淺析影響天然氣流量計測量氣體介質時的精度的原因
點擊次數：1891 發(fā)布時間：2021-01-08 06:37:22
一、本文概述
流量是企業(yè)監(jiān)控生產過程中的一個重要參數，是保證優(yōu)質、高效、安全、平穩(wěn)運行和改善環(huán)境的重要手段。氣體流量的測量在環(huán)保、化工、能源等行業(yè)加強物料管理、能源管理，進行物料交接、貿易結算、經濟核算和效益分析與評價中具有重要意義。從某種意義上講：計量就是企業(yè)眼睛，計量就是計效益。現代企業(yè)對流量計量的要求越來越高。工業(yè)計量中常用差壓式流量計、天然氣流量計、渦輪流量計和超聲流量計等作為氣體測量儀表。其中天然氣流量計以結構簡單牢固、適用于多流體種類和測量精度較高且測量范圍寬、圧損小等特點應用*為廣泛。本文通過對天然氣流量計在氣體測量中容易出現影響測量數據準確性的幾點原因分析和改進，從而進一步提高氣體流量測量準確度。
二、工作原理與結構
天然氣流量計是在流體中安放非流線型旋渦發(fā)生體，流體在旋渦發(fā)生體兩側交替地分離釋放出兩列規(guī)則的交替排列的旋渦渦街。在一定的流量（雷諾數）范圍內，旋渦的分離頻率與流經渦街流量傳感器處流體的體積流量成正比。
三、影響準確度的因素分析及解決辦法
由于天然氣流量計的結構和測量原理的特點，天然氣流量計測量精度受到振動、脈沖干擾、測量介質、安裝方式以及流體狀況等原因有較大的影響。
1.管道振動
天然氣流量計本質上是流體振動型流量計，除壓電晶體檢測式天然氣流量計，其它天然氣流量計對機械振動特別敏感。由于天然氣流量計輸出脈沖與流速成正比、檢測渦街的升力與流速平方和被測流體的密度成正比，所以在小流量時，渦街流量傳感器信號頻率低且幅值小，受到低頻的管道振動干擾影響嚴重，輸出脈沖誤差大；隨著流量的增大，渦街流量傳感器信號頻率變大且幅值增強，受到低頻的管道振動干擾影響減弱，輸出脈沖也隨之誤差變小。
當天然氣流量計安裝位置出現管道振動時可以采取以下方法：
1.1增設管道固定支架，限制管道振幅；
1.2調整儀表電路的設定狀態(tài)，力求排除振動影響；
1.3如以上無法實現時可根據天然氣流量計對不同方向的抗振能力的不同，在安裝管線上的流量計方向用X-Y-Z三維坐標表示，X是管道中心線方向，即流量計進出口的方向；Z是流量計柱體軸向；Y是與管道中心線垂直同時與流量計柱體軸向垂直的方向，也是天然氣流量計橫向力作用的方向。流量計Z方向的抗振能力*強而Y方向*差。觀察或測量管道的主要振動方向，旋轉流量計，直到Z軸與此主振方向重合，把儀表固定在該方向上。盡可能減小管道振動對流量計測量的影響。
2.脈沖干擾
天然氣流量計如果附近存在與其測量脈沖信號重疊的變頻器、電機等設備時，易發(fā)生外界干擾信號覆蓋或疊加被測信號，致使流量計無法進行準確計量。這時應做好流量計接地和屏蔽保護。也可對影響信號的噪聲源進行控制，如對變頻器、電機電纜加裝金屬套管進行屏蔽；遠離噪聲源安裝流量計；在流量計與噪聲源之間加裝T形管、90?彎頭、多孔消音器等管件可以在一定程度上降低噪聲的影響。
3.測量介質
天然氣流量計主要對單相流體進行測量，當出現兩相流時測量結果將有明顯的偏差。如測量過熱蒸汽時，如果管道保溫不好或流動阻力損失太大，將造成過熱蒸汽溫度快速下降而使蒸汽由過熱變?yōu)轱柡?，出現凝結水。而凝結水的密度遠遠大于蒸汽密度，因而，蒸汽凝結導致天然氣流量計測量蒸汽流量明顯變小。我們應對易于液化氣體介質進行加壓或保溫措施，并實時監(jiān)控介質溫度與壓力，防止氣液兩相流出現。
4.流體狀況
流量計正常工作流體條件：① 具有充分發(fā)展的湍流速度分布、無旋渦、速度軸對稱分布；②充滿圓管的單相流體；③定常流。④牛頓流體流量計在使用中偏離這些條件將產生附加誤差，在現場流體流動特性中的具有充分發(fā)展的湍流速度分布、無旋渦、速度軸對稱分布及定常流常是難以滿足的，它們將造成測量誤差的增大，有時增大多少難以定量確定，因此在現場使用中必須密切注意流動特性的情況。
影響準確流體原因：流速分布畸變及旋轉流：流速分布畸變及旋轉流對流量計特性的影響因工作原理而異，有的很嚴重，有的無甚影響，一般來說，推理式流量計（差壓、渦輪、渦街、超聲、電磁等）都要受影響，而容積式流量計不受或基本不受影響。
非定常流：在現場使用中非定常流并不少見，非定常流可分為二大類：周期性脈動和隨機性波動。在發(fā)動機、泵、風機等出口的流動可見周期脈動，而管道中的流動受阻流件及管道系統(tǒng)的干擾一般都存在隨機性波動。至今還沒有明確規(guī)定流量所需要的定常流條件的定量指標。在流量測量標準中只是含糊地規(guī)定：管道內的流量應該不**間而變化，或實際上只**間有微小和緩慢的變化。滿足流量檢測件上下游直管段所需要的作業(yè)空間、加裝多孔導流裝置和保證安裝管線與流量計管徑中心線對齊，且無凸出物（如安裝的墊片）突入測量管道，可以有效避免非定常流的出現。
三、結束語
隨著社會的發(fā)展人們對能源的需求越來越大，能源短缺的現實逐步顯現，人們對能源管理和控制意識進一步加強，能源計量的準確性將會愈來愈重要。通過分析影響天然氣流量計在氣體測量準確度的幾點原因，并加以改善，從而有效提高測量數據的準確性。保障工藝操作控制、加強效益核算管理，為企業(yè)經營管理決策提供更加可靠的依據。
流量是企業(yè)監(jiān)控生產過程中的一個重要參數，是保證優(yōu)質、高效、安全、平穩(wěn)運行和改善環(huán)境的重要手段。氣體流量的測量在環(huán)保、化工、能源等行業(yè)加強物料管理、能源管理，進行物料交接、貿易結算、經濟核算和效益分析與評價中具有重要意義。從某種意義上講：計量就是企業(yè)眼睛，計量就是計效益。現代企業(yè)對流量計量的要求越來越高。工業(yè)計量中常用差壓式流量計、天然氣流量計、渦輪流量計和超聲流量計等作為氣體測量儀表。其中天然氣流量計以結構簡單牢固、適用于多流體種類和測量精度較高且測量范圍寬、圧損小等特點應用*為廣泛。本文通過對天然氣流量計在氣體測量中容易出現影響測量數據準確性的幾點原因分析和改進，從而進一步提高氣體流量測量準確度。
二、工作原理與結構
天然氣流量計是在流體中安放非流線型旋渦發(fā)生體，流體在旋渦發(fā)生體兩側交替地分離釋放出兩列規(guī)則的交替排列的旋渦渦街。在一定的流量（雷諾數）范圍內，旋渦的分離頻率與流經渦街流量傳感器處流體的體積流量成正比。
三、影響準確度的因素分析及解決辦法
由于天然氣流量計的結構和測量原理的特點，天然氣流量計測量精度受到振動、脈沖干擾、測量介質、安裝方式以及流體狀況等原因有較大的影響。
1.管道振動
天然氣流量計本質上是流體振動型流量計，除壓電晶體檢測式天然氣流量計，其它天然氣流量計對機械振動特別敏感。由于天然氣流量計輸出脈沖與流速成正比、檢測渦街的升力與流速平方和被測流體的密度成正比，所以在小流量時，渦街流量傳感器信號頻率低且幅值小，受到低頻的管道振動干擾影響嚴重，輸出脈沖誤差大；隨著流量的增大，渦街流量傳感器信號頻率變大且幅值增強，受到低頻的管道振動干擾影響減弱，輸出脈沖也隨之誤差變小。
當天然氣流量計安裝位置出現管道振動時可以采取以下方法：
1.1增設管道固定支架，限制管道振幅；
1.2調整儀表電路的設定狀態(tài)，力求排除振動影響；
1.3如以上無法實現時可根據天然氣流量計對不同方向的抗振能力的不同，在安裝管線上的流量計方向用X-Y-Z三維坐標表示，X是管道中心線方向，即流量計進出口的方向；Z是流量計柱體軸向；Y是與管道中心線垂直同時與流量計柱體軸向垂直的方向，也是天然氣流量計橫向力作用的方向。流量計Z方向的抗振能力*強而Y方向*差。觀察或測量管道的主要振動方向，旋轉流量計，直到Z軸與此主振方向重合，把儀表固定在該方向上。盡可能減小管道振動對流量計測量的影響。
2.脈沖干擾
天然氣流量計如果附近存在與其測量脈沖信號重疊的變頻器、電機等設備時，易發(fā)生外界干擾信號覆蓋或疊加被測信號，致使流量計無法進行準確計量。這時應做好流量計接地和屏蔽保護。也可對影響信號的噪聲源進行控制，如對變頻器、電機電纜加裝金屬套管進行屏蔽；遠離噪聲源安裝流量計；在流量計與噪聲源之間加裝T形管、90?彎頭、多孔消音器等管件可以在一定程度上降低噪聲的影響。
3.測量介質
天然氣流量計主要對單相流體進行測量，當出現兩相流時測量結果將有明顯的偏差。如測量過熱蒸汽時，如果管道保溫不好或流動阻力損失太大，將造成過熱蒸汽溫度快速下降而使蒸汽由過熱變?yōu)轱柡?，出現凝結水。而凝結水的密度遠遠大于蒸汽密度，因而，蒸汽凝結導致天然氣流量計測量蒸汽流量明顯變小。我們應對易于液化氣體介質進行加壓或保溫措施，并實時監(jiān)控介質溫度與壓力，防止氣液兩相流出現。
4.流體狀況
流量計正常工作流體條件：① 具有充分發(fā)展的湍流速度分布、無旋渦、速度軸對稱分布；②充滿圓管的單相流體；③定常流。④牛頓流體流量計在使用中偏離這些條件將產生附加誤差，在現場流體流動特性中的具有充分發(fā)展的湍流速度分布、無旋渦、速度軸對稱分布及定常流常是難以滿足的，它們將造成測量誤差的增大，有時增大多少難以定量確定，因此在現場使用中必須密切注意流動特性的情況。
影響準確流體原因：流速分布畸變及旋轉流：流速分布畸變及旋轉流對流量計特性的影響因工作原理而異，有的很嚴重，有的無甚影響，一般來說，推理式流量計（差壓、渦輪、渦街、超聲、電磁等）都要受影響，而容積式流量計不受或基本不受影響。
非定常流：在現場使用中非定常流并不少見，非定常流可分為二大類：周期性脈動和隨機性波動。在發(fā)動機、泵、風機等出口的流動可見周期脈動，而管道中的流動受阻流件及管道系統(tǒng)的干擾一般都存在隨機性波動。至今還沒有明確規(guī)定流量所需要的定常流條件的定量指標。在流量測量標準中只是含糊地規(guī)定：管道內的流量應該不**間而變化，或實際上只**間有微小和緩慢的變化。滿足流量檢測件上下游直管段所需要的作業(yè)空間、加裝多孔導流裝置和保證安裝管線與流量計管徑中心線對齊，且無凸出物（如安裝的墊片）突入測量管道，可以有效避免非定常流的出現。
三、結束語
隨著社會的發(fā)展人們對能源的需求越來越大，能源短缺的現實逐步顯現，人們對能源管理和控制意識進一步加強，能源計量的準確性將會愈來愈重要。通過分析影響天然氣流量計在氣體測量準確度的幾點原因，并加以改善，從而有效提高測量數據的準確性。保障工藝操作控制、加強效益核算管理，為企業(yè)經營管理決策提供更加可靠的依據。