影響智能氣體渦輪流量計準確性因素及解決措施
點擊次數：2516 發布時間：2021-01-13 17:51:32
摘要：在智能氣體渦輪流量計計量系統結算中，標況下的氣體流量計算是否正確直接影響計量系統的準確性，基于渦輪流量計的工作原理、系統組成，分析了影響智能氣體渦輪流量計系統性能的因素，并根據分析結果制定相對應的對策。指出在天然氣貿易交接計量中應加強對渦輪計量系統的運行維護和檢測，以提高計量的準確性。
天然氣作為一種清潔能源在一次能源消費中占據著重要的地位。隨著中國西氣東輸、川氣東送等**重要長輸管道的建成，以及城市燃氣管網的不斷完善，天然氣貿易交接的科學、公正、可靠變得愈發重要。渦輪計量系統具有靈敏度高、重復性好、量程比寬等優點，在長輸管道以及城市燃氣管網中得到了廣泛應用，但在實際應用過程中會受到各種因素的干擾，進而影響了其計量的準確性。
１渦輪流量計的工作原理
渦輪流量計屬于速度式流量計，在管道中安裝一臺自由轉動、軸與管道同心的葉輪，當被測氣體流過傳感器時，在氣流作用下，葉輪受力旋轉，其轉速與管道平均流速成正比，葉輪轉動會周期地改變磁電轉換器的磁阻值，使檢測線圈中磁通隨之發生周期性變化，產生周期性的感應電勢，即電脈沖信號。該信號經放大器放大后，送至顯示儀表顯示，渦輪流量計工作原理如圖１所示。
管道中流體的流速大小與葉輪轉速成正比，流量計算如式（１）所示：
式中：ｑＶｆ———工況體積流量，ｍ３／ｓ；Ｎ———渦輪流量計的脈沖數；Ｋ———渦輪流量計儀表系數，１／ｍ３。
２智能氣體渦輪流量計系統的組成
智能氣體渦輪流量計系統如圖２所示，一般由渦輪流量計、壓力變送器、溫度變送器、色譜分析儀、流量計算機５部分組成。渦輪流量計是該計量系統的核心，壓力變送器、溫度變送器采集輸氣工況條件下的壓力、溫度信號。色譜實時在線分析管道中的天然氣組分，以確定天然氣的壓縮因子。流量計算機則將采集到的壓力、溫度、工況體積流量、氣體組分進行運算分析，得到標準狀況下的氣體體積流量，并用于計量交接，同時保存相應的流量歷史數據。
３影響智能氣體渦輪流量計系統準確性的主要因素
中國天然氣貿易交接中一般采用標準狀況下的體積流量進行結算，標況下的體積流量計算如式（２）所示：
式中：ｑＶｎ———標況下的體積流量，ｍ３／ｓ；ｐａｂｓ———工況下測得的氣體的絕對壓力，ｋＰａ；ｐｎ———標況下的參比壓力，１０１.３２５ｋＰａ；Ｔｎ———標況下的參比熱力學溫度，２９３.１５Ｋ；Ｔ———工況下測得的氣體熱力學溫度，Ｋ；Ｚｎ———標況下的氣體壓縮因子；Ｚ———工況下的氣體的壓縮因子。
由式（２）可知，影響智能氣體渦輪流量計系統準確性的主要因素有：工況體積流量是否準確；壓力、溫度在工況條件下的測量是否準確；氣體的組分分析是否準確以及流量計算機的設置是否正確等。
４解決措施
４.１保證渦輪流量計的正常運行
渦輪流量計安裝時應確保流量計的上游前、下游后具有一定長度的直管段，一般要求上游直管段長度不低于２０Ｄ，Ｄ為管道公稱直徑，下游直管段不低于５Ｄ，以消除旋渦流等流體流速分布不均產生的測量誤差。流量計應工作在儀表系數曲線線性區域內，瞬時流量應在分界流量以上，以保證其測量的準確性。要特別注意脈沖放大器的選型和配置，其選用和正常運行直接關系著工況流量數據傳輸的準確性。
４.２確保壓力和溫度的測量準確
壓力變送器、溫度變送器應具備限值報警、修改保護等功能。現場人員應定時核查計量系統中壓力值、溫度值與現場變送器就地顯示值是否一致，定期利用校準儀器檢查儀表的零位，防止零位漂移，對于超過儀表允許誤差的應及時更換或者送專業授權機構檢定、校準。
４.３加強對天然氣組分的分析
對于多氣源的計量系統，建議設置在線氣體色譜分析儀，在線分析天然氣的組分并將數據傳入流量計算機以實現天然氣組分的實時更新。色譜分析儀應定期利用標準氣體標定，確保正常工作。對于未設置色譜分析儀的計量系統應定期采集天然氣送專業機構化驗，同時要加強與鄰近配置有色譜分析儀的計量系統的組分數據比對，防止氣體組分發生較大變化時，預設在流量計算機中的氣體組分數據未及時更新而造成計量誤差。
４.４流量計算機的設置要合理
對于控制室設置有流量計算機的計量系統應根據渦輪流量計的檢定結果，及時修改計算機中設置的儀表系數，確保工況流量傳輸的準確。要根據現場工藝情況以及儀表性能，正確選擇小流量切除的工況點，對于具有壓力、溫度傳輸故障自動補償功能的流量計算機要根據工況設置壓力、溫度的預設值，同時要合理選取壓力、溫度、流量的上下限報警點，以確保流量計算機的正常運行。
５結束語
天然氣計量的準確性直接關系著行業的發展和經濟效益。渦輪計量系統作為天然氣行業的常用流量計量設備，其計量的準確性顯得尤為重要，影響因素也會在不同工況下有所差異，需要現場人員加強維護，合理分析，科學制訂對策，才能進一步提高渦輪計量系統的準確性。
天然氣作為一種清潔能源在一次能源消費中占據著重要的地位。隨著中國西氣東輸、川氣東送等**重要長輸管道的建成，以及城市燃氣管網的不斷完善，天然氣貿易交接的科學、公正、可靠變得愈發重要。渦輪計量系統具有靈敏度高、重復性好、量程比寬等優點，在長輸管道以及城市燃氣管網中得到了廣泛應用，但在實際應用過程中會受到各種因素的干擾，進而影響了其計量的準確性。
１渦輪流量計的工作原理
渦輪流量計屬于速度式流量計，在管道中安裝一臺自由轉動、軸與管道同心的葉輪，當被測氣體流過傳感器時，在氣流作用下，葉輪受力旋轉，其轉速與管道平均流速成正比，葉輪轉動會周期地改變磁電轉換器的磁阻值，使檢測線圈中磁通隨之發生周期性變化，產生周期性的感應電勢，即電脈沖信號。該信號經放大器放大后，送至顯示儀表顯示，渦輪流量計工作原理如圖１所示。
管道中流體的流速大小與葉輪轉速成正比，流量計算如式（１）所示：
式中：ｑＶｆ———工況體積流量，ｍ３／ｓ；Ｎ———渦輪流量計的脈沖數；Ｋ———渦輪流量計儀表系數，１／ｍ３。
２智能氣體渦輪流量計系統的組成
智能氣體渦輪流量計系統如圖２所示，一般由渦輪流量計、壓力變送器、溫度變送器、色譜分析儀、流量計算機５部分組成。渦輪流量計是該計量系統的核心，壓力變送器、溫度變送器采集輸氣工況條件下的壓力、溫度信號。色譜實時在線分析管道中的天然氣組分，以確定天然氣的壓縮因子。流量計算機則將采集到的壓力、溫度、工況體積流量、氣體組分進行運算分析，得到標準狀況下的氣體體積流量，并用于計量交接，同時保存相應的流量歷史數據。
３影響智能氣體渦輪流量計系統準確性的主要因素
中國天然氣貿易交接中一般采用標準狀況下的體積流量進行結算，標況下的體積流量計算如式（２）所示：
式中：ｑＶｎ———標況下的體積流量，ｍ３／ｓ；ｐａｂｓ———工況下測得的氣體的絕對壓力，ｋＰａ；ｐｎ———標況下的參比壓力，１０１.３２５ｋＰａ；Ｔｎ———標況下的參比熱力學溫度，２９３.１５Ｋ；Ｔ———工況下測得的氣體熱力學溫度，Ｋ；Ｚｎ———標況下的氣體壓縮因子；Ｚ———工況下的氣體的壓縮因子。
由式（２）可知，影響智能氣體渦輪流量計系統準確性的主要因素有：工況體積流量是否準確；壓力、溫度在工況條件下的測量是否準確；氣體的組分分析是否準確以及流量計算機的設置是否正確等。
４解決措施
４.１保證渦輪流量計的正常運行
渦輪流量計安裝時應確保流量計的上游前、下游后具有一定長度的直管段，一般要求上游直管段長度不低于２０Ｄ，Ｄ為管道公稱直徑，下游直管段不低于５Ｄ，以消除旋渦流等流體流速分布不均產生的測量誤差。流量計應工作在儀表系數曲線線性區域內，瞬時流量應在分界流量以上，以保證其測量的準確性。要特別注意脈沖放大器的選型和配置，其選用和正常運行直接關系著工況流量數據傳輸的準確性。
４.２確保壓力和溫度的測量準確
壓力變送器、溫度變送器應具備限值報警、修改保護等功能。現場人員應定時核查計量系統中壓力值、溫度值與現場變送器就地顯示值是否一致，定期利用校準儀器檢查儀表的零位，防止零位漂移，對于超過儀表允許誤差的應及時更換或者送專業授權機構檢定、校準。
４.３加強對天然氣組分的分析
對于多氣源的計量系統，建議設置在線氣體色譜分析儀，在線分析天然氣的組分并將數據傳入流量計算機以實現天然氣組分的實時更新。色譜分析儀應定期利用標準氣體標定，確保正常工作。對于未設置色譜分析儀的計量系統應定期采集天然氣送專業機構化驗，同時要加強與鄰近配置有色譜分析儀的計量系統的組分數據比對，防止氣體組分發生較大變化時，預設在流量計算機中的氣體組分數據未及時更新而造成計量誤差。
４.４流量計算機的設置要合理
對于控制室設置有流量計算機的計量系統應根據渦輪流量計的檢定結果，及時修改計算機中設置的儀表系數，確保工況流量傳輸的準確。要根據現場工藝情況以及儀表性能，正確選擇小流量切除的工況點，對于具有壓力、溫度傳輸故障自動補償功能的流量計算機要根據工況設置壓力、溫度的預設值，同時要合理選取壓力、溫度、流量的上下限報警點，以確保流量計算機的正常運行。
５結束語
天然氣計量的準確性直接關系著行業的發展和經濟效益。渦輪計量系統作為天然氣行業的常用流量計量設備，其計量的準確性顯得尤為重要，影響因素也會在不同工況下有所差異，需要現場人員加強維護，合理分析，科學制訂對策，才能進一步提高渦輪計量系統的準確性。