摘要：通過(guò)對(duì)比串聯(lián)在同一管路中的兩套自動(dòng)孔板計(jì)量系統(tǒng)流量值,得出在直管段前存在調(diào)壓、過(guò)濾等節(jié)流件造成脈動(dòng)流時(shí)，導(dǎo)致天然氣流量產(chǎn)生2%~ 12%的負(fù)偏差,論述了脈動(dòng)流產(chǎn)生時(shí)對(duì)天然氣流量造成的影響,結(jié)合流體的六種流態(tài),對(duì)比分析了脈動(dòng)流對(duì)天然氣流量的影響與流體流態(tài)之間的關(guān)系,以及產(chǎn)生脈動(dòng)流的原因,提出了消除脈動(dòng)流的方法。
在天然氣計(jì)量過(guò)程中要求流過(guò)天然氣孔板流量計(jì)的氣流為穩(wěn)定發(fā)展的定常流,定常流為流動(dòng)參數(shù)不隨時(shí)間變化的流動(dòng),然而在現(xiàn)實(shí)條件下，不可避免地存在一些偏離這一 流動(dòng)狀態(tài)的情況存在,非定常流的存在導(dǎo)致了天然氣計(jì)量的偏差,認(rèn)識(shí)和確定非定常流造成的影響,對(duì)保證天然氣計(jì)量的正確率有著很重要的意義。我們通過(guò)對(duì)孔板節(jié)流裝置前存在調(diào)壓、過(guò)濾裝置,導(dǎo)致管路中存在脈動(dòng)流的現(xiàn)象進(jìn)行了長(zhǎng)期的觀察,對(duì)脈動(dòng)流對(duì)天然氣計(jì)量的影響有了初步的認(rèn)識(shí)。
在流體力學(xué)上將流體分成了六種流動(dòng)形態(tài)(如圖1)。前兩種流動(dòng)狀態(tài)下,可以認(rèn)為計(jì)量是正確的,也就是除了第-種和第二種情況之外,其余的四種情況都會(huì)對(duì)天然氣計(jì)量造成影響,這四種流態(tài)統(tǒng)稱脈動(dòng)流。孔板流量計(jì)不適用于脈動(dòng)流,那么脈動(dòng)流究竟會(huì)對(duì)孔板流量計(jì)計(jì)量造成什么樣的影響,我們通過(guò)同一管路中串聯(lián)兩套計(jì)量裝置,對(duì)孔板前直管段內(nèi)存在調(diào)壓、過(guò)濾裝置造成脈動(dòng)流對(duì)天然流量的影響進(jìn)行了分析。
1脈動(dòng)流產(chǎn)生時(shí)會(huì)造成天然氣流量的極大誤差
這種誤差可以達(dá)到2%~ 12% ,個(gè)別情況更多,且脈動(dòng)流出現(xiàn)時(shí),其影響天然氣流量的狀況與圖1中, c,df流體流態(tài)相似,從理論上講. e這種情況也應(yīng)該存在,在天然氣管直管段內(nèi),孔板流量計(jì)前存在調(diào)壓、過(guò)濾裝置,形成脈動(dòng)流造成的天然氣流量偏差總是偏小的,這與新的天然計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)SY /T6143- 2004《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》是相一致的。
2脈動(dòng)流造成了 引壓管路壓力信號(hào)傳遞過(guò)慢
壓力信號(hào)不能被弓引|壓管路完全傳遞,儀表無(wú)法正確測(cè)出,這是由于氣體可壓縮性決定了氣體在傳輸過(guò)程中,有高低壓平衡的問(wèn)題,由于壓力在引壓管路傳遞過(guò)程中,高低壓信號(hào)互相平衡,造成信號(hào)滯后和畸變,脈動(dòng)峰值高點(diǎn)和低點(diǎn),不能完全被表征,因差壓信號(hào)與流量為非線性關(guān)系,壓勵(lì)信號(hào)的不完整造成了計(jì)量數(shù)據(jù)的偏差,這種偏差由于引壓管路的不同而產(chǎn)生不同的表現(xiàn)形式。在較短引壓管路的計(jì)量裝置中,差壓測(cè)量時(shí)會(huì)出現(xiàn)劇烈波動(dòng),這種波動(dòng)造成了測(cè)量數(shù)據(jù)不能被計(jì)量?jī)x表完全測(cè)出,引起測(cè)量數(shù)據(jù)不完整,這是因?yàn)橛捎谠谳^短引壓管路中,壓勵(lì)在傳遞過(guò)程時(shí)并沒(méi)有得到平衡,高低壓點(diǎn)被明確界分,每種差壓測(cè)量?jī)x表都有一定的響應(yīng)時(shí)間 ,脈動(dòng)流的頻率與儀表測(cè)量響應(yīng)時(shí)間不一致,導(dǎo)致了壓勱滯后,勵(lì)已經(jīng)測(cè)出而脈動(dòng)峰值未到達(dá)或者脈動(dòng)峰值被錯(cuò)過(guò)，一些脈動(dòng)數(shù)據(jù)點(diǎn)無(wú)法被測(cè)出,造成了數(shù)據(jù)失真,無(wú)法正確確定天然氣流量,并且有可能由于脈動(dòng)頻率的過(guò)快,對(duì)儀表造成沖擊,儀表傳感器反應(yīng)受到影響,從而使測(cè)量結(jié)果造成偏差,影響流量測(cè)量的正確率。在較長(zhǎng)引壓管路的孔板計(jì)量裝置中,壓力高低峰值之間充分平衡,致使儀表無(wú)法測(cè)出真實(shí)值。
3脈動(dòng)流的存在造成天然氣流量無(wú)法正確補(bǔ)償
這主要是因?yàn)槊}動(dòng)流流型復(fù)雜,往往是多種流態(tài)共同作用,致使不能很好地找到補(bǔ)償手段、確定補(bǔ)償量。
脈動(dòng)流對(duì)天然氣計(jì)量的影響主要通過(guò)影響差壓,造成差壓儀表示值不準(zhǔn)表現(xiàn)出來(lái),進(jìn)而影響天然氣流量,且其影響天然氣流量的各種表現(xiàn)形式如下。
(1)脈動(dòng)流產(chǎn)生時(shí),差壓儀表示值明顯偏低,差壓值在一一個(gè)上限值和一一個(gè)下限值之間波動(dòng),如圖2。此時(shí)天然氣流量實(shí)際值為差壓最高值時(shí)的流量,其高低點(diǎn)之差為流量損失,天然氣量由此而產(chǎn)生2% ~ 6%的計(jì)量誤差。
(2)脈動(dòng)流產(chǎn)生時(shí),差壓值有-個(gè)峰值并在一個(gè)相對(duì)低的位置有一個(gè)波動(dòng)上下限,如圖3。在這:種情況下流量真實(shí)值為最高值,高低點(diǎn)之差為流量損失,誤差可達(dá)到2.5%~ 8%。
(3)脈動(dòng)流造成的第三種情況是,差壓值一直處于一個(gè)低位波動(dòng)這是影響最大的一種脈動(dòng)流現(xiàn)象是脈動(dòng)流與隨機(jī)湍流結(jié)合的形式,這種情況下造成的流量損失高達(dá)6%~ 12%,甚至更高,如圖4。在此情況下實(shí)際流量值為虛線處,而實(shí)測(cè)到的為波形處的平均流量值(橫直線處流量值) , 這種情況實(shí)際可以認(rèn)為是隨機(jī)湍流造成的,這種情況下造成了流量大幅損失,造成了計(jì)量的極大誤差,而這種情況也并不是不能發(fā)現(xiàn)的。在實(shí)際情況下,偶爾能觀察到一個(gè)最大值得出現(xiàn),而這個(gè)最大值就是實(shí)際流量值,這一點(diǎn)與第二種脈動(dòng)流有相似之處,但其最大值的出現(xiàn)具有不確定性,是最難以定量的一種現(xiàn)象,但一旦出現(xiàn),天然氣量偏差即在8%左右。
(4)多種流態(tài)共同存在。這種情況下,天然氣損失最難確定,但其誤差也在2%~ 12%之間,個(gè)別情況有特殊。
(5)脈動(dòng)流產(chǎn)生時(shí)天然氣管路往往能聽(tīng)到間歇天然氣氣流聲，特別明顯時(shí)表現(xiàn)為-股-股的氣流流動(dòng),并非穩(wěn)定的氣流聲音。以幾種情況正應(yīng)合了流體脈動(dòng)流的三種狀況,實(shí)際中由于可能幾種狀況下的脈動(dòng)流同時(shí)存在,則造成的實(shí)際氣量計(jì)算更加困難,當(dāng)然非周期性脈動(dòng)流在實(shí)際狀態(tài)中也是存在的,實(shí)際測(cè)量值不確定,從計(jì)量裝置前存在阻流件,形成脈動(dòng)流造成的這幾種情況可以清楚看出,儀表實(shí)際測(cè)出值總是在脈動(dòng)峰值和低值中間值附近,天然氣量總是低于真實(shí)流量值,并且有跡象表明脈動(dòng)流不影響孔板流量計(jì)流量,卻影響計(jì)量,當(dāng)然這需要進(jìn)一步的論證。
脈動(dòng)流能夠造成天然氣流量偏差,實(shí)際中以下原因可以導(dǎo)致脈動(dòng)流的產(chǎn)生:①管路中存在阻流件,包括調(diào)壓裝置、過(guò)濾裝置、彎頭、閥門(mén)等。②下游用戶用氣量波動(dòng),主要存在原因是用戶用氣量大,用氣量不確定,管路中又不存在儲(chǔ)氣調(diào)峰設(shè)施,造成氣流忽高忽低,容易形成脈動(dòng)流.當(dāng)然在這里要注意區(qū)分脈動(dòng)流和氣流波動(dòng)之間的區(qū)別,氣流波動(dòng)并非氣流脈動(dòng)。③流體壓力過(guò)低,流速過(guò)快導(dǎo)致流體流態(tài)不穩(wěn)。④孔板表面不清潔,氣體含液造成氣流脈動(dòng)。⑤天然氣含有雜質(zhì),影響氣體流態(tài),特別是過(guò)濾裝置、整流裝置被雜質(zhì)堵塞后,易形成脈動(dòng)流。
對(duì)于孔板原因造成的脈動(dòng)流不符合.上面的規(guī)律,阻流件造成的脈動(dòng)流對(duì)天然計(jì)量影響這么大,實(shí)際過(guò)程中如何判斷脈動(dòng)流:①聽(tīng)。通過(guò)氣流的聲音,判斷是否存在脈動(dòng)流,特別明顯的脈動(dòng)流往往能夠聽(tīng)到氣流一股一股哧哧變化的聲音,此時(shí)流量誤差一般不會(huì)低于 5%。②觀查儀表示值。由于計(jì)量時(shí)孔板上游靜壓力較高,脈動(dòng)流出現(xiàn)時(shí)造成靜壓力的變化并不是很明顯。脈動(dòng)流對(duì)差壓的影響是很明顯的,一般出現(xiàn)差壓波動(dòng)在2%以上就應(yīng)該注意是不是脈動(dòng)流的影響,差壓波動(dòng)在5%以上就應(yīng)該立即消除,否則就會(huì)造成很大的計(jì)量誤差。③減少引壓管長(zhǎng)度,測(cè)量就地化,既是增加測(cè)量正確率,也是為正確確定流體流態(tài)(脈動(dòng)流)提供條件,以減少脈動(dòng)流造成的流量損失。
如何消除脈動(dòng)流:根據(jù)實(shí)際觀察,在管路阻流件在孔板計(jì)量裝置前,且阻流件為調(diào)壓裝置、過(guò)濾裝置形成脈動(dòng)流時(shí),將對(duì)天然氣計(jì)量造成以上幾種脈動(dòng)流狀態(tài)的影響,并且天然氣計(jì)量示值明顯偏小,偏小程度從2% ~ 12%不等,給天然氣計(jì)量造成很大誤差,因此消除脈動(dòng)流的影響是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。①在設(shè)計(jì)時(shí)就要優(yōu)先考慮直管段長(zhǎng)度,確保管路內(nèi)流體流態(tài)處于定常流圖1中的a b兩種狀態(tài)。②以穩(wěn)定的流量穩(wěn)定供氣,加裝調(diào)峰裝置,避免出現(xiàn)用戶氣量波動(dòng)造成的氣流脈動(dòng)。③避免和減少計(jì)量裝置前的任何阻流件,在條件許可的情況.下,避兔用上游節(jié)流、調(diào)壓,需要在上游節(jié)流、調(diào)壓時(shí),要延長(zhǎng)直管段,并在離孔板流量計(jì)盡可能遠(yuǎn)的地方進(jìn)行。④計(jì)量上游直管段前安裝整流器。⑤盡量避免低壓供氣。⑥保證天然氣氣質(zhì)符合要求,不含粉塵、油污、水等雜質(zhì),在氣質(zhì)沒(méi)有保證的情況下,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該相應(yīng)提高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
認(rèn)識(shí)脈動(dòng)流對(duì)天然氣孔板流量計(jì)計(jì)量的影響,對(duì)孔板流量計(jì)的設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行有指導(dǎo)意義,隨著對(duì)脈動(dòng)流認(rèn)識(shí)的深入和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,有望解決非定常流狀態(tài)下孔板流量計(jì)的補(bǔ)償問(wèn)題,進(jìn)而擴(kuò)大孔板流量計(jì)的適用范圍。
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