氣體渦輪流量計怎樣提高測量精度
氣體渦輪流量計結構簡(jiǎn)單，采用渦輪原理進(jìn)行測量，量程比可高達40∶1，精度在±0.5%以?xún)?，慣性小。尺寸小的氣體渦輪流量計的時(shí)間常數可達0.01 s，廣泛應用于石油、天然氣行業(yè)中。
1、氣體渦輪流量計的工作原理
當氣體進(jìn)入流量計時(shí)，首先通過(guò)特殊結構的前導使流體加速。在流體的作用下，由于渦輪葉片與流體流向成一定角度，此時(shí)渦輪產(chǎn)生轉動(dòng)力矩，在克服阻力矩后開(kāi)始轉動(dòng)。當諸力矩達到平衡，轉速恒定，渦輪轉動(dòng)角速度與流量成線(xiàn)性關(guān)系。利用電磁感應原理，通過(guò)旋轉的渦輪驅動(dòng)信號發(fā)生器頂端導磁體周期性地改變磁阻，使磁場(chǎng)也相應發(fā)生變化，從而在線(xiàn)圈兩端感應出與流體體積流量成正比的脈沖信號。該信號經(jīng)前置放大器放大、整形后與壓力傳感器、溫度傳感器檢測到的壓力、溫度信號同時(shí)輸入到流量積算儀進(jìn)行計算處理，直接顯示出標準狀態(tài)（20 ℃，101.325 kPa）的瞬時(shí)體積流量和累計體積。
2、測量精度的影響因素及措施
2.1 流量計的選型
流量計的選型直接影響其測量精度。應根據使用條件及測量介質(zhì)的特性選擇合適量程比、精度等級、公稱(chēng)直徑、工作壓力的氣體渦輪流量計，實(shí)現流量的溫度、壓力補償和壓縮因子修正。不同精度等級的氣體渦輪流量計的測量相對誤差見(jiàn)表1，表1中qmin為流量計測量范圍內的最小流量，qmax為流量計測量范圍內的最大流量。精度等級為1.5、1.0級的氣體渦輪流量計參數分別見(jiàn)表2、3。
表1 不同精度等級的氣體渦輪流量計的測量相對誤差
表2 精度等級為1.5級的氣體渦輪流量計參數
表3 精度等級為1.0級的氣體渦輪流量計參數
2.2 流量計的安裝
流量計的安裝方式對其測量精度也有影響。流量計對安裝點(diǎn)的上下游直管段有一定的要求，否則會(huì )影響測量精度。
氣體渦輪流量計必須水平安裝在等徑直管道上，管道傾斜度必須控制在5°以?xún)?，安裝時(shí)流量計軸線(xiàn)應與管道軸線(xiàn)同心，流向要一致。氣體渦輪流量計的上游管道應為長(cháng)度不小于10D（D為管道內直徑）的等徑直管段，下游管道應為長(cháng)度不小于5D的等徑直管段；若流量計安裝點(diǎn)的上游有漸縮管，流量計上游管道應為長(cháng)度不小于15D的等徑直管段，下游管道應為長(cháng)度不小于5D的等徑直管段；若流量計安裝點(diǎn)的上游有漸擴管，流量計上游管道應為長(cháng)度不小于18D的等徑直管段，下游管道應為長(cháng)度不小于5D的等徑直管段；若流量計安裝點(diǎn)上游在同一水平面內有90°彎頭，流量計上游應有長(cháng)度不小于20D的等徑直管段，下游應有不小于5D的等徑直管段。
2.3 流量計的磨損
在氣體渦輪流量計中，渦輪高速轉動(dòng)，葉片及軸承容易磨損，需要定期校驗，其潤滑十分重要。應加強流量計的管理維護，及時(shí)給流量計補充潤滑油，減小流量計的磨損，提高測量精度。
2.4 天然氣的潔凈度
天然氣無(wú)潤滑性，若含有少量油污和固體顆粒物，容易造成軸承磨損及葉輪卡住，從而影響測量精度。應提高天然氣的潔凈度，可通過(guò)過(guò)濾、脫硫、脫水，除去天然氣中的固體顆粒物、油污、水分及腐蝕性成分。
2.5 流體的脈動(dòng)效應
流量計參比條件下的精度是基于定常流，定常流是在測量管段中流量不隨時(shí)間而變化的一種流動(dòng)狀態(tài)。實(shí)際上所有的管道內流動(dòng)都是不穩定的，無(wú)論層流狀態(tài)還是湍流狀態(tài)，總存在各種干擾。天然氣計量過(guò)程中其壓力、速度等會(huì )不停地發(fā)生變化，從而產(chǎn)生脈動(dòng)效應。天然氣計量末端一般為用戶(hù)，脈動(dòng)效應多由旋轉式或往復式壓縮機、鼓風(fēng)機的運行產(chǎn)生。同時(shí)管道中流體的共振和流量控制設備的周期振蕩，例如控制閥的振蕩，也是脈動(dòng)效應的主要起因。導致渦輪流量計產(chǎn)生誤差的主要因素是脈動(dòng)流的頻率（簡(jiǎn)稱(chēng)脈動(dòng)頻率），脈動(dòng)頻率越小，結果越接近真值；脈動(dòng)頻率越大，結果誤差越大。脈動(dòng)流出現時(shí)，流量計顯示的流速往往遠大于真實(shí)流速，出現正誤差，相對誤差最大可達50%。
脈動(dòng)流出現的原因主要有：①管路中存在阻流件，包括調壓裝置、過(guò)濾裝置、彎頭、閥門(mén)等。②下游用戶(hù)用氣量波動(dòng)，且未設置儲氣調峰設施，造成天然氣流量忽大忽小，容易形成脈動(dòng)流。③流體壓力過(guò)低、流速過(guò)快均會(huì )導致流體流態(tài)不穩。④流量計表面不清潔，天然氣中含液體均會(huì )造成氣流脈動(dòng)。⑤天然氣中含有雜質(zhì)，影響氣體流態(tài)，特別是過(guò)濾裝置、整流裝置被雜質(zhì)堵塞后，易形成脈動(dòng)流。
為減小脈動(dòng)效應對計量精度的影響，應減少甚至避免計量裝置前的任何阻流件，在條件許可的情況下，避免上游節流、調壓，需要在上游節流、調壓時(shí)，要延長(cháng)上游直管段長(cháng)度，并在離流量計盡可能遠的地方進(jìn)行節流、調壓。盡量避免低壓供氣，保證天然氣氣質(zhì)符合要求，不含粉塵、油污、水等雜質(zhì)，在氣質(zhì)沒(méi)有保證的情況下，設計時(shí)應該相應提高技術(shù)標準。配置合適的低通濾波器將脈動(dòng)阻尼掉，可設置緩沖罐，使殘存的脈動(dòng)不足以影響流量計量或只對流量計量造成很小的誤差。
3、治理實(shí)例
云南某CNG加氣站于2016年8月正式投運，使用精度等級為1.0級的QWLJ-100氣體渦輪流量計。氣體渦輪流量計安裝在同一水平面的等徑直管道上，其前端設置燃氣過(guò)濾器、調壓器，后端設置緩沖罐、止回閥、壓縮機。投運初期，氣體渦輪流量計測得的累計量遠大于售氣累計量，天然氣輸差率高達8%。多方面進(jìn)行原因查找，比如通過(guò)氣源取樣分析，發(fā)現氣源質(zhì)量穩定；對流量計重新檢定，檢定結果顯示流量計準確；進(jìn)行工藝管道及設備泄漏排查，均未發(fā)現漏點(diǎn)。在壓縮機運行過(guò)程中聽(tīng)到氣流一股一股哧哧變化的聲音，初步判斷為緩沖罐入口管道上的止回閥（H41X型）振動(dòng)，從而引起管道一同振動(dòng)，且振動(dòng)劇烈。查閱相關(guān)資料后，判定在壓縮機運行時(shí)產(chǎn)生了脈動(dòng)流，即產(chǎn)生了脈動(dòng)效應，導致測量精度降低。通過(guò)更換另一型號的止回閥（H44X型），發(fā)現氣體渦輪流量計計量的累計量與售氣累計量差距大幅縮小，輸差率由8%下降到了1.48%，效果明顯。
4、結語(yǔ)
影響氣體渦輪流量計測量精度的因素很多。做好流量計的選型、安裝、維護，提高天然氣的潔凈度，合理進(jìn)行設備配置，避免脈動(dòng)效應的發(fā)生，可提高氣體渦輪流量計的測量精度。
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