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    渦街流量計

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    渦街流量計在天然氣流量測量中的應用

    來源:作者:發表時間:2016-07-21 09:31:54

     【摘要】天然氣流量計一般選擇智能式渦街流量計。具有測量精度高、量程寬、功耗低、安裝方便、操作簡單、壓力損失小等優點,可測量工況體積流量或標準體積流量(一體化智能溫度、壓力補償),根據用戶需要,可附帶脈沖或4~20mADC 電流輸出功能。是目前比較理想的天然氣計量儀表。

            天然氣是以甲烷(CH4)為主的多種氣體組成的混合氣體,具有易燃、高熱值、便于傳輸的特點。是我國重要的能源之一。由于天然氣直接通過管道傳輸給用戶,那么它的流量計量就顯得特別重要。天然氣流量一般采用差壓式方法進行測量,其測量原理依據國標GB/T2624-93,石油天然氣總公司為了規范天然氣流量測量,于83 年頒布了SYL04-83《天然氣流量的標準于L 板計量方法》、96 年又頒布了SY/T6143-1996《天然氣流量的標準孔板計量方

    法》,為了天然氣流量測量準確性提供了可靠標準。

            近年來,各油、氣田除了繼續應用差壓式儀表測量天然氣流量外,還越來越重視應用渦街流量計測量天然氣流量。

            渦街流量計測量天然氣流量的原理是:當介質流速足夠大時,安裝在管道中渦街流量計的漩渦發生體(即三棱柱)兩側便會交替產生漩渦。并逐漸增大,從發生體分離后向下游流動,形成兩列漩渦系列- 即渦街,這一過程稱為漩渦的剝離,如圖1.漩渦剝離的頻率在一定的流速范圍內,與介質流速成線性關系,且這一關系不受流體的密度、粘度、壓力、溫度的影響。漩渦剝離頻率與流速的關系為

     QQ截圖20160721093721.jpg

    式中:f- 漩渦剝離的頻率(Hz)

    S1- 斯特勞哈爾數(當Re>104 時,S1 為常數)

    d - 發生體寬度(m)

    v - 流體速度(m/s)

    速度連續性方程:

     QQ截圖20160721104544.jpg

    因為qv·ρ1=Q0·ρ0 ( 4 )

    所以Q0=qv·ρ1/ρ0

    Q0、ρ0 分別為標準狀態下的氣體流量和密度。在SY/T6143-1996標準P14 業中有

     QQ截圖20160721104611.jpg

    QQ截圖20160721104636.jpg

    式中:T0-293.15k (20時)

    T- 工作狀態溫度t+273.15k

    P0-101.325kPa

    Zn- 天然氣標準狀態壓縮因子

    Z1- 天然氣工作狀態壓縮因子

    R- 通用氣體常數

    由于天然氣主要成分是甲烷,而甲烷的沸點很低,所以一般天然氣標準方計算可令Zn=1,Z1 可按GB/T2624-93 圖六曲線查得。在要求準確計量場合,可按SY/6143-1996A1.4 計算。公式(8)演變為:

     用渦街流量計測量天然氣流量的框架圖

    1 管道2 夾緊法蘭3 渦街流量計4Pt100 鉑電阻5 截止閥6 壓力變速器7 流量計算機

    從公式(9)可以看出溫度、壓力對流量有很大影響,所以系統上應加上溫、壓補償。如圖2.

    以上為渦街流量計測量天然氣流量的計算公式推導,但在測量中還應注意以下事項:

    1. 渦街流量計傳感器形式很多,有熱敏式、磁敏式差變電容式、壓電應力式、壓電應變式等。經試驗,這幾種形式中壓電應變式、差變電容式抗臟、抗振性能較好、較適用。經凈化處理的天然氣,磁敏式也可采用。

    2.渦街流量計是速度式儀表,在天然氣流量測量時應安裝足夠長的測量管以保證測量精度,具體長度可見有關流量計使用說明書。當直管段長度不夠時,也可安裝整流器以縮短測量管長度。

    3.天然氣是易燃氣體應采用防爆型渦街流量計。

    現舉一實例,參數用SY/T6143-1996

    1. 已知條件

    1.管道內徑D20=259.38mm

    2.氣體流量:

    qvmax=11.25Nm3/s

    qvcom=8.14Nm3/s

    qvmin=400Nm3/s

    3.氣體常用溫度t=15

    4.氣體常用表壓力P =1.48MPa

    5.儀表安裝地常用大氣壓P =98.1kPa

    選用應變壓電式二線制渦街流量計。型號SCLUGB,PN2.5MPa、

    DN250 防爆標準iaⅡBT3.

    2. 計算

    1. P =P +P =1578.1kPa

    2.渦街流量計儀表的流量系數k=64.13p/m3

    3.刻度流量選qv 刻,刺=12 Nm3/s

    4. Fz=1.0204

     QQ截圖20160721104832.jpg

    qv 刻=0.7886 m3/s v 刻=15.61 m/s

    qvmax=0.7393m3/s vmax=14.64 m/s

    qvcom=0.5349m3/s vcom= 10.59m/s

    qvmin=0.2629m3/s vmin= 5.21m/s

    6. qvfi

     qv=f/k

    qv 刻=0.7886 m3/sf=50.57HzI=20mA

    qvmax=0.7393m3/sf=47.41HzI=19mA

    qvcom=0.5349m3/sf=34.3HzI=14.85mA

    qvmin=0.2629m3/sf=16.86HzI=9.33mA

    從上面敘述可以清楚看到應用渦街流量計測量天然氣,計算十分方便,安裝時也不用敷設差壓引壓管,使安裝也變得十分容易。應用中對天然氣的組分分析也不用十分嚴格。(從公式(9)能看出)。其量程比也比差壓式大些,壓損又比差壓式小,所以,渦街流量計在天然氣流量測量領域中,定能得到廣泛應用。

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