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    天然气计量误差分析及改进措施
    发布时间:2019-01-21

    摘要:我国正式步入天然气时代,其中在天然气计量上,大量使用的是涡轮流量计,这是一种结构简单、体积小、量程比宽、重复性好和准确度高的流量计,适合用在贸易计量和气体流量量值传递中。但在实际运用中,却易因工艺流程不正确等问题而出现测量误差,这将会影响到天然气供需双方的利益。对此,本文笔者结合相关知识,举例浅析天然气计量误差及其改进措施。
    0引言
      目前,我国天然气流量计量主要使用的是涡轮流量计,其采用的是动量矩守恒定律,即:涡轮在天然气进入流量计时转动,其中天然气的流量与涡轮的转速按比例变动,则可根据涡轮的转速来计算天然气的流量,并显示在仪表上。
      涡轮流量计主要由涡轮、整流器、发生器、计数器、磁耦合、压力管嘴、温度管嘴、辅助叶轮、高频脉冲及高低频脉冲发生器等组成。与其他流量计相比,涡轮流量计具有体积小、结构简单、量程比宽、脉冲量输出、安装维修方便、重复性好及准确度高等优点。因此,在正常条件下,涡轮流量计的测量精度均可满足标准要求,但在实际应用中,却多因工艺流程设计和操作问题而出现测量误差。对此,本文以DN80气体涡轮流量计为例,浅析其在天然气计量中产生误差的原因,并在综合分析的基础上提出改进措施。
    1天然气计量误差的成因
      图1所示为DN80气体涡轮流量计的现场工艺流程图。
      根据气量统计表得出,下游气量在2015年2、3月的输差为-5%,这明显高于计量管理规定的±3%,因此可判定这一涡轮流量计存在问题。通过拆卸发现,涡轮流量计的零部件均无粉碎或破损现象,但通过标定却发现,涡轮流量计存在较大的误差,究其成因如下:

    1.1工艺流程的操作不当
      根据图2,涡轮流量计的前后均设有阀门及其作用是通过开关操作来切换生产工艺流程,且在工艺上,这2个阀门应选设球阀,其中阀门1、2处应分别装设手动球阀和电动球阀。因此,操作人员在流程操作时,如若无法有效控制阀门1、2的开阀速度,涡轮流量计将会产生瞬时高流,并打碎流量计的内部叶轮或引起其他零部件受损,从而导致涡轮流量计在工作时产生测量误差。
    1.2下游用气量失稳
      研究发现,如正向下游正常供气,且下游用气量较小及距离下游门站较近时,一旦下游用气量瞬间剧增,会增大涡轮流量计到下游门站这一管段的压差。此时,利用流体力学原理便可知,天然气会大量补充下游,这无疑会在瞬间增快涡轮流量计的转速,且这一转速远超其额定工作转速,从而造成涡轮流量计的零部件受损,并最终影响其测量精度。
    1.3气质因素的影响
      在天然气计量中,气质因素对涡轮流量计测量精度的影响尤其明显,其中包括天然气中的杂质等。在案例项目中,计量分输站属于过路分输计量中间站,即其既需向下游用户供气,还需在夏季正输时,注气入储气库,同时在冬季反输时从储气库采气,但冬季采气的气质较差,即在天然气中夹有杂质。对此,虽在涡轮流量计前装有分离器,但仍无法彻底净化天然气,这时其中的杂质颗粒便会反复撞击叶轮、轴承等零部件,从而造成零部件位移偏移或本体损坏,并最终影响到涡轮流量计的测量精度。
    2天然气计量误差的改进
      结合上述研究,在天然气计量中,涡轮流量计测量误差的成因具有多样性,其中以工艺流程设计和操作不当为主要原因。据此,本案提出如下改进建议:
    2.1更换涡轮流量计中损坏的零部件
      在涡轮流量计中,损坏的零部件包括齿轮和磁耦合,因此需先将其更换,再重新检定。
    2.2调整工艺流程操作
      鉴于工艺流程的正确操作对涡轮流量计测量精度的影响尤其明显,则建议调整工艺流程的操作,具体如下:首先,确定阀门2的关闭状态;其次,手动开启阀门1,并保证开启的速度缓慢且耗时约为5min,特别是在初启时,更应将阀门的开启速度放缓,以免因开阀速度过快而在管线中形成超速涡流,这将会对涡轮系统造成冲击,注意整流器在调整急速气体流态时的时长不得过短,以免极不规则气流对叶轮造成冲击损坏及引起轴承改变,从而保持涡轮系统的动平衡状态;第三,天然气从涡轮流量计中通过的速度应≤25m/s及其最大过负荷应≤30s、最大流量应≤1.2qmax(q为流量,m3?h-1),在这一条件下,进行阀门1、2间管段冲压,注意冲压的速度应足够缓慢;第四,手动开启阀门2,注意放缓阀门2的开启速度,并按下游冲压管线长1km内耗时4min来计算开启时长,对于管线长>1km的情况,应在4-8min内进行调整,其中在初启时的速度尤其要缓慢,以免因瞬时流速过高而损坏涡轮中的叶轮。
    2.3稳定下游用气量
      涡轮损坏的重要原因之一便是下游的非正常用气,其中与下游场站的近距离排布更为加重这一影响。因此,应设法稳定下游的用气量,具体可通过与下游用户签署协议来稳定供气和用气,其中应明确规定下游用户的操作,即:如若下游场站需紧急关断,应按我方的操作规程进行启输操作,以免管道中天然气的流速剧增;如若下游用户的用气量较大,应按我方的操作流程进行启输操作,如此便可从根本上防止下游用气量不稳而对涡轮流量计的正常工作造成不利影响,从而保证其测量精度。
    2.4优化过滤工艺
      鉴于天然气中杂质对涡轮流量计的影响较大,则建议在流量计前增设过滤器,并提高其滤芯的技术指标,以保证其对天然气的净化效果更佳及防止杂质颗粒对轴承、叶轮等零部件造成破坏。
    3结语
      综上,涡轮流量计是一种适合用在贸易计量和气体流量量值传递中的流量测量仪表,其在天然气计量中的应用极具价值。但研究发现,其计量精度将会受制于工艺流程的设计与操作。在本案,笔者结合实际案例,提出了4点改进建议:一是更换损坏的零部件,并对其进行重新检定;二是调整工艺流程的操作;三是稳定下游用气量;四是优化过滤工艺。通过观察发现,涡轮流量计的运作正常,但针对其中取消了的旁通流程设计,存在一定的不合理性,具体应在不取消的条件下,新增涡轮流量计自诊断功能,以便随时判断其工作状态。此外,在日常管维中,应保证涡轮流量计的注油频度为1次/月,注意注油的次数应视气质条件而定,即气质条件越差,注油次数更多,如此方才能充分润滑涡轮流量计的轴承及维持其涡轮系统的最佳动平衡状态。

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