随着我国西气东输一、二、三期的建设及境外 天然气输气管线建设的推进,我国天然气用量不断增 长,输气管网日趋扩大、不同类型的配套流量计需求 增加;终端用户有工矿企业、商业及民用用户,情况 十分复杂,需求多种多样。如此量大面广的用户,流 量计的选型就显得特别重要,不仅要考虑仪表计量准 确度等技术要求,还要考虑仪表的维护与校验的工作 量及成本。据仪表机构综合分析,天然气输 气管线流量仪表应为3大......
标准喷嘴天然气流量计 产品详情
随着我国西气东输一、二、三期的建设及境外 天然气输气管线建设的推进,我国天然气用量不断增 长,输气管网日趋扩大、不同类型的配套流量计需求 增加;终端用户有工矿企业、商业及民用用户,情况 十分复杂,需求多种多样。如此量大面广的用户,流 量计的选型就显得特别重要,不仅要考虑仪表计量准 确度等技术要求,还要考虑仪表的维护与校验的工作 量及成本。据仪表机构综合分析,天然气输 气管线流量仪表应为3大主力仪表:孔板流量计,涡 轮流量计和气体超声流量计。理论分析和实践证明, 这3种仪表各项性能指标各有优劣,由于气体超声波 流量计多用于输气门站的大流量计量,其用量相对较 少,不在此讨论。本文仅对孔板流量计和涡轮流量计 仪表性能指标比较,根据gb/t18603-2001《天然气 计量系统技术要求》,提出天然气流量计量仪表若干 选型原则,结合我国国情,向天然气工业用户、城市 燃气网中的商业用户,*采用具有检定周期长(4 年)、维护量小、测量范围宽的新型标准喷嘴流量计 测量天然气流量,与此同时推进相关国家标准的制定 工作。
*以来,孔板流量计为天然气输气管线上的主 要流量计,20世纪70年代后,涡轮流量计成为仅次于 孔板流量计的主力仪表,只是在本世纪初,气体超声 流量计才在上推广。孔板、涡轮流量计标准、规 范已经成熟,而气体超声流量计的标准尚在拟议 中。由此可见,我国天然气流量计量应该选用孔板和 涡轮作为主要仪表。
孔板流量计在天然气流量测量中的应用己有一百 多年历史,可以不夸张地说,正是天然气流量测量才 使孔板流量计达到今天的技术成熟,标准、规范丰 富,奠定了作为大类流量计的地位。20世纪70年 代以前,孔板流量计己发展为标准型流量计,其特点 有三:
(1)结构形式和技术要求标准化;(2)标准 给出节流件的流出系数和可膨胀性系数及计算公式;
(3)现场影响量的试验广泛深入,是上通用 的。正是借助这些特点引出两大使用特性:(1)节 流件无须实流校准,可根据节流件结构形状及技术要 求以及流体特性求得流量与信号的关系及其测量不确 定度;(2)流量计投用现场后,如果使用条件偏离 标准规定,可利用影响量试验研究资料进行修正(或 补偿)。孔板流量计作为标准节流装置品种, 其标准规范在iso5167:2003(e)及agan03(hnsi/ api2530)中详细列举,在全部流量计中,它的标准及 规范是、完善的,目前其它已有标准的 流量计,如涡轮、电磁、涡街、质量等都没有上述3个 特点,因此,亦不具有两大使用特性。近年(20世纪 90年代后),由于电子技术、计算机技术、新材料、 新工艺的突破性进展,新型流量计(涡轮、涡街、电 磁、超声、质量)有长足发展,在市场激烈竞争中, 标准节流式流量计市场份额有所下降,此类流量计的 缺点成为人们评价重点,如:测量准确度不高、范围 度窄、压损大、安装条件苛刻、故障多等等,使标准 节流式流量计似有被边缘化危机。针对上述缺点,技 术工作者经过*的改进与创新,并借助二次仪表 (差压变送器和流量计算机)的突破性进展,使全 套标准节流式流量计性能焕然一新,准确度可以满 足《天然气计量系统技术要求》gb/t18603-2001 a级 (1.0 )和《用能单位能源计量器具配备和管理通则》
gb17167-2006天然气(2.0)的规定,范围度达6: 1〜 15: 1或更宽;结构创新为一体化,消除安装瓶颈,故 障大幅下降;压损大可考虑除孔板外的喷嘴或文丘里 管等节流件,己有业内人士建议应重新审视此类流量 计,给予其正确的评价。
在美国和欧洲涡轮流量计是仅次于孔板流量计 占第二位的天然气流量计,涡轮流量计的主要特点 为:高准确度,一般为±1%r〜±1.5%r,特殊 的为±0.5%r〜±1.0%r;高重复性,短期重复性可达 ±0.05%〜±0.2%,正是由于良好的重复性,若经常校 准或在线校准,可获得高准确度。范围度宽,中大口径 10: 1〜40: 1,小口径5: 1〜6: 1。结构紧凑轻巧,安装维 护方便,流通能力大。应该指出,上述优良特性只在 实验室参比工作条件下方能维持。在现场涡轮流量计 是一种易受现场影响量干扰的流量计,现场影响量主 要为两项:流动特性和流体物性。流体流动特性影 响主要是流体受管道配件(阻流件)干扰而引起的速 度分布畸变和涡流等,其它为非定常流干扰(脉动流 等)。流体物性又分为流体物性(物理性质)和流体 性状,流体物性主要影响因素为密度和粘度,对于天 然气应特别注意密度的变化,密度影响在低流量区域 较大,若密度低(压力下降),下限流量升高,亦即 范围度变窄,线性度变差。在常压空气中校准的涡轮 流量计应通过相关公式进行换算。流体性状指腐蚀、 积垢、脏污、冻结、相变、混相等,它会改变管道壁粗 糙度,流通面积,涡轮叶片及通道状况,流量计特性随 之改变,不再维持实验室校准的特性,给流量计的正 常工作带来恶劣影响,一般应增设过滤器,周期检查 及校准等才能正常工作。应该指出我国天然气流量计 量仪表数量十分庞大,需要定期检定的仪表以数十万 台计,而我国天然气实流标准装置每年仅可标定千余 台的仪表,远不能满足实际需求。因此,保证每台仪表 的正常校准是一个现实又迫切的问题。
由上述孔板流量计和涡轮流量计的简述中我们可 发现它们有以下一些差别。
(1) 孔板流量计具有流量仪表标准节流件的3项 特征,因此,其结构及应用是*通用的。涡轮流 量计不是标准检测件,产品性能随企业而异,由此孔 板流量计的两大使用特性涡轮流量计并不具备。涡轮 流量计必须逐台校准以得到仪表系数,现场影响量的 修正,孔板流量计可采用*流量界积累的丰富资 料,而涡轮流量计只能依靠个别企业指导文件进行, 两者的差别不可同日而语。
(2) 孔板流量计在测量准确度、范围度、结 构设计、安装等方面己有突破性进展,可以满足gb/ t18603-2001和gb17167-2006等国家法定规定的要 求。因涡轮流量计的仪表特性是在有条件场所才能保 证,一般而言,在输配气(门)站配备设备和专 业人员来满足其要求,而普通用户不具备这些条件, 定期的维护和检定亦存在实际困难。
3 喷嘴流量计
3.1喷嘴流量计的优势
在节流式流量计使用中一般总是优先选用孔板 流量计,其实,在一个时期内,孔板流量计成为了标 准节流装置的代表,其它标准节流件如:isa1932喷 嘴(以下简称喷嘴)、文丘里管等未引起足够的重视 (早期喷嘴类的产品受到了加工工艺的限制),使其 特有的优势没有得到充分发挥。因此,我们更应重视 喷嘴流量计的应用。它具有孔板流量计的优点,但又 因喷嘴为廓形节流件,无尖锐棱角,结构形状耐高流速冲击与磨损,故其流量特性能保持*稳定,无孔 板锐缘钝化之虞,因而检定周期长(4年),且压损 小。所以,喷嘴应是比孔板更优越的节流件。
近年来,标准喷嘴流量计在其它领域(蒸汽和通 用气体计量)得到广泛的应用,其工艺与结构更为成 熟,同时也积累丰富的使用经验。因此,国家标准化 委员会已于2012年批准制定《用标准喷嘴流量计测量 天然气流量》国家标准,计划号为-t-515。 该标准将参考《用标准孔板流量计测量天然气流量》 gb/t21446-2008等现行的国家标准,针对标准喷嘴的 结构特点,对其制造、检验、安装及使用等做出规定。 3.2定值喷嘴流量计
喷嘴流量计应用较少的一个重要原因是其廓形加 工工艺复杂,一只喷嘴应准备数块模板,作为保证加 工准确度及检验用。
为使节流件商品化,多年前,一些专家就提出了 定值节流件的创意,所谓定值节流件就是在一个管道 公称口径下仅制造3种节流孔径的节流件(6 =0.4、 0.5、0.6),这样定值喷嘴如同标准机械零件一样, 可以形成批量生产,不仅易于保证加工精度,降低成 本,也便于计量管理和计量监督。
还有一个值得重视的问题,就是目前使用的大量 的孔板及喷嘴,其直管段长度不满足标准要求,而且 在10d范围内,同心度、不圆度、粗糙度也不满足标 准要求,引起较大的附加误差,因此,带上经过精细 加工的直管段是很有必要的。
3.3不确定度分析
采用喷嘴流量计计量天然气,其计量的不确定度 是多少?这是大家关心的问题。确定流量测量不确定 度可在天然气实流标准装置实标,由于我国这类装置 很少,难以满足大量检定的需求,所以,不在重点考 虑之列。现对以下两种方案做一介绍。
方案1:
按gb/t2624-2006.3计算喷嘴的流出系数及可膨 胀系数,按gb/t21446-2008 (或sy/t6143-2004)计 算天然气的密度,其不确定度为
现分析各项误差
(1) 牛:若节流孔径比6<0.6则该项的不确定 应为0.8%
(2) 普:按gb/t2624-2006中喷嘴的计算公式 其不确定度为
ai3
只需歹=£0.05,这是很容易做到的,例如压力 (绝压)为0.2mpa,只需保证在大流量下,差压值
小于10 000pa即可。
(3) 管径及开孔径所带来的不确定度,可以通 过精确测量,使其降至可忽略程度。
(4) 与晋:根据gb/t21446-2008,提供的换算 公式,将变送器的满度误差换算为示值误差
8ap _ 2 追 ap =砂而
式中:
z:变送器精度等级
4巳:变送器量程
4p/:差压示值
例如:变送器精度等级为0.075 (即误差为
0.075%),差压测量范围为1:36,则:
(5)哆:根据gb/t21446-2008
祟:天然气相对密度测量不确定度为0.3%
多:压缩系数不确定度,按gb/g17747.2-1999 计算,其值为0.1%
下:设t由-20°c到80°c,温度变送器量程为 -20°c〜100°c,精度等级0.5
根据 gb/t21446-2008
(0.32 + 0.12 + 0.1582 + 0.152)(%) =0.384(%)
在差压测量范围为1: 36条件下,天然气流量测 量不确定度为
就是说:用一台差压变送器,量程范围1: 36, 则流量量程范围为1:6时,流量系统不确定度等级达 到1.5级。若用两台差压变送器,则可使流量量程范 围达1:36。
方案2:
在水标准装置上标定出喷嘴的流出系数,而可膨 胀系数按gb/t2624-2006计算。
现逐项分析误差的大小
(1) 号:若水系统不确定度等级为0.1级,则 该项的不确定应为0.3%。
(2) 其余各项不确定度与方案1相同
在差压测量范围为1: 36条件下,天然气流量测 量不确定度为
就是说,用水系统标定出流出系数,则流量测量 范围为1:6时,流量不确定度等级为1级,若用两台 差压变送器,流量测量范围为1:36。
4 结论
从以上分析可得出结论,在严格按照标准加工、 安装、使用的基础上,引入定值节流件和必要的技术 (宽测量范围运算,变送器数字通讯等)手段,喷嘴 流量计完全可以满足天然气流量计量包括准确度在内 各项技术要求,由于这种仪表的结构牢固、检定周期 长,在减少维护量的同时,大大减少运行成本;具有 较好的技术经济指标,有理由认为它可以作为计量天 然气流量的重点选型仪表之一。这不仅已是专业人员 的共识,也将成为广大用户的共识。