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氣體渦輪流量計在分界流中應用 
發布時間:2018-07-12

摘要:文章根據流量計的分界流量與量程比、最大允許誤差之間的緊密關系,成功地進行了流量計的選型,在保證流量計計量精度的前提下降低了分界流量,符合了標準要求。通過案例可以了解到合理地利用分界流量,不僅可以擴大流量計的測量范圍,還可以降低流量計的起步流量。對涉及到分界流量的速度式流量計,在流量計選型時應充分考慮、利用分界流量,使得流量計的能力在現場實踐中得到充分發揮。
1概述
  自GB/T21391—2008《用氣體渦輪流量計測量天然氣流量》開始實施以來,氣體渦輪流量計在天然氣工業中的應用越來越廣泛。渦輪流量計是一種速度式流量計,具有精度高(現多為0.5級或1.0級),結構簡單,耐壓高,量程比大(一般量程比Qmin:Qmax=1:10,最大可達Qmin:Qmin=1:50),重復性好,維修方便等優點。它廣泛應用于石油、化工、工業鍋爐、燃氣調壓站、天然氣輸配氣管網、城市燃氣等領域,且被廣泛使用于貿易計量。在歐洲和美國渦輪流量計是繼孔板流量計之后的第二個法定天然氣流量計,已經發展為多品種、多規格、批量生產規模的天然氣流量計,標準規范也十分完備。
  在我國現行有效的氣體渦輪流量計標準中,對渦輪流量計的計量性能技術要求是量程范圍內高區和低區的最大允許誤差要有所區別,因此標準不可避免地都涉及到分界流量。不同的氣體渦輪流量計標準對分界流量的定義和規定有所不同,如何利用分界流量選擇合適的流量計是設計者、使用者應該關注的問題。
2現行氣體渦輪流量計標準中關于分界流量的規定
  我國現行有效的的氣體渦輪流量計標準有GB21391—2008《用氣體渦輪流量計測量天然氣流量》、GB/T18940—2003《封閉管道中的氣體流量的測量渦輪流量計》、JJG1037—2008《渦輪流量計檢定規程》,在以上三個標準中對分界流量的規定分別如下。
2.1GB21391—2008《用氣體渦輪流量計測量天然氣流量》
  在GB21391—2008《用氣體渦輪流量計測量天然氣流量》對分界流量有明確的定義,即低于該流量要采用擴展誤差限的流量值。標準第5.2條從最大允許誤差和量程比兩方面對分界流量做出了規定,且明確了量程比是在最大允許誤差范圍內流量計的最小流量和最大流量之比。該標準中對渦輪流量計要求的最大允許誤差如表1所示,量程比與分界流量9,的關系如表2所示。

2.2GB/T18940—2003《封閉管道中的氣體流量的測量渦輪流量計》在GB/T18940—2003《封閉管道中的氣體流量的測量渦輪流量計》中沒有明確定義分界流量,僅在標準第8.1條規定:所有流量計在其指定的流量范圍內,最大允許誤差應為±1%。當最小流量qmin小于0.2qmin時,在qmin~0.2qmin范圍內的最大允許誤差為±2%。這表明該標準認為0.2qmin是氣體渦輪流量計最大允許誤差的分界點,即流量計的分界流量為0.2qmin。
2.3JJG1037—2008《渦輪流量計檢定規程》
  JJG1037—2008《渦輪流量計檢定規程》適用于液體渦輪流量計和氣體的渦輪流量計的檢定,該標準對分界流量也有明確的定義,即在最大流量和最小流量之間的流量值,它將流量范圍分割成最大允許誤差的不同的兩個區,即“高區”和“低區”。規程第5.1.1條規定:氣體渦輪流量計在規定的流量范圍內準確度等級、最大允許誤差應符合表3的規定,對分界流量&的規定如表4所示0

  從表3、表4可知,準確度等級高于0.5級的渦輪流量計,不設分界流量,在天然氣貿易計量中常用的準確度等級等于或低于0.5級渦輪流量計,均采用分界流量分段處理,可根據分界流量判斷最大允許誤差的突變點,且分界流量和流量計的量程比也有緊密聯系。
  從以上三個渦輪流量計標準和規程分界流量的界定可知,流量計的分界流量屬于人為的劃分,其目的是為了擴大渦輪流量計的量程比,同時又不讓最小流量偏離線性區太遠,因此流量計的分界流量對渦輪流量計最大允許誤差的判定有著關鍵性的影響.
3分界流量在流量計選型中的應用
  渦輪流量計的分界流量和量程比、最大允許誤差有著緊密的關系,使得在選用渦輪流量計時分界流量起著至關重要的作用。例如,在選用渦輪流量計時,為確保流量計的最大允許誤差滿足GB/T18603—2014《天然氣計量系統技術要求》表B.1不同等級的計量系統中準確度等級的要求,需要考慮流量計在分界流量以下范圍運行時流量計的允許誤差。通過以下案例,讀者更容易理解分界流量的重要性。
3.1配氣站流量計初次選型
  某配氣站設計能力(標準參比條件)達到A級計量系統的要求,根據GB/T18603—2014《天然氣計量系統技術要求》附錄B.1,計量系統需要配備準確度等級1.0級的流量計才可滿足標準要求。
  該配氣站在標準參比條件下的來氣量為450~7.5x104Nm3/h,流量量程比為1:167,量程比過大,無法選擇單一流量計用來計量全量程流量,最終采用計量系統多路并聯分段計量的方式。根據來氣壓力、溫度、組分,計算出流量計在工作條件下的計量范圍為100~3400m3/h。設計者考慮在小流量范圍時選擇兩套精度等級為1.0級、口徑為DN100、規格為G400的渦輪流量計,其計量范圍是32~650m3/h,其中一套做備用流量計(此處暫不涉及大流量情況)。
  由表1可知,流量計在分界流量至最大流量之間時(q1≤q≤qmin)精度等級可達到1.0級,在最小流量和分界流量之間時(qmin≤q≤qt)流量計的精度等級降低至2.0級。選擇的兩套渦輪流量計量程比同為1:20,根據表2可以得出:
q1=0.2qmax
計算得出該流量計的分界流量值為:
q1=130m3/h
  流量計在工作條件下的計量范圍為100~3400m3/h,則流量計存在著在用氣量最低值和分界流量(100~130m3/h)范圍運行的時間段。流量計在分界流量以下范圍運行,精度等級只能保證在2.0級,無法達到精度等級1.0級的要求,不滿足GB/T18603—2014《天然氣計量系統技術要求》對A級計量系統的規定。
  此時出現分界流量高于用戶用氣量最低值而導致流量計選型無法滿足標準要求的問題,設計者需要重新考慮流量計的選型。
3.2流量計二次選型
  查看流量計的選型數據發現,DN100渦輪流量計有三類G160、G250、G400,其流量范圍分別為:G160(13~250)m3/h、G250(13/20~400)m3/h、G400(20/32~650)m3/h。此三類流量計在分界流量至最大流量之間(9l專9在都可達到精度等級為1.0級的要求。其中規格為G250和G400的渦流量計除量程比為1:20的常用規格外,還有量程比為1:30的規格,此時這兩類流量計的流量范圍分別為13~400m3/h、G400(20~650)m3/h。
  根據表2、表4可知,渦輪流量計在量程比為1:30時,分界流量為0.15qmax,因此從此處著手,可以重新選擇既符合標準要求,又能滿足現場生產需求的渦輪流量計。
  在此次小流量范圍的流量計選型中如果將量程比為1:20的渦輪流量計G400(32~650)m3/h換為量程比為1:30的渦輪流量計G400(20~650)m3/h,其分界流量qt將由0.20qmax降低至0.15qmax,可大幅度地降低分界流量值,使得重新選型后的流量計可滿足標準要求。
根據表2,選用量程比為1:30的渦輪流量計后分界流量為:
qt=0.15qmax
計算得出此時流量計的分界流量值為:
qt=97.5m3/h
  流量計經過重新選型后的流量計分界流量值由原來的130mm3/h降低至97.5mm3/h,此時流量計計量范圍既可以覆蓋用戶小流量用氣,也可以滿足標準對A級計量系統的規定,在用戶最小用氣量100m3/h以上時流量計精度等級可達到1.0級。而且,選擇量程比為1:30的渦輪流量計后流量計的起步流量由32m3/h降低至20m3/h,起步流量計更低,更有利于流量計在小流量范圍的準確計量。
3.3價格的差別
  通過生產廠家了解到,在相同口徑、相同壓力等級的條件下,量程比為1:20的渦輪流量計與量程比為1:30的渦輪流量計價格相差無幾。從用戶角度而言,選擇量程比為1:30的流量計遠較選擇量程比為1:20的流量計更能解決問題,更值得投資。
4結束語
針對該配氣站流量計初次選型失敗,根據流量計的分界流量與量程比、最大允許誤差之間的緊密關系,將量程比1:20流量計換為量程比1:30的流量計,成功地在保證計量精度的前提下降低了流量計的分界流量數值,符合了標準要求。
(1)通過案例,可以了解到合理地利用分界流量,不僅可以擴大流量計的測量范圍,還可以降低流量計的起步流量。
(2)通過案例,可以充分了解到分界流量的重要性,分界流量和量程比、最大允許誤差之間的緊密關系,使得在選用渦輪流量計時分界流量能得到更多關注。
(3)對速度式流量計而言,不論是渦輪流量計還是超聲流量計都涉及到分界流量,因此在流量計選型時應充分考慮、利用分界流量,使得流量計的能力在現場實踐中能得到充分發揮。

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