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天然氣管道計量表

天然氣管道計量表原理

在流體中設置三角柱型旋渦發生體,則從旋渦發生體兩側交替地產生有規則的旋渦,這種旋渦稱為卡門旋渦,如右圖所示,旋渦列在旋渦發生體下遊非對稱地排列。
設旋渦的發生頻率為f,被測介質平均流速為 ,旋渦發生體迎流麵寬度為d,表體通徑為D,即可得到以下關係式:
 f=SrU1/d=SrU/md                     (1)
式中  U1--旋渦發生體兩側平均流速,m/s;
     Sr--斯特勞哈爾數;
     m--旋渦發生體兩側弓形麵積與管道橫截麵麵積之比
 管道內體積流量qv為
             qv=πD2U/4=πD2mdf/4Sr                 (2)
             K=f/qv=[πD2md/4Sr]-1                  (3)
式中 K--流量計的儀表係數,脈衝數/m3(P/m3)。
   K除與旋渦發生體、管道的幾何尺寸有關外,還與斯特勞哈爾數有關。斯特勞哈爾數為無量綱參數,它與旋渦發生體形狀及雷諾數有關,圖2所示為圓柱狀旋渦發生體的斯特勞哈爾數與管道雷諾數的關係圖。由圖可見,在ReD=2×104~7×106範圍內,Sr可視為常數,這是儀表正常工作範圍。當測量氣體流量時,VSF的流量計算式為

                            (4)

圖2 斯特勞哈爾數與雷諾數關係曲線
式中 qVn,qV--分別為標準狀態下(0oC或20oC,101.325kPa)和工況下的體積流量,m3/h;
   Pn,P--分別為標準狀態下和工況下的絕對壓力,Pa;
   Tn,T--分別為標準狀態下和工況下的熱力學溫度,K;
   Zn,Z--分別為標準狀態下和工況下氣體壓縮係數。
   由上式可見,VSF輸出的脈衝頻率信號不受流體物性和組分變化的影響,即儀表係數在一定雷諾數範圍內僅與旋渦發生體及管道的形狀尺寸等有關。但是作為流量計在物料平衡及能源計量中需檢測質量流量,這時流量計的輸出信號應同時監測體積流量和流體密度,流體物性和組分對流量計量還是有直接影響的。
  天然氣管道計量表便是依據卡門旋渦原理進行封閉管道流體流量測量的新型流量計。因其具有良好的介質適應能力,無需溫度壓力補償即可直接測量蒸汽、空氣、氣體、水、液體的工況體積流量,配備溫度、壓力傳感器可測量標況體積流量和質量流量,是節流式流量計的理想替代產品。
   為提高天然氣管道計量表的耐高溫及抗振動性能,我公司新近開發出了SDLU改進型渦街流量傳感器,因其獨特的結構和選材使該傳感器可在高溫(350℃)、強振動(≤1g)的惡劣工況下使用。
   在實際應用中,往往最大流量遠低於儀表的上限值,隨著負荷的變化,最小流量又往往會低於儀表的下限值,儀表並非工作在它的最佳工作段,為了解決這一問題,通常采用在測量處縮徑提高測量處的流速,並選用較小口徑的儀表以利於儀表的測量,但是這種變徑方式必須在變徑管與儀表間有長度為15D以上的直管段進行整流,使加工、安裝都不方便。我公司研製的縱斷麵形狀為圓弧的LGZ變徑整流器,具有整流、提高流速及改變流速分布多重作用,其結構尺寸小,僅為工藝管內徑的1/3,與天然氣管道計量表作成一體,不僅不需要另外附加一段直管段,還可以降低對工藝管直管段的要求,安裝非常方便。
為了使用方便,電池供電的本地顯示型天然氣管道計量表采用微功耗高新技術,采用鋰電池供電可不間斷運行一年以上,節省了電纜和顯示儀表的采購安裝費用,可就地顯示瞬時流量、累積流量等。溫度補償一體型天然氣管道計量表還帶有溫度傳感器,可以直接測量出飽和蒸汽的溫度並計算出壓力,從而顯示飽和蒸汽的質量流量。溫壓補償一體型帶有溫度、壓力傳感器,用於氣體流量測量可直接測量出氣體介質的溫度和壓力,從而顯示氣體的標況體積流量。
四、技術指標
1.測量介質:液體、氣體、飽和蒸汽、過熱蒸汽。
2.精度等級:液體±1.0%,氣體(蒸汽) ±1.5%,插入式±2.5%。
3.工作壓力:1.6MPa,2.5MPa,4.0MPa,6.4MPa。
4.介質溫度:普通型-40~150℃ 中溫型-40~250℃ 高溫型-40~350℃。
5.輸出信號:三線電壓脈衝,低電平0~1V,高電平 > 4V,占空比50%; 二線製標準電流4~20mA;三線製標準電流0~10mA。
6.工作環境:-35℃~+60℃,濕度≤95%RH。
7.工作電源:DC12V;DC24V。
8.殼體材料:碳鋼、不鏽鋼。
9.防爆類型:本安型 ExibIICT6。
對直管段的要求
為了確保儀表正常、準確運行,傳感器安裝點的上下遊必須有一定的直管道,以調整流場,如圖所示。

圖1:同心縮管;
圖2:同心擴管;
圖3:一個90度彎頭;
圖4:同一平麵兩個90度彎頭;
圖5:不同平麵兩個90度彎頭;
圖6 :調節閥應安裝在傳感器下遊5D以 遠處,若必須安裝在傳感器上遊,則傳感器上遊應有不小於50D的 等徑直管段,下遊應有不小於5D 的等徑直管段。
九、對管道的要求
1)上、下遊配管內徑D和與傳感器內徑DN相同,其差異滿足下述條件:0.95DN≤D≤1.1DN。
2)配管應與傳感器同心,同軸度應小於0.05DN。
3)密封墊不能凸入管道內,其內徑可比傳感器內徑略大。
4)如需斷流檢查與清洗傳感器,應設置旁通管道,如下圖所示。
對管道振動的要求

傳感器盡量避免安裝在振動較強的管道上,若不得已要安裝時,必須采取減震措施,在傳感器的上下遊2D處分別設置管道緊固裝置,並加防振墊。

   特別注意:在空壓機出口處振動較強,不能安裝傳感器,應安裝在儲氣罐之後。
產品選型表
1、明確管道內徑、測量介質名稱、介質狀態、工作壓力、工作溫度、工藝流量範圍(最小、正常、最大工況流量m3/h,)非工況流量可根據用戶提供參數定做。
2、根據上述參數查閱流量範圍參考表,選擇管徑的大小,使用的最大流量應不小於流量計額定最大流量的50%。
檢定編輯
現如今能源正在逐步減少,所以國家出台了關於能源管理的相關條例,其中明確指出,天然氣管道計量表在應用於貿易結算中必須要到相關的檢定部門做技術檢定,出具相應的證書後才能投入使用。
現常用的天然氣管道計量表檢定方法有兩種:
標準表法
用天然氣管道計量表作標準器與被檢流量計串聯,可用靜態法或動態法檢定。通過比較兩台流量計的讀數,求得被檢天然氣管道計量表誤差。
標準表法流量計標準裝置的特點:
標準表法裝置適用於計量各種流體(包括液體和氣體),也適用於各種粘度的液體。
進行示值檢定時,作為標準表的流量計與被檢流量計串聯安裝於同一個封閉管道係統中,一般無時間測量誤差。
作為標準表的天然氣管道計量表,可以與被檢流量計各類相同,也可以不同。
用標準表法檢定流量計時可以不切斷氣流或液流,故適宜於在線檢定,也適用於作密閉管路的計量標準器。
標準表法容易實現自動化,密閉安全,不汙染環境。
體積小,重量輕,裝置構造簡單,操作方便,運輸安裝較易,成本較低。
標準表流量計準確度偏低,穩定性較差,常需要定期或不定期進行比對,以監督其計量性能。標準表的檢定周期較短。
鍾罩法
由於形如鍾罩的開口容器,倒放入裝有密封液體(水或其它液體)的上開口圓筒形儲液槽內。鍾罩是
浮在密封液體中,鍾罩內的容積已知,在測量時間間隔內,測量鍾罩上升(或下降)時吸入(或排出)氣體體積量,可求得氣體流量。
鍾罩法裝置是一種容積法氣體流量計裝置。
用鍾罩法檢定天然氣管道計量表時,可以采用進氣方式或排出方式兩種檢定方法。進氣方式工作壓力高於鍾罩餘壓,流量較大。排氣方式工作壓力一般小於鍾罩餘壓,流量較小。
鍾罩有水封和油封式,對水封式鍾罩,若用排氣方式檢定流量計,被檢流量計的溫度低於鍾罩內的水溫時,要考慮空氣中的水蒸汽結露而產生的誤差。
鍾罩法隻能用於計量接近大氣壓力的空氣流量計。煤氣表和濕式氣體流量計常用此法檢定,流量範圍較小,可以檢定上限流量為(3000-5000)m3/h的流量計。裝置準確度達0.2%~0.5%。


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