孔板流量计是目前采用得较多的流量计,它是通过测量孔板前后的压差来计量气体流量的装置。
据调查,石油天然气行业采用孔板流量计作贸易计量的约占95%以上,大部分是国产表。
孔板流量计的优点是:适用于较大口径管道的计量;结构简单,安装容易;无可动部件,性能可靠,耐用;应用历史悠久,标准规定最全;按标准制造的孔板不需要标定,价格便宜。
缺点是:尺寸一定的孔板测量范围有限(3～4∶1);压力损失最大(25%～50%);计量准确度受安装条件影响很大;前后直管段要求长,占地面积大;计量准确度受人为因素影响大;不能直接读出计量结果,使用不便。
2.2　气体涡轮流量计
气体涡轮流量计是用气体推动流量计的转子转动,并通过测量转子转动次数来计量气体流量的一种装置。它的可调范围比大(随着输气压力增高,其可调范围也随之增大),测量精度高(其精度可控制在±1.0%以内),压降小,体积小,结构简单,重量轻,维修较方便,检定周期可达1年。但是涡轮流量计的安装要求高,必须在1套标定装置的操作压力下标定,很多国家限定用高压天然气标定。国产涡轮流量计由于设计结构、加工精度及材质等方面的原因,叶轮轴承易被介质中杂物磨损或卡死,现场使用效果不太理想,因此在油气田中使用不多。
气体涡轮流量计在使用中需要注意以下几个问题:
a.由于涡轮流量计是速度式仪表,对流场、介质条件要求比较苛刻,因此气体介质要洁净。
b.涡轮是高速转动部件,叶片容易被气体中夹带的颗粒损坏,因此必须和过滤器配合使用。
c.现场中,往往是由于管理维护差,不能及时给流量计加注润滑油,造成流量计磨损严重,以至损坏,所以在使用中,气体涡轮流量的润滑十分重要。
2.3气体腰轮流量计
气体腰轮流量计~是一种容积式流量计,其基本测量原理是周期性的充满或排出一个或几个计量空间的气体,以此来测量气体体积流量。气体腰轮流量计测量精度高,可靠性好,不需要直管段,量程比较大(10∶1)。但是由于结构上的原因,要求安装时壳体不能承受管线的各种应力,且要求介质非常干净(否则转子易卡住,转子卡住就意味着停输,这造成的经济损失往往不可估量,这是不允许发生的)。
因此,它的应用受到一定限制。
另外由于大口径流量计特别笨重,故很少使用,现场上主要用小口径流量计进行计量。
2.4　气体罗茨流量计
气体罗茨流量计也是一种容积式流量计,国内用率高,故障率低,具有一定的优越性。其对流场没有严格要求,介质中含有杂质对计量影响不大;量程比大(20∶1),基本适应现场气量变化范围要求;测量的数据可由表头直读,也可以远传给微机,使用方便。
气体罗茨流量计在使用中应注意处理好以下几个问题:
a.由于流量计转子与壳体之间间隙小,大于间隙的颗粒杂质不能通过,因此应选择适当的过滤器来防止卡堵,并特别注意在投产使用前,气体应走旁通,以防施工中的焊渣、渣质进入流量计。
b.对流量计要加强监控并定期润滑。
c.由于该流量计为容积式仪表,为了保证计量精度,应避免计量腔积液。
2.5　涡街流量计
 涡街流量计无可动部件,稳定可靠,使用寿命长,维护量小,压力损失小,量程宽(15∶1),在石化行业应用较广,在油气田气体贸易计量中也有适量应用。但由于其对雷诺数有要求(Re≥4000),使得使用范围受到限制。国内涡街流量计大多采用应力式压电晶体检测元件,抗干扰性能差,不适合在有振动干扰的管网中应用,作贸易计量的可靠性差。因此,很少推广。
涡街流量计使用时应注意以下问题:
a.被测介质的工作压力和温度应在技术参数范围内。
b.当测量液体时,就必须考虑管道内流体的最小压力,流速大时,容易出现气穴现象,计量误差将大大增加,甚至不能计量,为了防止产生气穴,管道内必须有一定的压力。
c.传感器的最小流量值受雷诺数和被测流体的密度影响。
2.6　旋涡流量计
 旋进旋涡流量计插入管道中并垂直于气体流向,由此产生交替变换的旋转涡流并不断排出。涡流生成频率是流速的函数,检测其生成频率可测得流量。
仪表常数可以由仪表内几何尺寸计算得到,由于流体振动保持在流量计内,其流量系数几乎不受流量计前后流体扰动的影响。该流量计都是按适当比例制造的,在测量平面内有效面积与总面积之比对各种尺寸结构的旋进旋涡流量计都是一样的,因此,仪表便于系列化、标准化。
我国从20世纪80年代末才开始对这种流量计的研究,近几年来,旋涡流量计在一些油田伴生气计量中得到广泛应用,DN25～200口径的流量计在油田的计量站、中转站常可见到。但是总体技术水平落后于世界先进水平不少(检测振子与表体的密封方面、二次表的智能化方面等)。
这种流量计无运动件,结构简单,传感器不接触流体,可靠性高,维护量小;用途广泛,可测气体、液体、蒸汽,且量程比大,可达20∶1;在规定的雷诺数范围内输出信号频率不受流体的温度、压力、粘度及成分的影响,输出频率信号与流速成线性关系。
孔板流量计由于量程比有限、维护工作量较大以及精确度低等原因,虽然在传统的流量测量中发挥过主导作用,但它已越来越不适应现代化的大生产。电磁流量计、面积式和容积式流量计以及质量流量计等也各有优缺点,使得它们的使用场合受到一定的限制。通过分析旋涡流量计的原理可知,它的许多优点决定了它有着极广泛的应用前景。图1为几种流量计的若干情况对比。
图片1
从图1知,旋涡流量计在绝大多数技术特征上优于其他类型。在实际应用中用它可直接测得标况流量,如果再加上合适的温差补偿就可得到工况下的体积流量和质量流量,显然这种配置要比用十几万元1台的质量流量计少花70%～80%的资金。
2.7　超声波流量计
超声波流量计是测量超声波信号在管内沿一定方向传输的时间来计算气体流速。它的测量值不受管内气体温度、压力及组分变化的影响,准确度高,可达±0.5;测量范围宽,大口径流量计可达100∶1以上;最大口径流量计可做到1600mm以上;无可动部件,坚固耐用;流量计可干校,干校准确度可达±1%,安装维修方便,几乎没有压降损失,可测正输及反输气流。
气体超声流量计从20世纪90年代开始在天然气工业中得到应用,它的优异特性已引起国际上的重视,但它只适用于中大口径,且价格昂贵。目前国内只有少数用户开始使用国外产的超声波流量计。
3、天然气流量计的选型
天然气流量计选型需要综合考虑仪表性能、流体特性、安装要求、环境条件、维护需求以及价格等因素。其中对测量对象(即流体的实际状况)的确切了解非常重要,在此要指出,并非用户对自己的测量对象都有准确的了解,往往需要选型设计人员进行深入调查才能搞清楚。
对于城市燃气系统的计量调压站,下游往往是众多的分散用户,有的甚至全是居民。在做饭时间流量最大,两顿饭之间基本都不用气,流量最小。流量起伏如此大,用孔板流量计肯定是不合适的(当流量小于孔板最小流量时就不计量了)。腰轮流量计万一卡往,等于切断气源,因此腰轮流量计也不能用。一般选用涡轮流量计,主要使用国外先进的高质量气体涡轮流量计。据资料介绍,优质的涡轮流量计都能保证在使用8～15年后仍能保持原来的准确度。
对于油田湿气(伴生气),其中含有大量饱和水蒸气,温度降低时有水凝结;分离不净的湿气含有油滴或油污,属脏污介质;间断计量,将有油、水沉积在管线内;而且每口井产气量相差较大,造成流量变化大,难有适应的流量仪表。一般情况下,旋涡流量计可用于小口径非节能的计量场合;气体容积式流量计可用于气体条件相对洁净,计量准确度要求较高的分配计量场所;对大口径湿气输送仍只能采用孔板流量计,但要采取提高准确度的措施(如孔板加疏水孔或进行补偿等)。
油田计量人员常选择没有可动元件的流量计,认为这样无磨损,流量计耐用。所以就经常选涡街流量计。但是涡街流量计的使用范围受斯特劳哈数St限制(Re≥4000),即计量调压站下游在小流量时,流速达不到要求,也就无法计量准确,所以选用时要考虑管输的最小流量。
一般流量取在天然气流量计最大流量的70%～80%左右,实际最大流量一般不超过流量计允许最大流量的120%,持续时间不允许超过半小时。
同时对天然气流量计流量范围的超下限也要十分重视,因为计量误差影响因素较大的多来之于此。

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