田野
大庆油田天然气分公司维修三厂
摘要：天然气作为清洁能源目前得到了广泛的应用，由于天然气的可压缩性, 流量的准确计量显得尤为重要。对计量仪表的功能、特性、经济适用性进行分析，有利于选择最佳计量方法及计量仪表，对于天然气计量意义重大。
关键词：天然气；流量计量；仪表；特点；选型
1 前言
随着天然气的广泛使用, 各种不同使用状况和需求对流量计量的要求有很大的差别, 同时, 由于气体的可压缩性, 流量的测量, 气体要比液体困难得多。若要求气体计量达到相当高的精度, 则计量仪表的经济投入必然巨大。因此, 合理选择测量方法及功能、特性、经济适用的流量仪表是非常必要的。
2 天然气流量计类型及特点分析
2.1 差压流量计
差压流量计是测量流体流经动压测定装置或节流装置所产生的静压差来显示流量大小的一种流量计, 由节流装置( 如孔板、喷嘴、文丘里管等) 和差压计组成。在自动控制过程中, 由节流装置产生的压差信号, 通过差压变送器转换成相应的信号( 电的或气的) , 以供显示、记录或调节用。这种流量计具有结构简单、使用寿命长、适应性强和价格较低等优点。我国天然气输送计量中, 差压流量计得到最广泛的使用。
2 .2 电磁流量计
电磁流量计是一种测量导电流体流量的仪表,其测量管光滑无阻、压力损失小、精度高、应用广泛;自50 年代问世以来, 发展很快。在70 年代, 电磁流量计的主流是采用商用频率激磁方式。在这种方式中, 信号的载波频率与商用电源频率是一致的。由于被测流体涡流分布的变化和其它商用电源的噪声影响, 零点稳定性欠缺, 精度一直难以提高, 始终为量程的1 %, 80 年代采用了具有商用电源整数倍周期的低频或方波激磁方式, 基本上消除了起因于磁通时间变化率的噪声( 零点的变化因素) , 精度提高到量程的0 .5 %, 近几年来, 又提高到流速的0 .5 %。近年来, 出现了一种无极电磁流量计。此种流量计具有抗噪声强、能稳定地测量低导电性流体( 其导电率下限为5 ms/m 而前者为300 ～ 500 ms/m) ,抗附着性流体强, 由于没有与流体相接触的的电极,选择好衬里, 可靠性很高。
2 .3 涡街流量计
涡街流量计是70 年代发展起来的产品, 它利用流体振荡原理来测量流量或流速。涡街流量计的主要特点是:( 1) 使用范围广。( 2)便于数字化测量和与计算机联网。( 3) 测量准确度高, 不存在零点漂移问题。( 4) 压损小, 量程比宽。( 5) 感测元件结构简单, 无转动件, 便于安装及维护, 适用于工业测量。( 6) 对流场及管道振动有严格的要求。( 7) 使用时,
应考虑阻力损失以及“汽蚀”对流量测量上限和被测流体温度上限的制约。
2 .4 科里奥里式流量计
科里奥里式流量计属于质量流量计。其特点有:( 1) 精确度高, 可达流速的0 .2 %;( 2) 可测不同粘度的液体、泥浆, 除了水、药液、石油等一般液体之外, 还可测高粘度液体、泥浆;( 3) 无流速分布的影响;( 4) 量程比宽, 可达100 ∶1 。
2 .5 超声波流量计
这是一种不与被测流体接触的流量计, 它安装在管道外侧, 结构简单。采用的测量方式主要有两种, 即时间差法和多普勒效应法。一般来说, 一台超声波流量计只采用其中一种方式。但近年来也研制出了同时具有两种测量方式的双功能超声流量计,测量周期为0 .05 s, 精确度为量程的1 .0 %。除此之外, 也出现了使用微处理机的超声流量计。超声流量计今后将朝下述方向发展:( 1) 不受( 或很少受)测量环境和条件左右的产品;(2) 除测量水、气之外, 还能测量油等;( 3) 携带方便的通用的产品。
2 .6 容积式流量计
容积式流量计利用一个精密的标准容器对被测流体进行连续计量, 故又称量计型或直接测量型流量计。
根据标准容器的形状及连续测量方式的不同, 容积式流量计分椭圆齿轮流量计、腰轮( 罗茨) 流量计、转筒流量计、刮板流量计、旋转活塞或往复活塞流量计, 以及近期发展的对污物不敏感的双转子型容积式流量计和用于两相流测量的特殊缺齿型流量计、扭转电螺旋型COM 流量计等。其中, 腰轮流量计本体内的转子型线比较合理, 是近年来迅速发展、广泛应用的的一种容积式流量计。
2.7 涡轮流量计
涡轮流量计属于速度式叶轮仪表, 其利用置于流体中的叶轮的旋转角速度与流体流速成比例的关系, 通过测量叶轮的转速来反映体积流量的大小。涡轮流量计的变送器输出与流量成正比的脉冲信号, 并通过传输路线传送给显示仪表。这种脉冲信号适于作为计算机、定量控制系统配比系统的输入信号。变送器的基本误差为0 .1 %~1 .0 %, 精密度可达0 .1 %~0 .2 %。显示仪表采用电子计数器,固有误差±1 个显示数字。可测的最小流量为0 .04t/h, 最大为16 ×103t/h 。对腐蚀气体或液体都可适用。介质温度范围为-20~120 ℃, 工作压力可达16MPa, 压力损失一般在( 5~75) ×103 Pa 范围内,最大不超过0 .12 MPa 。由于涡轮直接与流体接触并转动, 固对流体的清洁度要求较高。流体的温度、粘度、密度对仪表指示值也有较大影响。涡轮流量计对流体的速度分布较敏感, 故一般在仪表内部都设有流束整直器, 并要求变送器上游有必要长度的直管段。
2 .8 面积式流量计
面积式流量计是在上大下小的锥形流道中置一浮子, 流体自下而上流动。流体流动作用在浮子上的力与浮子的“显示重量” ( 浮子本身的重量减去它所受的流体的浮力) 相平衡时, 浮子即静止。浮子静止的高度决定了流体流通面积, 浮子的高度可作为流量大小的量度。浮子稳定不动时, 上、下部分的压力差相等。因此称为面积式流量计或等压降式流量计, 其典型代表是转子( 浮子) 流量计。转子流量计具有灵敏度高、结构简单、直观、压损小、测量范围大、维修方便且价格便宜等优点。主要用于小流量、低雷诺数流体的测量。
3 天然气流量计的选择标准
天然气流量计选型可按5个方面进行: 仪表性能、流体特性、安装条件、环境条件和经济因素。各方面的考虑因素如下:
（1）仪表性能方面。精确度、重复性、线性度、范围度、压力损失、上下限流量、信号输出特性、响应时间等。
（2）流体特性方面。流体压力、温度、密度、粘度、润滑性、化学性质、磨损、腐蚀、结垢、脏污、气体压缩系数、等熵指数、比热容、电导率、声速、混相流、脉动流等。
（3）安装条件方面。管道布置方向、流动方向、上下游管道长度、管道口径、维护空间、管道振动、接地、电源、辅属设备(过滤、排污)、防爆等。
（4）环境条件方面。环境温度、湿度、安全性、电磁干扰等。
（5）经济因素方面。购置费、安装费、维修费、校验费、使用寿命、运
4 天然气流量计发展趋势
4.1计量方式向自动化、智能化、远程化发展
由于电子技术、计算机以及互联网技术的迅猛发展,天然气流量计量已逐步向在线、实时、智能靠近,同时依靠网络技术实现远程化通讯、控制和管理,如SCADA系统的应用和智能涡轮流量计智能系统。
4.2 检定方式、量值溯源从静态单参数向动态多参数溯源发展
过去流量计检定方式通常采用检定静态单参数方法,如标准孔板依靠几何检定法检定孔板的8个几何静态单参数来保证流量计的准确。随着国内国外实流检定技术的成熟,天然气流量量值溯源正逐步向实流检定方向发展,即以实际天然气介质、在接近实际现场工况等条件下对流量的分参数如压力、温度、气质组分和流量总量进行动态量值溯源。
4.3 仪表选型从单一仪表向多元化仪表发展
过去流量仪表选型比较单一,近几年随着对流量计的研究和开发,不同的流量计有不同的特点和适应范围,流量仪表选型由此呈现从单一仪表向多元化仪表方向发展。如,对中低压、中小流量可选择智能型速度式流量计(涡轮、漩进旋涡流量计) ;对高压、大流量可选择气体超声流量计。近期,又出现了一种新型流量计-内文丘利管,它可适合流量变化范围大的中低流量工况。
4.4 计量标准由单一标准向多重标准发展
我国天然气流量计量标准不断发展、丰富和完善,结合国外标准我国流量计量标准已基本构成完整的体系,正逐步由单一标准向多重标准发展。