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氣體超聲流量計的應(yīng)用探討

來源:江蘇順通儀表有限公司   2009年01月14日 14:50  
   科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和流量測試技術(shù)研究的深入,近幾年來氣體超聲流量計的問世引起了流量界廣泛的興趣。美國AGA于1998年發(fā)布了AGA9號報告〈〈用多聲道超聲流量計測量天然氣流量〉〉;之后不久ISO于同年12月也發(fā)布了ISO/TR-12765〈〈用時間傳播法超聲流量計測量封閉管內(nèi)的流體流量〉〉技術(shù)報告。為了適應(yīng)我國西部天然氣開發(fā),滿足西氣東輸工程的要求,我國于2001年內(nèi)編制了GB/T18604〈〈用氣體超聲波流量計測量天然氣流量〉〉的國家標準。同時,為了驗證該類型流量計的性能,西南油田分工司*有針對性地引進了國外二個公司的超聲流量計產(chǎn)品,并在華陽天然氣流量測試中心,對其性能進行了系統(tǒng)測試,之后在典型站場上進行了工業(yè)性試驗,為今后該類型流量計在我國天然氣領(lǐng)域中的推廣使用提供了寶貴經(jīng)驗。

準確地進行天然氣流量測量是企業(yè)部門進行經(jīng)濟分析,降低運行成本的關(guān)鍵一環(huán),直接地影響著一個企業(yè)的經(jīng)濟效益,倍受供需雙方關(guān)注。隨著世界能源供求日益緊張;人們都十分關(guān)心并尋求一種精度高,適應(yīng)性強的流量計來測量天然氣流量,以維護企業(yè)的利益。超聲流量計自投放市場以來,與目前其他類型流量計相比,顯然有著更多更好的性能特性,因而倍受人們青睞。近幾年,在北美及加拿大新建設(shè)幾條大型輸氣管道工程中,如AIIiance管線、Vector管和北部邊疆等管道工程中已開始用超聲流量計,作為貿(mào)易計量,應(yīng)用效果已得到證實。zui近二、三年來,我國先后從國外引進了超聲流量計約30臺,西南油田分公司占三分之一。據(jù)不*統(tǒng)計,我國目前所使用的超聲流量計約占世界使用量的5%,可見我國流量界是相當(dāng)關(guān)注這一新型流量儀表。目前,正在擬建中的新疆輪南至上海的西氣東輸工程,貿(mào)易計量的流量計為超聲流量計,口徑DN250~300mm;中小型站場選用DN50~200mm渦輪流量計。隨著我國天然氣工業(yè)的發(fā)展,超聲流量計在天然氣工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用前景看好。

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展,出現(xiàn)新型流量計是必然的。然而由于天然氣流量測量技術(shù)本身涉及面廣,隨著對象不同,對流量計有著不同的要求,也就是說客觀上多種流量計并存,才能滿足不同場合和層次的需求。盡管超聲流量計與目前使用廣泛的孔板流量計相比,有著更多的優(yōu)點,主要反映在有較低的系統(tǒng)基本投入,雙向測量,大量程比,無壓損,無可動部件和高精度等。但由于孔板流量測量技術(shù)歷史悠久,標準化程度高,使用簡單可靠,一般無特殊要求時無須標定等特點。由此可見,盡管超聲流量計已問世,它只能起到互補作用,可以肯定不可能*替代。在今后相當(dāng)長一個時期內(nèi),由于種種因素的制約,特別是標定不能獲得妥善解決之前,孔板流量計仍是天然氣計量主要手段之一。

任何一種新型流量計多獲得工業(yè)化應(yīng)用和認可都要歷經(jīng)一個相當(dāng)長的過程,這也就意味著人們一方面對它的認識,另一方面流量計本身與應(yīng)用中所暴露出來的問題,能否得到滿意的解決。就超聲流量計而言,仍有一些實際使用中的工作需要做,超聲流量計工業(yè)化試驗試用還需要進一步開展。盡管目前發(fā)布有AGA N09號報告,ISO發(fā)布有TR12765技術(shù)文件,我國也制定了相應(yīng)的GB/T18604標準。從工業(yè)化,標準化應(yīng)用角度來看,超聲流量計要獲得工業(yè)上廣泛應(yīng)用,還應(yīng)當(dāng)解決以下三個方面問題。

* 針對工業(yè)流場上游側(cè)不同類型阻力件產(chǎn)生的影響,如何合理確定不同情況下流量計上游直管段長度
* 操作壓力、溫度及氣體組分的變化對流量測量影響及校正辦法;
* 不同雷諾數(shù)速度分布剖面修正系數(shù)確定和流量計主體幾何尺寸誤差所帶來對精度的影響。
* 探頭電氣特性的穩(wěn)定性及探頭的互換性等。

  從超聲流量計的結(jié)構(gòu)和測量原理來看,這種速度型流量儀表可以實現(xiàn)“干標”。這是因為流量計腔體幾何尺寸D和聲道長度尺寸L和X值(X代表傳感器間的軸向長度),利用目前的測量技術(shù)及手段,幾何尺寸是可以獲得準確測定。如果電子電路和傳感器的性能獲得準確測量,傳感器組件的電氣特性穩(wěn)定并具有可互換性,那么“干標”就可獲得實際的應(yīng)用。然而,目前仍沒有足夠技術(shù)措施和理由來證明這一點,也就是未就“干標”達成共識。當(dāng)前,在北美、南美、歐洲、對貿(mào)易計量的超聲流量計供需雙方都要求有足夠的測量精度,基于合同雙方這一要求,可信賴辦法還是要標定。對于口徑較小的氣體超聲流量計(DN<300mm)利用目前國內(nèi)、外已建標定裝置進行標定雖然可以辦到;對于口徑大于DN300,高壓大流量標定裝置目前還很難辦到。從實際應(yīng)用角度出發(fā),將流量計從現(xiàn)場卸下來運到標定中心去標定,對于用戶來講是一種極大的負擔(dān),而且每標定一次費用是相當(dāng)高的,相比之下大口徑流量計其費用占有更高百分比。從制造廠角度來看,為了使流量計的測量誤差或系統(tǒng)誤差達到zui小,為了滿足精度,出廠前要進行標定,這將產(chǎn)生附加的產(chǎn)品成本。根據(jù)導(dǎo)由于管徑、壓力、投資及標定系統(tǒng)運行費用等多方面原因和所需考慮的條件,目前世界上很難找到有幾套裝置能標DN300mm以上的超聲流量計。這無疑將制約大口徑超聲流量計的應(yīng)用和中小口徑超聲流量計的廣泛使用。鑒于這一情況,在選用超聲流量計一定要權(quán)衡利弊,特別是流量計定期標定問題。

“干標”與流量標定不同,它不是利用標準表或參比表來檢查所用流量計的結(jié)果。為了解決這一問題,為流量計廣泛使用鋪平道路,國外超聲流量計制造廠家致力于“干標”法的研究。目前,一般出廠前無特別要求都是采用“干標”法,主要包括;

1、 流量計幾何尺寸的檢定。為保證流量計的精度,聲道長度L和聲道與介質(zhì)間夾角?是非常重要的基本參數(shù),控制測量公差將改善精度,這一點在目前條件下是可以采用高性能設(shè)備獲得。的幾何尺寸是提供電子線路組態(tài)的基礎(chǔ)。
2、 電子線路與探頭(傳感器)性能測試。一方面是檢測其性能指標是否符合設(shè)計規(guī)定要求,更重要是復(fù)核其性能指標穩(wěn)定性,即電子部分的穩(wěn)定度是否滿足要求。電子線路和探頭性能穩(wěn)定度是超聲流量實現(xiàn)“干標”和探頭具有良好互換性的關(guān)鍵。這也是目前能否實現(xiàn)“干標”的主要矛盾。
3、 零流量檢查。當(dāng)沒有流量時,流量計的示值應(yīng)當(dāng)為零,而且應(yīng)當(dāng)有良好的重復(fù)性。當(dāng)然,在測試時應(yīng)當(dāng)保證在熱穩(wěn)定環(huán)境中進行。當(dāng)在現(xiàn)場管路中進行時,應(yīng)將流量計上下游閥門處于關(guān)閉狀態(tài)下進行,保證閥門不漏,避免流量計處于日光暴曬下。
4、 聲速/聲程標定,當(dāng)氣體的溫度、壓力和氣體組分保持不變時,不管流量多少,聲速將是恒定值。為了獲得準確的聲速值,流量計用一種帶恒壓和已知組分的氣體。在工廠條件下,一般要按用戶提供組分進行這一標定是很困難,能辦到費用也很高,況且一般用戶在實際使用流量計時組分是有變化的。為此,在工廠內(nèi)一般是采用諸如純N2氣(99.995%)來進行這一工作。看來研究壓力、溫度及組分變化而帶來影響和修正是十分必要的。

   目前,國外主要超聲流量計廠家會同有關(guān)研究部門開展“干標”的試驗研究工作,取得了一定的成果,但要作為一種可信賴和標準化的方法列入*的標準中還需要進行大量研究驗證。

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