孔板流量計是目前采用得較多的流量計,它是通過測量孔板前后的壓差來計量氣體流量的裝置。
據調查,石油天然氣行業采用孔板流量計作貿易計量的約占95%以上,大部分是國產表。
孔板流量計的優點是:適用于較大口徑管道的計量;結構簡單,安裝容易;無可動部件,性能可靠,耐用;應用歷史悠久,標準規定最全;按標準制造的孔板不需要標定,價格便宜。
缺點是:尺寸一定的孔板測量范圍有限(3～4∶1);壓力損失最大(25%～50%);計量準確度受安裝條件影響很大;前后直管段要求長,占地面積大;計量準確度受人為因素影響大;不能直接讀出計量結果,使用不便。
2.2　氣體渦輪流量計
氣體渦輪流量計是用氣體推動流量計的轉子轉動,并通過測量轉子轉動次數來計量氣體流量的一種裝置。它的可調范圍比大(隨著輸氣壓力增高,其可調范圍也隨之增大),測量精度高(其精度可控制在±1.0%以內),壓降小,體積小,結構簡單,重量輕,維修較方便,檢定周期可達1年。但是渦輪流量計的安裝要求高,必須在1套標定裝置的操作壓力下標定,很多國家限定用高壓天然氣標定。國產渦輪流量計由于設計結構、加工精度及材質等方面的原因,葉輪軸承易被介質中雜物磨損或卡死,現場使用效果不太理想,因此在油氣田中使用不多。
氣體渦輪流量計在使用中需要注意以下幾個問題:
a.由于渦輪流量計是速度式儀表,對流場、介質條件要求比較苛刻,因此氣體介質要潔凈。
b.渦輪是高速轉動部件,葉片容易被氣體中夾帶的顆粒損壞,因此必須和過濾器配合使用。
c.現場中,往往是由于管理維護差,不能及時給流量計加注潤滑油,造成流量計磨損嚴重,以至損壞,所以在使用中,氣體渦輪流量的潤滑十分重要。
2.3氣體腰輪流量計
氣體腰輪流量計~是一種容積式流量計,其基本測量原理是周期性的充滿或排出一個或幾個計量空間的氣體,以此來測量氣體體積流量。氣體腰輪流量計測量精度高,可靠性好,不需要直管段,量程比較大(10∶1)。但是由于結構上的原因,要求安裝時殼體不能承受管線的各種應力,且要求介質非常干凈(否則轉子易卡住,轉子卡住就意味著停輸,這造成的經濟損失往往不可估量,這是不允許發生的)。
因此,它的應用受到一定限制。
另外由于大口徑流量計特別笨重,故很少使用,現場上主要用小口徑流量計進行計量。
2.4　氣體羅茨流量計
氣體羅茨流量計也是一種容積式流量計,國內用率高,故障率低,具有一定的優越性。其對流場沒有嚴格要求,介質中含有雜質對計量影響不大;量程比大(20∶1),基本適應現場氣量變化范圍要求;測量的數據可由表頭直讀,也可以遠傳給微機,使用方便。
氣體羅茨流量計在使用中應注意處理好以下幾個問題:
a.由于流量計轉子與殼體之間間隙小,大于間隙的顆粒雜質不能通過,因此應選擇適當的過濾器來防止卡堵,并特別注意在投產使用前,氣體應走旁通,以防施工中的焊渣、渣質進入流量計。
b.對流量計要加強監控并定期潤滑。
c.由于該流量計為容積式儀表,為了保證計量精度,應避免計量腔積液。
2.5　渦街流量計
 渦街流量計無可動部件,穩定可靠,使用壽命長,維護量小,壓力損失小,量程寬(15∶1),在石化行業應用較廣,在油氣田氣體貿易計量中也有適量應用。但由于其對雷諾數有要求(Re≥4000),使得使用范圍受到限制。國內渦街流量計大多采用應力式壓電晶體檢測元件,抗干擾性能差,不適合在有振動干擾的管網中應用,作貿易計量的可靠性差。因此,很少推廣。
渦街流量計使用時應注意以下問題:
a.被測介質的工作壓力和溫度應在技術參數范圍內。
b.當測量液體時,就必須考慮管道內流體的最小壓力,流速大時,容易出現氣穴現象,計量誤差將大大增加,甚至不能計量,為了防止產生氣穴,管道內必須有一定的壓力。
c.傳感器的最小流量值受雷諾數和被測流體的密度影響。
2.6　旋渦流量計
 旋進旋渦流量計插入管道中并垂直于氣體流向,由此產生交替變換的旋轉渦流并不斷排出。渦流生成頻率是流速的函數,檢測其生成頻率可測得流量。
儀表常數可以由儀表內幾何尺寸計算得到,由于流體振動保持在流量計內,其流量系數幾乎不受流量計前后流體擾動的影響。該流量計都是按適當比例制造的,在測量平面內有效面積與總面積之比對各種尺寸結構的旋進旋渦流量計都是一樣的,因此,儀表便于系列化、標準化。
我國從20世紀80年代末才開始對這種流量計的研究,近幾年來,旋渦流量計在一些油田伴生氣計量中得到廣泛應用,DN25～200口徑的流量計在油田的計量站、中轉站常可見到。但是總體技術水平落后于世界先進水平不少(檢測振子與表體的密封方面、二次表的智能化方面等)。
這種流量計無運動件,結構簡單,傳感器不接觸流體,可靠性高,維護量小;用途廣泛,可測氣體、液體、蒸汽,且量程比大,可達20∶1;在規定的雷諾數范圍內輸出信號頻率不受流體的溫度、壓力、粘度及成分的影響,輸出頻率信號與流速成線性關系。
孔板流量計由于量程比有限、維護工作量較大以及精確度低等原因,雖然在傳統的流量測量中發揮過主導作用,但它已越來越不適應現代化的大生產。電磁流量計、面積式和容積式流量計以及質量流量計等也各有優缺點,使得它們的使用場合受到一定的限制。通過分析旋渦流量計的原理可知,它的許多優點決定了它有著極廣泛的應用前景。圖1為幾種流量計的若干情況對比。
圖片1
從圖1知,旋渦流量計在絕大多數技術特征上優于其他類型。在實際應用中用它可直接測得標況流量,如果再加上合適的溫差補償就可得到工況下的體積流量和質量流量,顯然這種配置要比用十幾萬元1臺的質量流量計少花70%～80%的資金。
2.7　超聲波流量計
超聲波流量計是測量超聲波信號在管內沿一定方向傳輸的時間來計算氣體流速。它的測量值不受管內氣體溫度、壓力及組分變化的影響,準確度高,可達±0.5;測量范圍寬,大口徑流量計可達100∶1以上;最大口徑流量計可做到1600mm以上;無可動部件,堅固耐用;流量計可干校,干校準確度可達±1%,安裝維修方便,幾乎沒有壓降損失,可測正輸及反輸氣流。
氣體超聲流量計從20世紀90年代開始在天然氣工業中得到應用,它的優異特性已引起國際上的重視,但它只適用于中大口徑,且價格昂貴。目前國內只有少數用戶開始使用國外產的超聲波流量計。
3、天然氣流量計的選型
天然氣流量計選型需要綜合考慮儀表性能、流體特性、安裝要求、環境條件、維護需求以及價格等因素。其中對測量對象(即流體的實際狀況)的確切了解非常重要,在此要指出,并非用戶對自己的測量對象都有準確的了解,往往需要選型設計人員進行深入調查才能搞清楚。
對于城市燃氣系統的計量調壓站,下游往往是眾多的分散用戶,有的甚至全是居民。在做飯時間流量最大,兩頓飯之間基本都不用氣,流量最小。流量起伏如此大,用孔板流量計肯定是不合適的(當流量小于孔板最小流量時就不計量了)。腰輪流量計萬一卡往,等于切斷氣源,因此腰輪流量計也不能用。一般選用渦輪流量計,主要使用國外先進的高質量氣體渦輪流量計。據資料介紹,優質的渦輪流量計都能保證在使用8～15年后仍能保持原來的準確度。
對于油田濕氣(伴生氣),其中含有大量飽和水蒸氣,溫度降低時有水凝結;分離不凈的濕氣含有油滴或油污,屬臟污介質;間斷計量,將有油、水沉積在管線內;而且每口井產氣量相差較大,造成流量變化大,難有適應的流量儀表。一般情況下,旋渦流量計可用于小口徑非節能的計量場合;氣體容積式流量計可用于氣體條件相對潔凈,計量準確度要求較高的分配計量場所;對大口徑濕氣輸送仍只能采用孔板流量計,但要采取提高準確度的措施(如孔板加疏水孔或進行補償等)。
油田計量人員常選擇沒有可動元件的流量計,認為這樣無磨損,流量計耐用。所以就經常選渦街流量計。但是渦街流量計的使用范圍受斯特勞哈數St限制(Re≥4000),即計量調壓站下游在小流量時,流速達不到要求,也就無法計量準確,所以選用時要考慮管輸的最小流量。
一般流量取在天然氣流量計最大流量的70%～80%左右,實際最大流量一般不超過流量計允許最大流量的120%,持續時間不允許超過半小時。
同時對天然氣流量計流量范圍的超下限也要十分重視,因為計量誤差影響因素較大的多來之于此。

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