng)獲得🏃解決。據(jù)稱由于正确(que)率高和維修(xiu)費用🏒低,多聲(sheng)道氣體超聲(sheng)流✊量計已被(bèi)氣體工業界(jie)接受。多聲道(dao)氣體超聲流(liú)量計是氣體(tǐ)🌈渦輪流量計(ji)後被氣體工(gōng)業界接受的(de)最重要的流(liú)量計量器具(ju)。目前美國氣(qi)體協會(AGA)已經(jing)完💛成AGAeReortNo.9“用超聲(shēng)流量計測量(liàng)氣體流量”草(cao)案㊙️閉。制定有(yǒu)關國家标準(zhǔn)與國際标準(zhǔn)的準備工作(zuò)正在⭐進行。至(zhì)今,已有12個⛹🏻‍♀️國(guó)家的政府機(jī)構批準氣體(ti)超聲流🧡量計(ji)爲🈚法定計量(liàng)器具國外天(tiān)然氣工業在(zài)貿易輸送🚶‍♀️,氣(qi)體分配、調合(he)、控制和檢漏(lòu)等方面都廣(guǎng)泛采用它。對(duì)天然氣工業(ye)中傳統的計(jì)量儀表孔闆(pan)流量計與新(xīn)型的氣體超(chāo)聲流量計在(zai)儀表性能的(de)兩個主要方(fāng)面:流體流動(dòng)特性對儀表(biǎo)性能的影響(xiang)🛀🏻和流量計的(de)幹校問題進(jìn)行比較,分析(xi)它們存在的(de)問題及發展(zhǎn)前⛹🏻‍♀️景。
流體流(liú)動特性對儀(yi)表性能的影(yǐng)響
　　孔闆流量(liang)計和氣體超(chao)聲流量計都(dōu)是對流體流(liu)動特性變✨化(hua)敏💘感的儀表(biao),如何消除不(bú)正常流動特(tè)性對儀表性(xìng)能的🚩影響一(yī)直是這二類(lei)儀表的主題(tí)之一。現在可(ke)以看到兩者(zhě)解決此問題(ti)的方法有很(hen)大差别,在技(ji)術和經濟兩(liǎng)方面亦有不(bu)同有效果,分(fèn)析它們的特(tè)點,對今後流(liú)量🏃計的發展(zhǎn)是有現實意(yi)義🌈的。
l孔闆流(liú)量計
　　本世紀(ji)20年代起人們(men)就對流體流(liu)動特性對儀(yí)表性能的影(yǐng)🈲響進行過大(da)量的試驗研(yan)究,爲了準備(bèi)孔闆㊙️流量🐆計(jì)AGA(美🚶‍♀️國氣體協(xie)會)報告,從1924年(nian)到1935年美國進(jìn)行過🔆10年試驗(yàn)💘研究,研究項(xiàng)日多達14項,其(qi)中大部分是(shì)關于流體流(liú)動特性的影(yǐng)響試驗。幾乎(hu)同時歐洲亦(yi)進行同樣内(nei)容的孔闆流(liu)量計😍試驗研(yan)究,這些都爲(wei)制定節流式(shì)差壓流量計(jì)國際标準奠(dian)定了基礎。現(xiàn)在ISO5167中關于節(jie)流裝置上下(xià)遊必要的最(zuì)短直管段長(zhang)度的規定就(jiu)是這些試驗(yàn)研究的總結(jie),在各類流量(liang)計中👌它的數(shu)據是最具權(quan)威性的。但😍是(shi)亦應看到,這(zhè)🔴些規定不但(dan)在内容上存(cún)在很㊙️大的争(zhēng)議,而且在實(shi)際上也遠不(bu)能滿足現場(chang)的需要✌️。ISO5167第一(yī)版(1980年)投票表(biǎo)決通過時,孔(kong)闆流量計資(zi)料主要提供(gòng)📐國美國卻投(tóu)了反對票,其(qi)原😘因之一就(jiù)是不同意标(biāo)準中關于直(zhí)管段🆚長度的(de)規定。由此引(yǐn)📧發80年代歐洲(zhou)和美國對孔(kong)闆流量計進(jìn)行10餘年的大(da)規模研究試(shi)驗,至今它已(yǐ)取得巨大的(de)成果,準備對(duì)ISO5167一1(1991年)[,〕進行修(xiu)訂,修訂的主(zhǔ)要内⭐容之一(yī)就是關于直(zhi)管段長度的(de)規定。
孔闆流(liú)量計爲解決(jue)此問題進行(háng)研究試驗有(you)以下特⭐點:
(l)确(que)定幾種典型(xing)的阻流件類(lei)型(ISO5167中爲7種),進(jìn)行各種口徑(jìng),b值,雷諾🐉數範(fan)圍的試驗,确(què)定在參比工(gōng)作條件下(充(chong)分發展🈲管流(liú)♈)所需的最短(duǎn)直管段長度(du)。
(2)爲縮短必要(yao)的直管段長(zhǎng)度,在上遊側(ce)安裝流動調(diao)整器(整流器(qi)),開發出幾種(zhǒng)類型的流動(dòng)調整器(ISO5167中爲(wèi)5種)。
(3)流動特性(xing)中關于非定(dìng)常流(如脈動(dong)流)提出技術(shù)報告(ISO5167/TR3313)〔’〕,對脈動(dong)💰流的抑制及(jí)誤差估計提(tí)供一些數據(jù)供使用參考(kǎo)。
盡管已經取(qu)得上述成果(guǒ),但是要應付(fu)現場的需要(yào)仍♻️感很不滿(man)足:
(l)現場的阻(zu)流件類型遠(yuǎn)多于标準中(zhong)提供的,并且(qie)阻流件之間(jiān)的組合形式(shi)層出不窮,因(yīn)此現場總感(gan)覺有些問題(tí)有待解決,例(li)如天然氣輸(shu)配氣計量站(zhàn)出🈲現較普遍(bian)的旋風分離(lí)器和彙管在(zài)标準中就沒(méi)有規定。
(2)試驗(yàn)研究需花費(fei)巨大的人力(li)物力,一種類(lèi)型阻流件需(xū)進行各🔱種口(kou)徑的試驗,每(měi)種口徑有一(yi)系列的月值(zhí),還有雷諾數(shù)(流🏒量)範圍變(biàn)化的試驗,可(ke)以想象,這種(zhong)排列組合方(fang)式的試驗工(gōng)作量有🔱多麽(me)巨大,實在是(shì)不勝❓負擔的(de)一🍓項工作。
(3)采(cai)用流動調整(zheng)器以縮短直(zhi)管段長度不(bu)是一種好辦(ban)法☔,它會🤩帶💚來(lai)附加壓損,流(liú)體中雜質易(yi)在其中堵塞(sāi),增加現✨場使(shi)用維護的工(gōng)作量。
(4)非定常(chang)流的特例脈(mò)動流測量雖(sui)然有一個ISO技(jì)術報😍告(ISO/TR3313)可🔞參(can)考,但實際上(shàng)孔闆流量計(jì)是不适合用(yong)于脈💃動流✌️測(cè)量的,其🐇原因(yin)🌈是信号(差壓(ya))與流量爲非(fēi)線性🏃🏻關系(平(píng)方關系🙇‍♀️),引壓(ya)管🎯線使信号(hào)遲滞及畸變(bian),節流件對脈(mo)動波産生障(zhàng)礙形成波的(de)反射等等。
2氣(qì)體超聲流量(liang)計
　　新型的氣(qì)體超聲流量(liàng)計采取多聲(shēng)道配置的方(fang)案來對付速(su)度分布畸變(biàn)及旋轉流等(děng)不正常流動(dong)特性的影響(xiang)。例如🌐多聲道(dào)氣體超聲流(liu)量計,其工作(zuo)原理如圖l所(suo)示。流量計的(de)檢測件是一(yī)個🧡帶有5個超(chao)聲通道(聲道(dao))的圓形短管(guan),這5個聲道是(shì)這樣組成的(de):采♻️用2個具有(you)二次反射的(de)聲道和3個單(dan)反射聲道,它(ta)們💃組成爲一(yī)個超聲通道(dao)網絡,對⭕整個(gè)管道橫截面(miàn)積都能進行(hang)分析,在分析(xī)速度分布畸(jī)變與旋轉流(liú)對測量值影(ying)響的基礎上(shang)制定儀表信(xìn)号處✔️理方案(an)。這種解決不(bú)正常流動特(tè)性的方🔞法有(yǒu)以下特點:
(l)氣(qi)體超聲流量(liang)計檢測件是(shi)一段無阻礙(ài)物的圓管,與(yu)孔💁闆💜流量計(ji)中有節流件(jiàn)阻礙相比對(dui)流動特性⛹🏻‍♀️的(de)影⛱️響較易分(fen)析。由✉️于檢測(ce)件形狀的特(te)殊性,而超聲(sheng)流量計的檢(jian)測件是💁一段(duàn)圓🏒管,在流♊體(ti)力學專業資(zī)料中可以找(zhǎo)到許多參考(kao)資料,因此二(er)者處理此🧡問(wen)題所依靠的(de)背景資料有(yǒu)很大差别。
(2)氣(qì)體超聲流量(liàng)計處理此問(wèn)題是采取分(fen)析對象,制定(dìng)🏃🏻‍♂️檢測策略🌍的(de)方法,孔闆流(liú)量計則進行(háng)一個個阻流(liu)件試驗,無論(lùn)🈚技術上或經(jīng)濟上其效率(lü)與效果都很(hen)不相同,氣體(ti)超聲流量計(jì)的優點是顯(xiǎn)然的。
(3)目前發(fā)展多聲道檢(jiǎn)測件隻能在(zai)較大口徑(DN150以(yi)上)應用,今後(hou)✨中小口徑如(ru)何解決相信(xìn)氣體超聲流(liú)量計是會找(zhao)到解決辦法(fǎ)📱的。

　　流量計(ji)的幹校一一(yī)儀表系數的(de)偏離問題對(duì)于大口徑(DN200以(yǐ)上)流量測量(liàng)來說,流量計(ji)能否實行幹(gan)校(無需實流(liu)校驗)是推廣(guǎng)應用🛀的一個(ge)關鍵因素,某(mǒu)些情🔞況下甚(shen)至是用戶采(cai)用與否的決(jue)定性因素。孔(kǒng)闆流量計借(jiè)助國際上長(zhang)期的試驗研(yán)究及實踐經(jīng)驗的💰總結,早(zǎo)在30年代就開(kāi)始實📐行儀表(biǎo)的幹校,這是(shi)它獲得廣泛(fan)應用☔的重要(yao)原因。氣體超(chāo)聲流量計若(ruò)⭕要在天然氣(qi)工業輸配氣(qì)計量站得到(dào)廣泛應用,幹(gàn)校可能是一(yi)個必要條件(jiàn),一般來說輸(shu)配氣計量站(zhan)管線都是中(zhong)大⁉️口徑的。
　　幹(gàn)校是儀表投(tou)用前确定流(liu)量計儀表系(xi)數(或流出系(xì)數)的一種🔴方(fang)法,但是更重(zhòng)要的是幹校(xiào)确定的儀表(biao)系數在🔞現場(chǎng)🔞是否适用♉以(yǐ)及能否保持(chí)長期穩定。
l孔(kong)闆流量計
　　孔(kong)闆流量計幹(gàn)校後在現場(chang)使用時其流(liu)出系數可能(neng)🏃🏻‍♂️偏離标準值(zhi)的影響因素(sù)如表l所示。

由(yóu)表可見:
(l)結構(gòu)的偏離有些(xie)是制造時産(chǎn)生的,有些則(zé)是在長期使(shǐ)用中由于流(liu)體介質腐蝕(shí)、磨損、沽污等(děng)造成的🙇‍♀️,後者(zhě)是更💋難解決(jué)的⭐問題。
(2)管線(xiàn)布置的偏離(lí)是普遍性的(de),現場不能滿(mǎn)足直管段長(zhǎng)度🏃🏻‍♂️要求配置(zhi)流動調整器(qi)不是一個好(hǎo)辦法,前面已(yi)談過🔴,除此☁️以(yi)外,隻有🤟增大(dà)測量誤差了(le)。
(3)使用的偏離(lí),現場情況千(qiān)變萬化,很難(nan)維持實驗室(shì)的❗參比✉️工作(zuo)🌈條件,這是現(xiàn)實情況。對于(yú)天然氣工業(yè)在原料氣測(ce)量領域(氣井(jing)🏒到處理廠之(zhī)間的天然氣(qì)☂️),這一問題更(geng)爲突出,孔闆(pǎn)流量計在此(ci)領域基本上(shang)是不适用的(de)。
　　我國制定的(de)天然氣行業(ye)标準SY/T6143一1996《天然(ran)氣流量的标(biāo)準孔闆計量(liang)方法)中特别(bié)增加一個附(fu)錄(節流裝置(zhi)在使🤟用中出(chū)現部分偏離(li)标準規定的(de)處理》說明天(tian)然氣從地層(ceng)中開采出來(lai),雖經分離,除(chú)塵和過濾,因(yin)其所含成份(fèn)十分複❓雜,從(cóng)單井計量,集(ji)氣計量到配(pèi)氣計量,氣質(zhi)組分各不相(xiang)🛀同,所以節流(liu)裝置在作用(yòng)中其沖刷、腐(fǔ)蝕😍亦各不相(xiang)同,特别對孔(kong)闆直角人口(kou)邊緣和測量(liang)管内💔壁的沖(chòng)刷腐蝕尤爲(wei)嚴重,因此在(zai)實際應用中(zhong)采取在流出(chū)系數中增加(jiā)二💘個修正系(xì)數,即孔闆人(rén)口尖銳度修(xiu)正系數和管(guǎn)壁粗糙度修(xiū)正系數。這種(zhǒng)解決辦法實(shi)在是不得已(yǐ)而爲之,其效(xiào)🔞果并不理想(xiǎng)。
　　孔闆流量計(jì)易于偏離标(biāo)準的原因應(ying)該從儀表本(běn)身的🤞工作原(yuan)🌈理與結構特(te)點去尋找。由(yóu)于儀表特性(xìng)取決于節流(liu)裝✨置的幾何(hé)🛀🏻形狀及尺寸(cùn),現場的長期(qi)應用難免不(bú)産生磨損、腐(fǔ)蝕和積垢等(deng)使幾何形狀(zhuang)及尺寸改變(biàn)的情況,引壓(yā)管線是孔闆(pan)流量計易發(fa)🔴生故障的部(bù)件,據統計由(you)于引壓管線(xian)堵塞、洩漏、凍(dong)結等使信号(hao)不正常約占(zhan)儀表故障率(lǜ)的70%,其他🤟如不(bú)正常流動🐅特(te)性引起的測(cè)量誤差隻能(néng)采取一些消(xiao)極的辦法解(jie)決。
氣體超聲(sheng)流量計
　　氣體(tǐ)超聲流量計(jì)目前尚未普(pu)遍實行幹校(xiào),但從儀表工(gong)作原理及結(jié)構上看實行(hang)幹校是可能(néng)的困,隻是目(mù)前成🏃‍♂️熟程度(du)(幹樣的必要(yao)條件)尚不能(néng)與孔闆流量(liàng)計相比,隻要(yào)加強理論探(tan)讨積累實踐(jiàn)經驗,實行幹(gan)校隻是時間(jiān)上的問題。
以(yǐ)下我們來探(tan)讨一下幹校(xiao)後會不會出(chu)現與孔闆流(liu)💰量計一樣的(de)問題,這是更(gèng)爲重要的方(fang)面。
氣體超聲(shēng)流量計的流(liú)量方程。

式中(zhōng)
qv—體積流量;
L—超(chao)聲波在流體(tǐ)中的傳播路(lu)徑長度(聲道(dao)長度);
A—管道橫(heng)截面面積;
Ψ—超(chāo)聲波傳播方(fāng)向與流體流(liú)向之間的夾(jiá)角(聲道角);
tab—超(chāo)聲波從換能(néng)器a到換能器(qi)b的傳播時間(jian);
t、—超聲波從換(huàn)能器b到換能(néng)器a的傳播時(shi)間;
K—儀表系數(shu)。
　　由式(l)可見,體(ti)積流量的測(cè)量準确度決(jué)定于3部分:時(shi)間差🌈,結構參(can)數L,A, Ψ等的測量(liang)誤差和儀表(biao)系數K的準确(que)度。
(l)與孔闆流(liu)量計相比較(jiao),氣體超聲流(liu)量計沒有如(rú)節流裝🥵置幾(ji)何形狀及尺(chǐ)寸變化影響(xiǎng)儀表特性的(de)問題,聲道長(zhǎng)度,聲道角及(jí)管道橫截面(mian)面積是比較(jiào)恒定的參數(shu),亦沒♉有引壓(ya)管線之🈲類易(yì)引🈲起故障的(de)部件,根據現(xian)場條件确定(ding)儀表系數及(ji)維持長期穩(wěn)定是比較可(kě)能的。
(2)解決速(su)度分布畸變(bian)與旋轉流的(de)方法與孔闆(pǎn)流量計👣不同(tong),沒有阻流件(jian)對号人坐的(de)問題,亦不采(cǎi)用會引起副(fu)作用的🧡流動(dong)調整🏃器,它是(shi)從聲道設置(zhì)方案人手,更(geng)着重于軟測(ce)量方法解決(jue)問題,便于應(ying)付現場複雜(za)多變的條件(jiàn)🧡。
(3)對非定常流(liu)測量,氣體超(chāo)聲流量計是(shi)完全适合的(de),其原因由儀(yí)表工作原理(lǐ)與結構所決(jue)定:①信号與流(liú)🤞量(流速)爲線(xian)性關系;②檢測(cè)件内無阻礙(ài)物;③非接觸測(cè)量;④測量采用(yòng)高速數字信(xin)号處🔅理技術(shù)🈲。這些特點使(shǐ)它可以快速(su)響應流體流(liú)動的動态變(bian)化。
其他儀表(biǎo)性能的比較(jiào)
1範圍度
　　孔闆(pǎn)流量計範圍(wei)度窄(約爲3:1一(yī)4:1),近年來雖從(cong)多方面采取(qu)措施拓寬其(qi)範圍度,如采(cǎi)用寬量程差(chà)壓變送器,多(duo)🐅台差壓變送(sòng)器并聯使用(yòng),采用可換孔(kǒng)闆節流裝置(zhi)以及智能流(liu)量顯示儀等(děng)等,但與氣體(tǐ)超聲流🚩量計(ji)相比🎯未免遜(xun)色。氣體超聲(sheng)⭐流量計範圍(wéi)度可達👅40:1(DN150)一160:l(DN75O),在(zài)實際使用中(zhong)流量計可測(ce)流量(流速)下(xià)限值是🌈一個(ge)更重要的指(zhǐ)标,我國大口(kǒu)徑氣體管道(dao)系統普遍運(yùn)行低流速範(fan)圍(流速上限(xian)值僅5m/s,或更低(di)),使得流量㊙️計(ji)選型困難。氣(qì)體♻️超聲流量(liàng)計下限🔴流速(su)偏差如表2所(suo)示。
　　如管徑爲(wèi)DN125時,測量誤差(chà)爲1%,則下限流(liu)速可達:Umin=100×5=500mm/s =0.5 m/s;管徑(jìng)爲DN1600時,測量誤(wu)💚差爲l%,則下限(xian)流速可達:Umin =l00×0.4=40mm/s=0.04m/s.

　　據(ju)資料介紹,在(zài)天然氣輸配(pèi)氣計量站中(zhōng),一座用孔闆(pan)✉️流✉️量計做爲(wèi)計量儀表的(de)計量站,爲滿(mǎn)足範圍度㊙️的(de)要求,需設置(zhi)4條DN400mm管線,如💋采(cai)用氣體超聲(shēng)流量計則隻(zhī)需設置2條DN600mm管(guǎn)線或一條ND700mm管(guan)線,這樣采用(yòng)氣體超聲👄流(liu)量計可節省(sheng)一次🔞性投資(zī)10一40%,節省占地(dì)⭕空間50一75%,并㊙️且(qie)精度更高,工(gōng)作更穩定,維(wei)護量更少。
2壓(ya)力損失
　　孔闆(pǎn)流量計以壓(ya)損大著稱,而(er)氣體超聲流(liu)量計恰是無(wu)壓♊損(僅相當(dang)于一段管道(dào))儀表,對于大(da)口徑,這個特(te)點很💜重要💋,它(tā)可以節約能(neng)耗或适用于(yu)低靜壓氣體(ti)管☂️道系統的(de)測量🚶。
3儀表造(zào)價
　　對于孔闆(pan)流量計随着(zhe)口徑增大,檢(jian)測件造價及(jí)安裝成本大(dà)幅🙇‍♀️度提高,而(ér)氣體超聲流(liú)量計的檢測(ce)件制造成本(běn)與口徑大小(xiao)的關系僅相(xiang)當于管道價(jia)值的增加,因(yin)此它是一種(zhǒng)特别适📧用于(yú)大口徑的儀(yí)表。
4使用維護(hu)
　　孔闆流量計(ji)由3部分組成(chéng):節流裝置、 差(chà)壓變送器 和(he)流量顯示儀(yí)。在現場惡劣(liè)工作條件作(zuò)用下節流裝(zhuang)✉️置與差壓變(biàn)送器及其連(lián)接部分引壓(ya)管線是使用(yong)維護的🈲重點(diǎn),天然氣輸配(pei)氣計量站爲(wei)經常檢查孔(kǒng)闆的質量,常(cháng)增設旁路管(guǎn)或采用價格(ge)昂貴的可換(huan)孔闆節流裝(zhuang)置,這些都使(shi)儀表及其輔(fu)助設備造價(jià)增加,也增加(jia)了維護工作(zuo)量。氣體超聲(sheng)流量計檢測(ce)件比較牢固(gù)🤟,維護工作量(liàng)少,甚至可做(zuò)成插🛀🏻人式探(tan)頭,在不斷流(liu)情況下取👣出(chu)維修。
　　氣體超(chao)聲流量計與(yǔ)孔闆流量計(jì)在天然氣工(gōng)業中的☂️應用(yòng)進行一些比(bi)較,由上述可(ke)見,在大口徑(jìng)測量方面㊙️,氣(qi)體📐超聲流量(liang)計無♊疑更爲(wèi)優越。孔闆流(liu)量計畢竟已(yi)經發展數十(shi)年至上百年(nian)曆史,全世界(jiè)流量工作者(zhe)都對它進行(hang)過巨大的理(li)論與實踐工(gōng)作,取🔅得極爲(wei)豐富的經驗(yan),相比之下,氣(qì)體超聲流量(liang)計僅剛嶄露(lù)頭角,尚需通(tong)過實踐走向(xiang)成熟,至于中(zhōng)小口徑方面(miàn),需作更多的(de)工作。

以上内(nei)容源于網絡(luò)，如有侵權聯(lian)系即删除!