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1、問題的提出
天然氣流量計作為一種高精度的氣體流量計量儀表, 被越來越廣泛地應(yīng)用于油氣田天然氣的計量中。由于實(shí)際生產(chǎn)計量中天然氣的成分不純, 往往夾雜著一些雜質(zhì)(如油污、沙礫等),容易造成流量計進(jìn)氣道的污染、堵塞和磨損, 從而影響流量計的計量誤差。我們模擬流量計在生產(chǎn)現(xiàn)場的使用情況, 利用實(shí)驗的方法, 確定流量計在不同狀況下的計量誤差, 為實(shí)際生產(chǎn)提供參考依據(jù)。
2、實(shí)驗方法及數(shù)據(jù)
2.1 模擬實(shí)驗
多數(shù)流量計的旋渦發(fā)生器是鋁制材料, 容易被腐蝕和磨損, 同時, 由于旋渦發(fā)生器的進(jìn)氣道比較狹窄, 在實(shí)際計量中容易被雜質(zhì)堵塞。因此, 根據(jù)這種特點(diǎn)以及實(shí)際運(yùn)行中容易發(fā)生的故障, 我們選用型號為LUXZ -50B 的旋進(jìn)旋渦智能流量計(儀表精度為1.5 %), 并設(shè)計了如下3 種實(shí)驗方案。
(1)將流量計安裝在鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上, 調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥, 依據(jù)JJG198 -94 《速度式流量計檢定規(guī)程》在大流量下重復(fù)檢定3 次, 計算出該流量點(diǎn)的平均儀表系數(shù)K 0 。然后用液化的松香模擬油污噴在流量計的旋渦發(fā)生器進(jìn)氣道的每個葉片上,形成1mm 模擬的油污層, 在不改變流量調(diào)節(jié)閥狀態(tài)的情況下, 對該流量計重復(fù)檢定3 次, 計算出該流量
點(diǎn)的平均儀表系數(shù)K 1 。同樣的情況, 分別模擬油污厚度2mm 、4mm 、7mm 、10mm 進(jìn)行檢定, 求出對應(yīng)的儀表系數(shù)K i , 具體實(shí)驗數(shù)據(jù)見表1 。
(2)將流量計其安裝在鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上, 調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥, 依據(jù)JJG198 -94 《速度式流量計檢定規(guī)程》在大流量下重復(fù)檢定3 次, 計算出該流量點(diǎn)的平均儀表系數(shù)K 0 。然后堵塞住旋渦發(fā)生器的一個進(jìn)氣道, 在不改變流量調(diào)節(jié)閥狀態(tài)的情況下, 對該流量計重復(fù)檢定3 次, 計算出該流量點(diǎn)的平均儀表系數(shù)K 1 。同樣的情況, 分別堵塞旋渦發(fā)生器
的2 個、3 個直至5 個進(jìn)氣道(即只剩下1 個進(jìn)氣道不堵)進(jìn)行檢定, 求出對應(yīng)的儀表系數(shù)K i , 具體實(shí)驗數(shù)據(jù)見表2 。
(3)將流量計安裝在鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上, 調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥在zui大和zui小流量點(diǎn)下分別求出其儀表系數(shù)K 0 。然后將流量計卸下、拆開, 根據(jù)旋渦發(fā)生器1 年磨損0.2mm 情況, 我們用手動砂輪機(jī)將旋渦發(fā)生器進(jìn)氣道的每個葉片磨去0.2mm , 盡量保持流量調(diào)節(jié)閥的開口狀態(tài)與原始狀態(tài)一致, 對流量計分別在大流量和小流量點(diǎn)進(jìn)行檢定, 求出該狀態(tài)下的儀表系數(shù)K 1 , 同樣的情況, 分別將旋渦發(fā)生器的進(jìn)氣道葉片磨去0.4 ～ 1mm 再進(jìn)行檢定, 求出對應(yīng)的儀表系數(shù)K i , 具體實(shí)驗數(shù)據(jù)見表3 。
表1 、表2 、表3 中的儀表系數(shù)和線性度的計算參見JJG198 -94 《速度式流量計檢定規(guī)程》中對流量計的儀表系數(shù)和線性度的計算方法。相對誤差的計算則是利用下面的公式逐步推導(dǎo)的。假設(shè)流量計在旋渦發(fā)生器堵塞或磨損后的某次檢定中所發(fā)出的脈沖數(shù)為N , 根據(jù)檢定規(guī)程的計算方法可以求出這時的儀表系數(shù)Ki , 由于鐘罩內(nèi)的氣體溫度和氣體壓力與流
量計處的溫度、壓力差別不大, 在不考慮溫度壓力修正的情況下得出公式:
式中:V 為鐘罩的標(biāo)準(zhǔn)體積。
同時, 由于流量計內(nèi)所設(shè)置的儀表系數(shù)為原始狀態(tài)的儀表系數(shù)K 0 , 根據(jù)流量計積算儀的工作原理可以得出公式:
利用公式(4)可以求出改變旋渦發(fā)生器狀態(tài)后的每次相對誤差。
3 實(shí)驗結(jié)果的分析
3.1 模擬油污實(shí)驗結(jié)論
從表1 的數(shù)據(jù)中可以看出, 當(dāng)逐步增加模擬油污的厚度時, 由于流量計的有效流通面積逐漸變小, 壓力損失增大, 其流量值越來越小。同時, 還可以看出儀表系數(shù)越來越大, 表明油污厚度的增加造成旋渦流的旋轉(zhuǎn)頻率加快, 壓電傳感器發(fā)出的脈沖數(shù)增多, 流量計的顯示值也比實(shí)際數(shù)值大, 從而造成相對正誤差越來越大。
3.2 模擬堵塞實(shí)驗結(jié)論
從表2 的數(shù)據(jù)中可以看出, 當(dāng)逐個堵塞旋渦發(fā)生器的進(jìn)氣道時, 其流量值越來越小。同時儀表系數(shù)越來越大(堵塞5 個進(jìn)氣道情況除外), 表明堵塞個別進(jìn)氣道后, 旋渦流的旋轉(zhuǎn)頻率加快, 壓電傳感器發(fā)出的脈沖數(shù)增多, 流量計的顯示值也比實(shí)際數(shù)值大, 從而造成相對正誤差越來越大。當(dāng)堵塞5 個進(jìn)氣道, 只剩下1 個進(jìn)氣道時, 由于氣流通過這個進(jìn)氣道后不能形成完整的旋渦流, 致使旋渦流的旋轉(zhuǎn)頻率變慢, 造成相對負(fù)誤差。
3.3 模擬磨損實(shí)驗結(jié)論
從表3 的數(shù)據(jù)中可以看出, 隨著進(jìn)氣道每個葉片磨損程度的加深, 氣流通過磨損了的進(jìn)氣道后不能形成完整的旋渦流, 致使旋渦流的旋轉(zhuǎn)頻率逐漸變慢,壓電傳感器發(fā)出的脈沖數(shù)減少, 流量計的顯示值也比實(shí)際數(shù)值小, 造成相對負(fù)誤差越來越大。當(dāng)進(jìn)氣道的入口邊緣被磨損后, 儀表系數(shù)和相對誤差都發(fā)生了較大的變化, 這說明旋渦流的產(chǎn)生主要依靠進(jìn)氣道的入口形狀。
通過實(shí)驗可以得出, 在實(shí)際生產(chǎn)計量過程中, 如果發(fā)生油污附著在發(fā)生器0.7mm 以上, 以及堵塞兩個以上進(jìn)氣道, 或者進(jìn)氣道被磨損0.4mm 以上的情況, 都將會造成10 %以上的相對正(或負(fù))誤差, 這種計量誤差即使在計量站的一級計量中也是不允許的。因此, 在流量計的使用過程中, 應(yīng)該嚴(yán)格按照有關(guān)要求安裝使用, 定期清洗過濾器, 抄錄表頭數(shù)據(jù)(每天或每周), 發(fā)現(xiàn)計量數(shù)據(jù)異常, 要及時清洗或更換流量計的旋渦發(fā)生器, 并送檢定機(jī)構(gòu)檢定后再使用。對于雜質(zhì)含量較大的天然氣生產(chǎn)單位, 可縮短檢定周期, 確保不受經(jīng)濟(jì)損失。
