天然氣計(jì)量技術(shù)渦輪流量計(jì)課件

概述氣體渦輪流量計(jì)具有靈敏度高，重復(fù)性好，量程比寬，準(zhǔn)確度高的特點(diǎn)，從而在歐、美國家的天然氣流量計(jì)量中被廣泛采用。在歐洲，目前天然氣流量測(cè)量中使用氣體渦輪流量計(jì)的比例已達(dá)到流量儀表的40~60%；在美國，僅阿卡拉公司從80年代末至90年代初，就有超過3500臺(tái)氣體渦輪流量計(jì)經(jīng)過在線實(shí)流檢定的應(yīng)用報(bào)導(dǎo)；美國哥倫比亞氣體公司已有670臺(tái)氣體渦輪流量計(jì)使用在大型計(jì)量站。

10/16/20231概述氣體渦輪流量計(jì)較差壓式流量計(jì)更適合流量變化幅度較大的場(chǎng)合，其較寬的量程比，在某種程度上又可降低測(cè)量管直徑，降低投資。隨著天然氣計(jì)量技術(shù)的發(fā)展和對(duì)天然氣貿(mào)易、交接計(jì)量要求的提高，氣體渦輪流量計(jì)將會(huì)逐步使用于天然氣流量計(jì)量中。10/16/202321工作原理

渦輪流量計(jì)是屬于速度式流量計(jì)。如圖5.1所示，其工作原理是在管道中安裝一個(gè)自由轉(zhuǎn)動(dòng)、軸與管道同心的葉輪。當(dāng)被測(cè)氣體流過傳感器時(shí)，在氣流作用下，葉輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值。檢測(cè)線圈中磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電勢(shì)，即電脈沖信號(hào)，經(jīng)放大器放大后，送至顯示儀表顯示。管道中流體的流速大小與葉輪轉(zhuǎn)速成正比。在實(shí)際應(yīng)用中，渦輪是要求進(jìn)行實(shí)流校準(zhǔn)的，流量計(jì)算公式如下：式中：qf——工況體積流量,m3/s;N——流量計(jì)每秒的脈沖數(shù)；

k——流量計(jì)儀表系數(shù)，1/m3。10/16/202331工作原理

1—葉輪2—軸承3—磁鐵4—感應(yīng)線圈5—?dú)んw6—導(dǎo)向件圖1渦輪流量結(jié)構(gòu)圖10/16/202342計(jì)量特性10/16/202352計(jì)量特性從特性曲線可以看出，當(dāng)天然氣從零開始增大流量時(shí)，葉輪必須先克服軸與軸承間產(chǎn)生的靜磨擦力矩后才開始旋轉(zhuǎn)，極小量的氣體通過氣體渦輪流量計(jì)時(shí)，渦輪并不轉(zhuǎn)動(dòng)，只有當(dāng)流量大于某一最小值時(shí)，克服了起動(dòng)磨擦力矩，渦輪才開始轉(zhuǎn)動(dòng)。這一最小流量值與氣體的密度成平方根關(guān)系，所以它對(duì)密度較大的流體靈敏度較好，在流量較小時(shí)，流量特性變化很大，主要受粘滯性磨擦力矩影響。10/16/202362計(jì)量特性當(dāng)流量大于某一數(shù)值后，流量與轉(zhuǎn)數(shù)才近似為線性關(guān)系，這就是氣體渦輪流量計(jì)的工作區(qū)域。

當(dāng)然，由于軸承壽命，葉輪的強(qiáng)度和壓損等條件的限制，渦輪也不能轉(zhuǎn)得太快，所以氣體渦輪流量計(jì)和其它流量計(jì)一樣，也有測(cè)量上、下限的限制。10/16/202373主要特性1）準(zhǔn)確度高，普通流量計(jì)的準(zhǔn)確度為±1％~±1.5％，特殊專用型為±0.5％~±0.2％。

2）重復(fù)性好，短期重復(fù)性可達(dá)0.05％~0.2％，正是由于具有良好的重復(fù)性，如經(jīng)常校準(zhǔn)或在線校準(zhǔn)可得極高的精確度，在貿(mào)易結(jié)算中是優(yōu)先選用的流量計(jì)。

3）輸出脈沖頻率信號(hào)，適于總量計(jì)量及與計(jì)算機(jī)連接，無零點(diǎn)漂移，抗干擾能力強(qiáng)。

4）可獲得很高的頻率信號(hào)（3-4kHz），信號(hào)分辨力強(qiáng)。

5）量程比寬，中大口徑可達(dá)40：1至10：1，小口徑為6：1或5：1。

10/16/202383主要特性

6）結(jié)構(gòu)緊湊輕巧，安裝維護(hù)方便，流通能力大。

7）適用高壓測(cè)量，儀表表體上不必開孔，易制成高壓型儀表。

8）難以長期保持校準(zhǔn)特性，需要定期檢定。對(duì)于貿(mào)易儲(chǔ)運(yùn)和高準(zhǔn)確度測(cè)量的要求，最好對(duì)流量計(jì)進(jìn)行在線實(shí)流檢定以保持其特性。

9）氣體密度對(duì)儀表特性有較大影響。氣體流量計(jì)易受密度影響，由于密度與溫度、壓力關(guān)系密切，在現(xiàn)場(chǎng)溫度、壓力波動(dòng)是難免的，要根據(jù)它們對(duì)準(zhǔn)確度影響的程度采取補(bǔ)償措施，才能保持較高的計(jì)量準(zhǔn)確度。

10/16/202393主要特性

10）流量計(jì)受來流流速分布畸變和旋轉(zhuǎn)流的影響較大，傳感器上下游側(cè)需設(shè)置較長的直管段，如安裝空間有限制，可加裝流動(dòng)調(diào)整器（整流器）以縮短直管段長度。

11）不適于脈動(dòng)流和混相流的測(cè)量。

12）對(duì)被測(cè)氣體的清潔度要求較高，若氣質(zhì)較臟，可安裝過濾器，但亦帶來壓損增大、維護(hù)量增加等副作用。10/16/2023104改進(jìn)產(chǎn)品

為了提高渦輪流量計(jì)的計(jì)量性能和適應(yīng)性，不同廠家都對(duì)渦輪進(jìn)行了改進(jìn)，目前有如下產(chǎn)品。雙葉輪，提高渦輪的可靠性。鋁合金葉輪，提高渦輪的靈敏度和抗沖擊能力。一體化整流器，提高渦輪的準(zhǔn)確度和和抗沖擊能力。密封式軸承，提高渦輪的抗臟污能力。

10/16/2023114改進(jìn)產(chǎn)品

圖5.2渦輪一體化整流器10/16/2023125標(biāo)準(zhǔn)化針對(duì)氣體渦輪流量計(jì)ISO制定了ISO9951標(biāo)準(zhǔn)，美國制定了AGA7號(hào)報(bào)告。我國亦參照ISO9951制定了渦輪流量計(jì)的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18940-2003《密封管道中氣體流量的測(cè)量—渦輪流量計(jì)》。10/16/2023136渦輪流量計(jì)的計(jì)算

AGA7號(hào)報(bào)告規(guī)定了渦輪流量計(jì)的安裝要求，規(guī)定了渦輪流量計(jì)取壓和測(cè)溫元件的位置；給出了渦輪流量計(jì)用于天然氣流量的計(jì)算方法。其計(jì)算公式如下：

Qb=Qf（Pf/Pb）（Tb/Tf）（Zb/Zf）

10/16/2023146渦輪流量計(jì)的計(jì)算式中：Qb—標(biāo)準(zhǔn)條件下的流量；

Qf—工況條件下的流量；

Pb—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下壓力；

Pf—工況條件下絕對(duì)氣體靜壓；

Tb—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度；

Tf—工況條件下氣體溫度；

Zb—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體的壓縮因子；

Zf—工況條件下氣體的壓縮因子。10/16/2023157計(jì)算公式推推導(dǎo)根據(jù)狀態(tài)方程:

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下:PbVb=(R/M)TbZb

在流動(dòng)狀態(tài)下:PfVf=(R/M)TfZf

則:Vb/Vf=PfTbZb/(PbTfZf)

除以時(shí)間△t得:Qb=Qf（Pf/Pb）（Tb/Tf）（Zb/Zf）

Qf=N/K代替得:Qb=N/K（Pf/Pb）（Tb/Tf）（Zb/Zf）10/16/2023168渦輪流量計(jì)的安裝與使用

具有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的速度式渦輪流量計(jì)的安裝與使用，總體上講，應(yīng)滿足其計(jì)量特性、性能不受影響；在規(guī)定的流量范圍內(nèi)維持其準(zhǔn)確性，不縮短其使用壽命。

1.安裝要求(a)一般要求水平安裝，避免垂直安裝。

(b)氣體渦輪流量計(jì)推薦上游至少10D，當(dāng)有整流器時(shí)，整流器出口到渦輪流量計(jì)入口端面至少為5D的直管段（分別從流量計(jì)的上、下游端面算起）。其內(nèi)徑與流量計(jì)公稱內(nèi)徑DN之差，一般應(yīng)不超過DN的±1%，并不超過5mm。10/16/2023178渦輪流量計(jì)的安裝與使用

(c)用于靜壓補(bǔ)償?shù)娜嚎讘?yīng)位于氣體渦輪流量計(jì)葉片相對(duì)應(yīng)的位置處。如有多個(gè)靜壓取壓孔，在氣體密度為1.2kg/m3的最大流速下，其不同取壓孔的靜壓差應(yīng)小于100Pa。靜壓取壓孔一般在流量計(jì)本體上，由制造廠商確定，其直徑一般在3mm—12mm。

(d)測(cè)溫元件的位置測(cè)溫元件應(yīng)安裝在流量計(jì)下游，在葉輪下游的5D內(nèi)，盡可能靠近流量計(jì)。10/16/2023188渦輪流量計(jì)的安裝與使用

(e)過濾器的安裝當(dāng)氣體渦輪流量計(jì)安裝于可能存在各種機(jī)械雜質(zhì)的天然氣管道中，必須安裝過濾器，過濾器的尺寸可參考表1。10/16/2023198渦輪流量計(jì)的安裝與使用

（f）限流元件

為避免氣體渦輪流量計(jì)受到超高速天然氣氣流的沖擊，可在其下游安裝限流元件。通常氣體渦輪流量計(jì)超速上限為額定上限值的150%，對(duì)于高壓天然氣，宜為120%。

(g)放空管的位置放空管應(yīng)放在氣體渦輪流量計(jì)的下游，且放空閥的口徑應(yīng)小于流量計(jì)口徑的1/6。10/16/2023208渦輪流量計(jì)的安裝與使用

(h)旁通的設(shè)置

對(duì)于重要的計(jì)量管路，應(yīng)設(shè)置旁通管，旁通管應(yīng)是零泄漏且可檢漏，以便流量計(jì)的維修。

(i)對(duì)于沒有安裝限流元件或旁通管的大口徑測(cè)量管路（DN≥300）時(shí)，應(yīng)在其上游截?cái)嚅y處安裝小型截止旁通閥，以便對(duì)測(cè)量管路緩慢升壓或降壓，防止壓力突然變化，避免高流速?zèng)_擊流量計(jì)。（j）其它安裝要求：除按產(chǎn)品使用說明書，可參見GB/T18940標(biāo)準(zhǔn)。10/16/2023219使用注意事項(xiàng)

（a）投表操作步驟：（a.1）打開旁路截止閥；（a.2）打開流量計(jì)上游截止閥；（a.3）緩慢打開流量計(jì)下游截止閥；（a.4）緩慢關(guān)閉旁路截止閥。（b）停表操作步驟：（b.1）打開旁路截止閥；（b.2）關(guān)閉流量計(jì)下游截止閥；（b.3）關(guān)閉流量計(jì)上游截