影響智能氣體渦輪流量計準確性因素及解決措施
點擊次數(shù)：2189 發(fā)布時間：2021-01-13 17:51:32
摘要：在智能氣體渦輪流量計計量系統(tǒng)結算中，標況下的氣體流量計算是否正確直接影響計量系統(tǒng)的準確性，基于渦輪流量計的工作原理、系統(tǒng)組成，分析了影響智能氣體渦輪流量計系統(tǒng)性能的因素，并根據(jù)分析結果制定相對應的對策。指出在天然氣貿易交接計量中應加強對渦輪計量系統(tǒng)的運行維護和檢測，以提高計量的準確性。
天然氣作為一種清潔能源在一次能源消費中占據(jù)著重要的地位。隨著中國西氣東輸、川氣東送等**重要長輸管道的建成，以及城市燃氣管網的不斷完善，天然氣貿易交接的科學、公正、可靠變得愈發(fā)重要。渦輪計量系統(tǒng)具有靈敏度高、重復性好、量程比寬等優(yōu)點，在長輸管道以及城市燃氣管網中得到了廣泛應用，但在實際應用過程中會受到各種因素的干擾，進而影響了其計量的準確性。
１渦輪流量計的工作原理
渦輪流量計屬于速度式流量計，在管道中安裝一臺自由轉動、軸與管道同心的葉輪，當被測氣體流過傳感器時，在氣流作用下，葉輪受力旋轉，其轉速與管道平均流速成正比，葉輪轉動會周期地改變磁電轉換器的磁阻值，使檢測線圈中磁通隨之發(fā)生周期性變化，產生周期性的感應電勢，即電脈沖信號。該信號經放大器放大后，送至顯示儀表顯示，渦輪流量計工作原理如圖１所示。
管道中流體的流速大小與葉輪轉速成正比，流量計算如式（１）所示：
式中：ｑＶｆ———工況體積流量，ｍ３／ｓ；Ｎ———渦輪流量計的脈沖數(shù)；Ｋ———渦輪流量計儀表系數(shù)，１／ｍ３。
２智能氣體渦輪流量計系統(tǒng)的組成
智能氣體渦輪流量計系統(tǒng)如圖２所示，一般由渦輪流量計、壓力變送器、溫度變送器、色譜分析儀、流量計算機５部分組成。渦輪流量計是該計量系統(tǒng)的核心，壓力變送器、溫度變送器采集輸氣工況條件下的壓力、溫度信號。色譜實時在線分析管道中的天然氣組分，以確定天然氣的壓縮因子。流量計算機則將采集到的壓力、溫度、工況體積流量、氣體組分進行運算分析，得到標準狀況下的氣體體積流量，并用于計量交接，同時保存相應的流量歷史數(shù)據(jù)。
３影響智能氣體渦輪流量計系統(tǒng)準確性的主要因素
中國天然氣貿易交接中一般采用標準狀況下的體積流量進行結算，標況下的體積流量計算如式（２）所示：
式中：ｑＶｎ———標況下的體積流量，ｍ３／ｓ；ｐａｂｓ———工況下測得的氣體的絕對壓力，ｋＰａ；ｐｎ———標況下的參比壓力，１０１.３２５ｋＰａ；Ｔｎ———標況下的參比熱力學溫度，２９３.１５Ｋ；Ｔ———工況下測得的氣體熱力學溫度，Ｋ；Ｚｎ———標況下的氣體壓縮因子；Ｚ———工況下的氣體的壓縮因子。
由式（２）可知，影響智能氣體渦輪流量計系統(tǒng)準確性的主要因素有：工況體積流量是否準確；壓力、溫度在工況條件下的測量是否準確；氣體的組分分析是否準確以及流量計算機的設置是否正確等。
４解決措施
４.１保證渦輪流量計的正常運行
渦輪流量計安裝時應確保流量計的上游前、下游后具有一定長度的直管段，一般要求上游直管段長度不低于２０Ｄ，Ｄ為管道公稱直徑，下游直管段不低于５Ｄ，以消除旋渦流等流體流速分布不均產生的測量誤差。流量計應工作在儀表系數(shù)曲線線性區(qū)域內，瞬時流量應在分界流量以上，以保證其測量的準確性。要特別注意脈沖放大器的選型和配置，其選用和正常運行直接關系著工況流量數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。
４.２確保壓力和溫度的測量準確
壓力變送器、溫度變送器應具備限值報警、修改保護等功能。現(xiàn)場人員應定時核查計量系統(tǒng)中壓力值、溫度值與現(xiàn)場變送器就地顯示值是否一致，定期利用校準儀器檢查儀表的零位，防止零位漂移，對于超過儀表允許誤差的應及時更換或者送專業(yè)授權機構檢定、校準。
４.３加強對天然氣組分的分析
對于多氣源的計量系統(tǒng)，建議設置在線氣體色譜分析儀，在線分析天然氣的組分并將數(shù)據(jù)傳入流量計算機以實現(xiàn)天然氣組分的實時更新。色譜分析儀應定期利用標準氣體標定，確保正常工作。對于未設置色譜分析儀的計量系統(tǒng)應定期采集天然氣送專業(yè)機構化驗，同時要加強與鄰近配置有色譜分析儀的計量系統(tǒng)的組分數(shù)據(jù)比對，防止氣體組分發(fā)生較大變化時，預設在流量計算機中的氣體組分數(shù)據(jù)未及時更新而造成計量誤差。
４.４流量計算機的設置要合理
對于控制室設置有流量計算機的計量系統(tǒng)應根據(jù)渦輪流量計的檢定結果，及時修改計算機中設置的儀表系數(shù)，確保工況流量傳輸?shù)臏蚀_。要根據(jù)現(xiàn)場工藝情況以及儀表性能，正確選擇小流量切除的工況點，對于具有壓力、溫度傳輸故障自動補償功能的流量計算機要根據(jù)工況設置壓力、溫度的預設值，同時要合理選取壓力、溫度、流量的上下限報警點，以確保流量計算機的正常運行。
５結束語
天然氣計量的準確性直接關系著行業(yè)的發(fā)展和經濟效益。渦輪計量系統(tǒng)作為天然氣行業(yè)的常用流量計量設備，其計量的準確性顯得尤為重要，影響因素也會在不同工況下有所差異，需要現(xiàn)場人員加強維護，合理分析，科學制訂對策，才能進一步提高渦輪計量系統(tǒng)的準確性。
天然氣作為一種清潔能源在一次能源消費中占據(jù)著重要的地位。隨著中國西氣東輸、川氣東送等**重要長輸管道的建成，以及城市燃氣管網的不斷完善，天然氣貿易交接的科學、公正、可靠變得愈發(fā)重要。渦輪計量系統(tǒng)具有靈敏度高、重復性好、量程比寬等優(yōu)點，在長輸管道以及城市燃氣管網中得到了廣泛應用，但在實際應用過程中會受到各種因素的干擾，進而影響了其計量的準確性。
１渦輪流量計的工作原理
渦輪流量計屬于速度式流量計，在管道中安裝一臺自由轉動、軸與管道同心的葉輪，當被測氣體流過傳感器時，在氣流作用下，葉輪受力旋轉，其轉速與管道平均流速成正比，葉輪轉動會周期地改變磁電轉換器的磁阻值，使檢測線圈中磁通隨之發(fā)生周期性變化，產生周期性的感應電勢，即電脈沖信號。該信號經放大器放大后，送至顯示儀表顯示，渦輪流量計工作原理如圖１所示。
管道中流體的流速大小與葉輪轉速成正比，流量計算如式（１）所示：
式中：ｑＶｆ———工況體積流量，ｍ３／ｓ；Ｎ———渦輪流量計的脈沖數(shù)；Ｋ———渦輪流量計儀表系數(shù)，１／ｍ３。
２智能氣體渦輪流量計系統(tǒng)的組成
智能氣體渦輪流量計系統(tǒng)如圖２所示，一般由渦輪流量計、壓力變送器、溫度變送器、色譜分析儀、流量計算機５部分組成。渦輪流量計是該計量系統(tǒng)的核心，壓力變送器、溫度變送器采集輸氣工況條件下的壓力、溫度信號。色譜實時在線分析管道中的天然氣組分，以確定天然氣的壓縮因子。流量計算機則將采集到的壓力、溫度、工況體積流量、氣體組分進行運算分析，得到標準狀況下的氣體體積流量，并用于計量交接，同時保存相應的流量歷史數(shù)據(jù)。
３影響智能氣體渦輪流量計系統(tǒng)準確性的主要因素
中國天然氣貿易交接中一般采用標準狀況下的體積流量進行結算，標況下的體積流量計算如式（２）所示：
式中：ｑＶｎ———標況下的體積流量，ｍ３／ｓ；ｐａｂｓ———工況下測得的氣體的絕對壓力，ｋＰａ；ｐｎ———標況下的參比壓力，１０１.３２５ｋＰａ；Ｔｎ———標況下的參比熱力學溫度，２９３.１５Ｋ；Ｔ———工況下測得的氣體熱力學溫度，Ｋ；Ｚｎ———標況下的氣體壓縮因子；Ｚ———工況下的氣體的壓縮因子。
由式（２）可知，影響智能氣體渦輪流量計系統(tǒng)準確性的主要因素有：工況體積流量是否準確；壓力、溫度在工況條件下的測量是否準確；氣體的組分分析是否準確以及流量計算機的設置是否正確等。
４解決措施
４.１保證渦輪流量計的正常運行
渦輪流量計安裝時應確保流量計的上游前、下游后具有一定長度的直管段，一般要求上游直管段長度不低于２０Ｄ，Ｄ為管道公稱直徑，下游直管段不低于５Ｄ，以消除旋渦流等流體流速分布不均產生的測量誤差。流量計應工作在儀表系數(shù)曲線線性區(qū)域內，瞬時流量應在分界流量以上，以保證其測量的準確性。要特別注意脈沖放大器的選型和配置，其選用和正常運行直接關系著工況流量數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。
４.２確保壓力和溫度的測量準確
壓力變送器、溫度變送器應具備限值報警、修改保護等功能。現(xiàn)場人員應定時核查計量系統(tǒng)中壓力值、溫度值與現(xiàn)場變送器就地顯示值是否一致，定期利用校準儀器檢查儀表的零位，防止零位漂移，對于超過儀表允許誤差的應及時更換或者送專業(yè)授權機構檢定、校準。
４.３加強對天然氣組分的分析
對于多氣源的計量系統(tǒng)，建議設置在線氣體色譜分析儀，在線分析天然氣的組分并將數(shù)據(jù)傳入流量計算機以實現(xiàn)天然氣組分的實時更新。色譜分析儀應定期利用標準氣體標定，確保正常工作。對于未設置色譜分析儀的計量系統(tǒng)應定期采集天然氣送專業(yè)機構化驗，同時要加強與鄰近配置有色譜分析儀的計量系統(tǒng)的組分數(shù)據(jù)比對，防止氣體組分發(fā)生較大變化時，預設在流量計算機中的氣體組分數(shù)據(jù)未及時更新而造成計量誤差。
４.４流量計算機的設置要合理
對于控制室設置有流量計算機的計量系統(tǒng)應根據(jù)渦輪流量計的檢定結果，及時修改計算機中設置的儀表系數(shù)，確保工況流量傳輸?shù)臏蚀_。要根據(jù)現(xiàn)場工藝情況以及儀表性能，正確選擇小流量切除的工況點，對于具有壓力、溫度傳輸故障自動補償功能的流量計算機要根據(jù)工況設置壓力、溫度的預設值，同時要合理選取壓力、溫度、流量的上下限報警點，以確保流量計算機的正常運行。
５結束語
天然氣計量的準確性直接關系著行業(yè)的發(fā)展和經濟效益。渦輪計量系統(tǒng)作為天然氣行業(yè)的常用流量計量設備，其計量的準確性顯得尤為重要，影響因素也會在不同工況下有所差異，需要現(xiàn)場人員加強維護，合理分析，科學制訂對策，才能進一步提高渦輪計量系統(tǒng)的準確性。