摘要：我國(guó)正式步入天然氣時(shí)代，其中在天然氣計(jì)量上，大量使用的是渦輪流量計(jì)，這是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、量程比寬、重復(fù)性好和精度高的流量計(jì)，適合用在貿(mào)易計(jì)量和氣體流量量值傳遞中。但在實(shí)際運(yùn)用中，卻易因工藝流程不正確等問(wèn)題而出現(xiàn)測(cè)量誤差，這將會(huì)影響到天然氣供需雙方的利益。對(duì)此，本文筆者結(jié)合相關(guān)知識(shí)，舉例淺析天然氣計(jì)量誤差及其改進(jìn)措施。
0引言
目前，我國(guó)天然氣流量計(jì)量主要使用的是渦輪流量計(jì)，其采用的是動(dòng)量矩守恒定律，即：渦輪在天然氣進(jìn)入流量計(jì)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，其中天然氣的流量與渦輪的轉(zhuǎn)速按比例變動(dòng)，則可根據(jù)渦輪的轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算天然氣的流量，并顯示在儀表上。
渦輪流量計(jì)主要由渦輪、整流器、發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、磁耦合、壓力管嘴、溫度管嘴、輔助葉輪、高頻脈沖及高低頻脈沖發(fā)生器等組成。與其他流量計(jì)相比，渦輪流量計(jì)具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、量程比寬、脈沖量輸出、安裝維修方便、重復(fù)性好及精度高等優(yōu)點(diǎn)。因此，在正常條件下，渦輪流量計(jì)的測(cè)量精度均可滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，但在實(shí)際應(yīng)用中，卻多因工藝流程設(shè)計(jì)和操作問(wèn)題而出現(xiàn)測(cè)量誤差。
1天然氣計(jì)量誤差的成因
圖1所示為DN80氣體渦輪流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)工藝流程圖。
根據(jù)氣量統(tǒng)計(jì)表得出，下游氣量在2015年2、3月的輸差為-5%，這明顯高于計(jì)量管理規(guī)定的±3%，因此可判定這一渦輪流量計(jì)存在問(wèn)題。通過(guò)拆卸發(fā)現(xiàn)，渦輪流量計(jì)的零部件均無(wú)粉碎或破損現(xiàn)象，但通過(guò)標(biāo)定卻發(fā)現(xiàn)，渦輪流量計(jì)存在較大的誤差，究其成因如下：
1.1工藝流程的操作不當(dāng)
根據(jù)圖2，渦輪流量計(jì)的前后均設(shè)有閥門(mén)及其作用是通過(guò)開(kāi)關(guān)操作來(lái)切換生產(chǎn)工藝流程，且在工藝上，這2個(gè)閥門(mén)應(yīng)選設(shè)球閥，其中閥門(mén)1、2處應(yīng)分別裝設(shè)手動(dòng)球閥和電動(dòng)球閥。因此，操作人員在流程操作時(shí)，如若無(wú)法有效控制閥門(mén)1、2的開(kāi)閥速度，渦輪流量計(jì)將會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)高流，并打碎流量計(jì)的內(nèi)部葉輪或引起其他零部件受損，從而導(dǎo)致渦輪流量計(jì)在工作時(shí)產(chǎn)生測(cè)量誤差。
1.2下游用氣量失穩(wěn)
研究發(fā)現(xiàn)，如正向下游正常供氣，且下游用氣量較小及距離下游門(mén)站較近時(shí)，一旦下游用氣量瞬間劇增，會(huì)增大渦輪流量計(jì)到下游門(mén)站這一管段的壓差。此時(shí)，利用流體力學(xué)原理便可知，天然氣會(huì)大量補(bǔ)充下游，這無(wú)疑會(huì)在瞬間增快渦輪流量計(jì)的轉(zhuǎn)速，且這一轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)超其額定工作轉(zhuǎn)速，從而造成渦輪流量計(jì)的零部件受損，并最終影響其測(cè)量精度。
1.3氣質(zhì)因素的影響
在天然氣計(jì)量中，氣質(zhì)因素對(duì)渦輪流量計(jì)測(cè)量精度的影響尤其明顯，其中包括天然氣中的雜質(zhì)等。在案例項(xiàng)目中，計(jì)量分輸站屬于過(guò)路分輸計(jì)量中間站，即其既需向下游用戶(hù)供氣，還需在夏季正輸時(shí)，注氣入儲(chǔ)氣庫(kù)，同時(shí)在冬季反輸時(shí)從儲(chǔ)氣庫(kù)采氣，但冬季采氣的氣質(zhì)較差，即在天然氣中夾有雜質(zhì)。對(duì)此，雖在渦輪流量計(jì)前裝有分離器，但仍無(wú)法徹底凈化天然氣，這時(shí)其中的雜質(zhì)顆粒便會(huì)反復(fù)撞擊葉輪、軸承等零部件，從而造成零部件位移偏移或本體損壞，并最終影響到渦輪流量計(jì)的測(cè)量精度。
2天然氣計(jì)量誤差的改進(jìn)
在天然氣計(jì)量中，渦輪流量計(jì)測(cè)量誤差的成因具有多樣性，其中以工藝流程設(shè)計(jì)和操作不當(dāng)為主要原因。據(jù)此，提出如下改進(jìn)建議：
2.1更換渦輪流量計(jì)中損壞的零部件
在渦輪流量計(jì)中，損壞的零部件包括齒輪和磁耦合，因此需先將其更換，再重新檢定。
2.2調(diào)整工藝流程操作
鑒于工藝流程的正確操作對(duì)渦輪流量計(jì)測(cè)量精度的影響尤其明顯，則建議調(diào)整工藝流程的操作，具體如下：首先，確定閥門(mén)2的關(guān)閉狀態(tài)；其次，手動(dòng)開(kāi)啟閥門(mén)1，并保證開(kāi)啟的速度緩慢且耗時(shí)約為5min，特別是在初啟時(shí)，更應(yīng)將閥門(mén)的開(kāi)啟速度放緩，以免因開(kāi)閥速度過(guò)快而在管線(xiàn)中形成超速渦流，這將會(huì)對(duì)渦輪系統(tǒng)造成沖擊，注意整流器在調(diào)整急速氣體流態(tài)時(shí)的時(shí)長(zhǎng)不得過(guò)短，以免極不規(guī)則氣流對(duì)葉輪造成沖擊損壞及引起軸承改變，從而保持渦輪系統(tǒng)的動(dòng)平衡狀態(tài)；第三，天然氣從渦輪流量計(jì)中通過(guò)的速度應(yīng)≤25m/s及其最大過(guò)負(fù)荷應(yīng)≤30s、最大流量應(yīng)≤1.2qmax（q為流量，m3?h-1），在這一條件下，進(jìn)行閥門(mén)1、2間管段沖壓，注意沖壓的速度應(yīng)足夠緩慢；第四，手動(dòng)開(kāi)啟閥門(mén)2，注意放緩閥門(mén)2的開(kāi)啟速度，并按下游沖壓管線(xiàn)長(zhǎng)1km內(nèi)耗時(shí)4min來(lái)計(jì)算開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)，對(duì)于管線(xiàn)長(zhǎng)＞1km的情況，應(yīng)在4-8min內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，其中在初啟時(shí)的速度尤其要緩慢，以免因瞬時(shí)流速過(guò)高而損壞渦輪中的葉輪。
2.3穩(wěn)定下游用氣量
渦輪損壞的重要原因之一便是下游的非正常用氣，其中與下游場(chǎng)站的近距離排布更為加重這一影響。因此，應(yīng)設(shè)法穩(wěn)定下游的用氣量，具體可通過(guò)與下游用戶(hù)簽署協(xié)議來(lái)穩(wěn)定供氣和用氣，其中應(yīng)明確規(guī)定下游用戶(hù)的操作，即：如若下游場(chǎng)站需緊急關(guān)斷，應(yīng)按操作規(guī)程進(jìn)行啟輸操作，以免管道中天然氣的流速劇增；如若下游用戶(hù)的用氣量較大，操作流程進(jìn)行啟輸操作，如此便可從根本上防止下游用氣量不穩(wěn)而對(duì)渦輪流量計(jì)的正常工作造成不利影響，從而保證其測(cè)量精度。
2.4優(yōu)化過(guò)濾工藝
鑒于天然氣中雜質(zhì)對(duì)渦輪流量計(jì)的影響較大，則建議在流量計(jì)前增設(shè)過(guò)濾器，并提高其濾芯的技術(shù)指標(biāo)，以保證其對(duì)天然氣的凈化效果更佳及防止雜質(zhì)顆粒對(duì)軸承、葉輪等零部件造成破壞。
3結(jié)語(yǔ)
綜上，渦輪流量計(jì)是一種適合用在貿(mào)易計(jì)量和氣體流量量值傳遞中的流量測(cè)量?jī)x表，其在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用極具價(jià)值。但發(fā)現(xiàn)，其計(jì)量精度將會(huì)受制于工藝流程的設(shè)計(jì)與操作。結(jié)合實(shí)際案例，提出了4點(diǎn)改進(jìn)建議：一是更換損壞的零部件，并對(duì)其進(jìn)行重新檢定；二是調(diào)整工藝流程的操作；三是穩(wěn)定下游用氣量；四是優(yōu)化過(guò)濾工藝。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，渦輪流量計(jì)的運(yùn)作正常，但針對(duì)其中取消了的旁通流程設(shè)計(jì)，存在一定的不合理性，具體應(yīng)在不取消的條件下，新增渦輪流量計(jì)自診斷功能，以便隨時(shí)判斷其工作狀態(tài)。此外，在日常管維中，應(yīng)保證渦輪流量計(jì)的注油頻度為1次/月，注意注油的次數(shù)應(yīng)視氣質(zhì)條件而定，即氣質(zhì)條件越差，注油次數(shù)更多，如此方才能充分潤(rùn)滑渦輪流量計(jì)的軸承及維持其渦輪系統(tǒng)的最佳動(dòng)平衡狀態(tài)。
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