天然氣計量教材

1、第一章 計量法規(guī)計量工作是一項科學(xué)性、技術(shù)性很強(qiáng)的專業(yè)，必須有相應(yīng)的法規(guī)加以規(guī)范，做到有法可依、有章可循，否則，各自為準(zhǔn)，計量工作必然會出現(xiàn)混亂。中華人民共和國計量法于一九八五年九月六日通過，自一九八六年七月一日起施行。計量法共六章三十五條。計量法的核心（中心思想）是保證計量單位制的統(tǒng)一（使用法定計量單位）和量值的準(zhǔn)確可靠。計量的特征概括起來講就是：統(tǒng)一是目的、準(zhǔn)確是基礎(chǔ)、法制是手段。計量法規(guī)的一些常識：1.計量器具：凡能用以直接或間接測出被測對象量值的量具、計量儀器（儀表）和計量裝置統(tǒng)稱為計量器具。 計量器具分為計量基準(zhǔn)器具、計量標(biāo)準(zhǔn)器具和工作計量器具三大類。1）.計量基準(zhǔn)器具：即國家計量基

2、準(zhǔn)器具，簡稱計量基準(zhǔn)，是指用以復(fù)現(xiàn)和保存計量單位量值，經(jīng)國務(wù)院計量行政部門批準(zhǔn)作為統(tǒng)一全國量值最高依據(jù)的計量器具。2）.計量標(biāo)準(zhǔn)器具：簡稱計量標(biāo)準(zhǔn)，是指準(zhǔn)確度低于計量基準(zhǔn)，用于檢定其它計量標(biāo)準(zhǔn)器具或工作計量器具的計量器具。3）.工作計量器具：直接用于測量被測對象的計量器具。2.計量檢定：是指為評定計量器具的計量性能，確定其是否合格所進(jìn)行的全部工作。（1）.強(qiáng)制檢定：由縣級以上人民政府計量行政部門指定的法定計量檢定機(jī)構(gòu)或授權(quán)的計量檢定機(jī)構(gòu)對強(qiáng)制檢定的計量器具實(shí)行的定期定點(diǎn)檢定。（2）.強(qiáng)制檢定的計量器具：包括三部分：1）.社會公用的計量標(biāo)準(zhǔn)器具。2）.部門和企業(yè)、事業(yè)單位使用的最高計量標(biāo)準(zhǔn)器具。

3、3）.用于貿(mào)易結(jié)算、安全防護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測方面，并列入強(qiáng)制檢定項目的工作計量器具。3.強(qiáng)制檢定的工作計量器具：用于貿(mào)易結(jié)算、安全防護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測方面，并列入強(qiáng)制檢定項目的工作計量器具。（周期一般為半年或一年）4.非強(qiáng)制檢定的工作計量器具（依法管理的工作計量器具）：經(jīng)有關(guān)計量部門授權(quán)后由本單位自己定期進(jìn)行檢定，自己不能檢定的送計量檢定機(jī)構(gòu)定期進(jìn)行檢定（周期比強(qiáng)制檢定較長）。結(jié)合澀寧蘭線的實(shí)際， 強(qiáng)制檢定的工作計量器具主要有：工藝站場計量管段上的壓力表、所有的壓力變送器、差壓變送器、熱電阻、標(biāo)準(zhǔn)計量孔板、天然氣組份分析儀等。工藝站場除此以外的其它計量器具都屬于非強(qiáng)制檢定的工作計量器具

4、。5.法定計量單位：1）.我國法定計量單位的內(nèi)容：主要包括6個部分。（1）.國際單位制基本單位。如：m （米） kg （千克） s （秒）a（安培） k（開） mol（摩爾） cd（坎得拉）（2）.國際單位制輔助單位。如：rad （弧度） sr（球面度）（3）.國際單位制中具有專門名稱的導(dǎo)出單位。如：hz(1/s) 、 n(kgm/s2)、 pa(n/m2)、 j w （4）.國家選定的非國際單位制單位：如：min（分）、 h（小時）、d（天）、 t（噸）等（5）.由以上單位構(gòu)成的組合形式的單位：如：kg/m3 m/s2 nm3/d 等 （6）.由詞頭和以上單位所構(gòu)成的十進(jìn)倍數(shù)或十進(jìn)分?jǐn)?shù)單位：

5、如：km、 mpa、 cm等詞頭：指十進(jìn)倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位。如：m（106） k（103）d（10-1） c（10-2） m（10-3）等詞頭符合字母當(dāng)其所表示的數(shù)小于106時，一律用小寫字母，大于或等于106時，用大寫字母?？傊?，由以上各部分單獨(dú)或各部分組合而成的單位就叫“我國的法定計量單位”2）.關(guān)于法定計量單位的一些常識：kg/m3 讀作：“千克每立方米” 而不是“每立方米千克”。 m4 讀作：“四次方米” 而不是“米四次方”。 體積單位 dm3 表示“立方分米” 而不是 立方米的十分之一。由兩個或兩個以上單位相乘所構(gòu)成的組合單位，其符號可以有兩種形式：例如 ： “牛頓米”的符號為 nm 或

6、 nm由兩個或兩個以上單位相除所構(gòu)成的組合單位，其符號可以有三種形式：例如： kg/m3 （常用） kgm-3 kgm-3類似 j/(kgk) 這樣的單位，不能寫成 j/kgk攝氏溫度的讀法：如： 20 讀作“20攝氏度”， 不能讀成“攝氏20度”3）.應(yīng)淘汰的一些計量單位或名稱：重量（淘汰）質(zhì)量 重度（淘汰）密度 比重（淘汰）相對密度 度（淘汰）千瓦小時（kwh） t（淘汰） t（噸）kgf/cm2（淘汰）pa（kpa、mpa）4）.常用的一些單位換算：1英尺=12英寸 1英尺=30.48cm 1英寸=2.54mm 1海里=1852m 1英里=1609m1公頃=10000m2 7.03kgf

7、/cm2=100lb(磅每平方英寸) 1卡（cal）=4.18焦耳（j）計量法的規(guī)定和條文很多，結(jié)合實(shí)際工作我們應(yīng)該遵守的計量法規(guī)主要有：1.在任何場所都必須使用法定計量單位2.應(yīng)送檢的計量器具必須按規(guī)定定期進(jìn)行送檢。3.不能使用過期或不合格的計量儀表、器具、裝置等。4.從事計量工作的人員必須持有相應(yīng)的上崗證或操作證。5.使用的計量器具、計量裝置、計量規(guī)程等必須符合計量法的有關(guān)規(guī)定等等。第二章 計量基礎(chǔ)知識1.測量誤差：有三種表示方法：（1）.絕對誤差：測量值與真實(shí)值之差。（這里所說的真實(shí)值是指比測量用儀表精度更高的儀表的測量值，而不是指絕對的真實(shí)值）（2）.相對誤差：絕對誤差與真實(shí)值的比值。

8、（3）.引用誤差：（絕對誤差/儀表量程）*100% 儀表的精度為儀表的最大引用誤差。2.儀表的精度：是指儀表的測量值接近真實(shí)值的程度。儀表的最大允許誤差=精度*儀表的最大量程/100例：求精度為1.5、量程為04.0mpa的壓力表的最大允許誤差。解：最大允許誤差=1.5*4.0/100=0.06mpa如：某一點(diǎn)壓力真實(shí)值為0.8mpa，則該處壓力表的測量值在0.740.86mpa之間都屬正常。3.有效數(shù)字：（1）.有效位數(shù)：規(guī)則：第一位數(shù)以前的零不計位數(shù)；零在數(shù)中或數(shù)后（小數(shù)）計位數(shù)；整數(shù)后面的零不一定是有效數(shù)字。例：0.094（二位） 20.5（三位） 0.0640（三位） 2500（可能是

9、二、三、四位） 如要二位應(yīng)寫成：25102 或2.5103 如要三位應(yīng)寫成：25.0102 如要四位應(yīng)寫成：25.00102（2）數(shù)據(jù)修約規(guī)則：需保留數(shù)字末位數(shù)的確定規(guī)則如下：1）它后面的數(shù)字大于5時，末位進(jìn)1；2）它后面的數(shù)字小于5時，末位不進(jìn)；3）它后面的數(shù)字恰好時5時，末位為奇數(shù)時進(jìn)1，末位為偶數(shù)時不進(jìn)，即奇進(jìn)偶不進(jìn)；例：將下列數(shù)字變?yōu)橹槐Ａ粢晃恍?shù)。12.36712.4 12.34112.3 12.3512.4 12.4512.44.有效數(shù)字的運(yùn)算法則：1）加減運(yùn)算：以小數(shù)點(diǎn)后位數(shù)最少者為基準(zhǔn)，其余各數(shù)均比該數(shù)多取一位，結(jié)果也多取一位。例：60.4+2.02+0.046760.4+2.

10、02+0.05=62.472）乘除運(yùn)算：以有效位數(shù)最少者為基準(zhǔn)，其余各數(shù)均均多取一位，結(jié)果也多取一位。例：603.210.324.0116030.324.01=48.13）冪運(yùn)算：結(jié)果比運(yùn)算前多取一位。例：6962=48441648441025.我國天然氣計量的標(biāo)準(zhǔn)條件壓力：1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101.325kpa） 溫度：20、293.15k在標(biāo)準(zhǔn)條件下，1立方米天然氣稱為1標(biāo)方或1標(biāo)米3或1nm36.溫度壓力常用單位壓力單位：pa 1pa=1n/m2 1mpa =1000kpa=106pa1kgf/cm2=0.098mpa=0.1mpa（約） 1mpa=10.2kgf/cm2（約）溫度單位：、

11、k(熱力學(xué)溫度)、f(華氏溫度)t=273.15+ f=9/5+32 =5（f-32）/9第三章 流量計及流量計算一、 天然氣計量的常用流量計一）、分類天然氣流量計簡介：已經(jīng)使用或即將投用的流量計大致有以下種類：差壓式流量計、渦輪流量計、流體振動流量計、容積式流量計、超聲流量計、靶式流量計和科氏質(zhì)量流量計等。二）、特性各類流量計有關(guān)特征對比一覽表類型項目 靶式 孔板 渦街 旋葉式 渦輪 阿牛巴 電磁 超聲波 質(zhì)量 轉(zhuǎn)子 精度 0.5-2.5 0.5-1.5 0.5-1.5 高 高 2.5 1.0 1.5 高 1-2.5 壓損 小 大 較小 大 大 小 小 小 大 大 低速 可 難 難 可 可

12、難 難 難 可 可 高溫 可 可 - - - 可 - - 難 - 檢定 - 自檢 - - - - - - - - 含氣 可 - - - - - - - 可 可 無菌 可 難 - - - 可 可 可 可 - 防腐 可 難 - - - - 可 可 難 可 遠(yuǎn)傳 智能型 智能型 智能型 - - 智能型 智能型 智能型 智能型 - 重量 輕 一般 輕 重 一般 輕 重 重 重 輕 價格 中 中 低 中 中 低 貴 貴 昂貴 低 大粘度 可 - - - 可 - 導(dǎo)電液 難 可 - 小管徑 可 - - - 可 - - - 可 - 量程比 510:1 3:1 1:20 1:50 1:50 4:1 10:1

13、10:1 20:1 5:1 含雜質(zhì) 可 - - - - - 可 可 - - 故障率 低 低 低 一般 一般 高 低 低 低 低 介質(zhì)種類 氣、汽、液 氣、汽、液 氣、液 液、汽 液 液、汽 導(dǎo)電液 氣、液 氣、汽、液 液 結(jié)垢影響 小 大 大 大 大 大 小 大 大 大 粘附影響 小 大 大 大 大 大 小 大 小 大 測量原理 壓差 壓差 頻率 容積 容積 壓差 速度 速度 質(zhì)量力 壓差 補(bǔ)償方式 密度 密度 密度 - - 密度 - 密度 密度 - 積算方式 開方、線性 開方 線性 線性 線性 開方 開方 線性 開方 - 瞬時顯示 智能型 智能型 智能型 - - 智能型 智能型 智能型 智能

14、型 - 安裝方法 任意 水平 任意 水平 水平 水平 水平 任意 水平 垂直 安裝難易 易 難 易 難 難 易 難 難 難 易 維護(hù)使用 易 專人 易 易 易 易 難 難 易 易 使用壽命 可 可 一般 不長 易磨損 不長 可 可 可 可 三）、 流量換算表體積流量換算表單位升/分(l/min)米3/時(m3/h)英尺3/時(ft3/h)英國加侖/分(ukgal/min)美國加侖/分(usgal/min)美國桶/天(bbl/d)升/分10.062.11890.219970.2641889.057米3/時16.667135.3143.6674.403151英尺3/時0.47190.0283171

15、0.10380.12474.2746英國加侖/分4.5460.027279.632511.2003241.1美國加侖/分3.7850.22738.02080.8326134.28美國桶/天0.11040.006240.233940.024280.029171質(zhì)量流量換算表 單位千克/時(kg/h)千克/分(kg/min)千克/秒(kg/s)噸/時(t/h)磅/時(lb/h)磅/秒(lb/s)千克/時116.71032781060.0012.205612106千克/分60116.71030.06132.336.710336006013.67.91032.205噸/時100016.72781031

16、2205612103磅/時0.4547.561031261060.4541031278106磅/秒163327.20.4541.6336001四）、流量計名詞中英文對照 電磁流量計：electromagnetic flowmeter科里奧利質(zhì)量流量計：coriolis mass flowmeter明渠流量計：open channel flowmeter孔板流量計：orifice plate flowmeter轉(zhuǎn)子流量計：rotameter渦輪流量計：turbine flowmeter量熱式流量計：calorimetric flowmeter容積流量計：positive displacement

17、 (pd) flowmeters超聲波流量計：ultrasonic flowmeter文丘里流量計：venturi flowmeter熱式質(zhì)量流量計：thermal mass flowmeter渦街流量計：vortex flowmeter多相流量計：multiphase flowmeter水槽與堰道流量計：flumes and weirs flowmeter二、 標(biāo)準(zhǔn)孔板計量裝置所謂標(biāo)準(zhǔn)檢測件是只要按照標(biāo)準(zhǔn)文件設(shè)計、制造、安裝和使用,無須經(jīng)實(shí)流標(biāo)定即可確定其流量值和估算測量誤差。非標(biāo)準(zhǔn)檢測件是成熟程度較差的,尚未列入國際標(biāo)準(zhǔn)中的檢測件。差壓式流量計是一類應(yīng)用最廣泛的流量計,在各類流量儀表中其使

18、用量占居首位。近年來,由于各種新型流量計的問世,它的使用量百分?jǐn)?shù)逐漸下降,但目前仍是最重要的一類流量計。優(yōu)點(diǎn): (1)應(yīng)用最多的孔板式流量計結(jié)構(gòu)牢固,性能穩(wěn)定可靠,使用壽命長。 (2)應(yīng)用范圍廣泛,至今尚無任何一類流量計可與之相比擬。 (3)檢測件與變送器、顯示儀表分別由不同廠家生產(chǎn),便于規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)。缺點(diǎn):(1)測量精度普遍偏低;(2)范圍度窄,一般僅3:14:1;(3)現(xiàn)場安裝條件要求高;(4)壓損大(指孔板、噴嘴等)。1.標(biāo)準(zhǔn)計量孔板測量原理天然氣經(jīng)過孔板后，在孔板前后產(chǎn)生差壓，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，天然氣的流量和差壓的平方根成正比，算出比例系數(shù)也就測出了流量。氣體節(jié)流裝置：1.文丘利管 2.噴

19、嘴 3.孔板計算機(jī)計量流量和雙波紋管差壓計計量流量的相同部分。2.取壓方式根據(jù)取壓點(diǎn)開孔位置的不同分為 1）.法蘭取壓：上、下游取壓孔中心線距孔板同側(cè)端面的距離都是25.4mm。2）.角接取壓（環(huán)室取壓和單獨(dú)鉆孔取壓）3.流量計算 上式中孔板流量計量系統(tǒng)由節(jié)流元件標(biāo)準(zhǔn)孔板、絕對壓力變送器、差壓變送器、鉑電阻及流量計算機(jī)組成。（標(biāo)準(zhǔn)孔板計量裝置示意圖 ） pt-絕對壓力變送器 tt-鉑電阻 ft-差壓變送器標(biāo)準(zhǔn)孔板計量裝置產(chǎn)生偏差的原因很多，應(yīng)按照從易到難的原則，主要檢查以下幾個方面：1) 檢查出現(xiàn)誤差期間的參數(shù)表或壓力歷史趨勢，看是不是因?yàn)槿€的壓力不均勻或管存變化量的計算誤差造成。2) 檢查

20、孔板閥上下游導(dǎo)壓管是否有漏氣點(diǎn)、上游導(dǎo)壓管漏氣使流量偏低，下游導(dǎo)壓管漏氣使流量偏高。3) 檢查孔板閥上下游導(dǎo)壓管是否有堵塞現(xiàn)象。（平常應(yīng)定期對上下游導(dǎo)壓管進(jìn)行排污吹掃）4) 檢查流量計算機(jī)內(nèi)輸入的計量參數(shù)同現(xiàn)場實(shí)際的參數(shù)是否一致，（如孔板內(nèi)徑、組分參數(shù)、壓力、差壓的量程、計量直管段內(nèi)徑、鉑電阻量程等）5) 檢查孔板安裝的方向和磨損情況，如果孔板裝反，流量偏低17%左右。6) 檢查參與計量的各種計量器具是否在有效期內(nèi)。7) 檢查線路上是否有較大的漏氣點(diǎn)或偷氣現(xiàn)象。8) 從現(xiàn)場變送器中直接測取各種參數(shù)，進(jìn)行手工或檢測程序計算，結(jié)果與流量計算機(jī)計算的流量相比較，看流量計算機(jī)計算的值是否有明顯錯誤。按

21、影響計量的參數(shù)劃分，可能有如下原因：影 響因 素產(chǎn)生偏差的原因偏差性質(zhì)處理方法及步驟備注壓力1、 引壓管漏氣或堵塞2、 變送器偏差3、 流量計算機(jī)通道偏差差4、 表壓轉(zhuǎn)換成絕壓時產(chǎn)生偏差正或負(fù)正或負(fù)正或負(fù)正或負(fù)緊固，避免漏氣。檢查變送器的零點(diǎn)和量程設(shè)置，校驗(yàn)壓力變送器。檢查流量計算機(jī)中壓力的零點(diǎn)和量程與現(xiàn)場變送器一致；對能校驗(yàn)通道的流量計算機(jī)校驗(yàn)壓力通道，不能校驗(yàn)的則更換流量計算機(jī)。檢查流量計算機(jī)中設(shè)置，確認(rèn)本地大氣壓設(shè)置的準(zhǔn)確性。*采用絕壓變送器除外。差壓1、 引壓管漏氣或堵塞2、 變送器偏差3、 流量計算機(jī)通道偏差正或負(fù)正或負(fù)正或負(fù)緊固，避免漏氣。檢查變送器的零點(diǎn)和量程設(shè)置，校驗(yàn)差壓變送器

22、。檢查流量計算機(jī)中差壓的零點(diǎn)和量程與現(xiàn)場變送器一致；對能校驗(yàn)通道的流量計算機(jī)校驗(yàn)相應(yīng)通道，不能校驗(yàn)的則更換流量計算機(jī)。溫度1、 套管內(nèi)缺導(dǎo)熱油或?qū)嵊蛯?dǎo)熱系數(shù)低。2、 鉑電阻偏差3、 流量計算機(jī)通道偏差正或負(fù)正或負(fù)向套管內(nèi)添加足夠的、合格的導(dǎo)熱油校驗(yàn)鉑電阻，如不合格，更換，有變送器的注意檢查變送器量程設(shè)置和轉(zhuǎn)換精度。檢查流量計算機(jī)相應(yīng)通道的零點(diǎn)和量程設(shè)置，校驗(yàn)通道，如無效，更換流量計算機(jī)。其他參數(shù)包括流量計量公式中系數(shù)的選擇、公式的選擇。正或負(fù)對流量計算機(jī)進(jìn)行校驗(yàn)，聯(lián)系廠家檢查內(nèi)部程序，如不能解決問題，將流量計算機(jī)返修或更換?？装?、 孔板閥密封不嚴(yán)導(dǎo)致內(nèi)漏。2、 孔板閥外漏負(fù)正或負(fù)檢修孔板閥

23、。其他對計量系統(tǒng)進(jìn)行整體標(biāo)定，調(diào)整相應(yīng)參數(shù)，確保誤差在允許誤差范圍之內(nèi)。三、rmg trz03 渦輪流量計渦輪流量計,是速度式流量計中的主要種類,它采用多葉片的轉(zhuǎn)子(渦輪)感受流體平均流速,從而且推導(dǎo)出流量或總量的儀表。一般它由傳感器和顯示儀兩部分組成,也可做成整體式。渦輪流量計和容積式流量計、科里奧利質(zhì)量流量計稱為流量計中三類重復(fù)性、精度最佳的產(chǎn)品,作為十大類型流量計之一,其產(chǎn)品已發(fā)展為多品種、多系列批量生產(chǎn)的規(guī)模。優(yōu)點(diǎn):(1)高精度,在所有流量計中,屬于最精確的流量計;(2)重復(fù)性好;(3)元零點(diǎn)漂移,抗干擾能力好;(4)范圍度寬;(5)結(jié)構(gòu)緊湊。缺點(diǎn):(1)不能長期保持校準(zhǔn)特性;(2)流

24、體物性對流量特性有較大影響。1、結(jié)構(gòu)：如上圖所示流量計本體包含了帶有渦輪軸的測量系統(tǒng)，測量元件的上游安裝了整流器，能充分消除氣流的擾動和旋渦，使氣體平穩(wěn)地通過測量元件。承壓側(cè)的渦輪產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過渦輪渦桿及磁耦合機(jī)構(gòu)傳送到非承壓側(cè)的表頭，渦輪轉(zhuǎn)速經(jīng)過表頭的齒輪機(jī)構(gòu)被減速，減速比可通過選擇適當(dāng)?shù)目烧{(diào)節(jié)齒輪進(jìn)行調(diào)整，機(jī)械計數(shù)器顯示出工況下的體積流量，同時輸出相應(yīng)的低頻脈沖信號。 在渦輪流量計的葉輪和輔助葉輪上輸出感應(yīng)式高頻信號。輔助葉輪是一個凸輪，它與渦輪安裝在同一個軸上，能與渦輪同步工作。2、原理rmg trz03 渦輪流量計符合din33800標(biāo)準(zhǔn)，是適用于氣體流量計量。流量計機(jī)械表頭顯示工

25、況壓力和溫度條件下的累計體積流量。氣體通過進(jìn)口端的整流器后，作用在軸向安裝的葉輪上。葉輪的轉(zhuǎn)速和氣體的流速成正比，通過渦輪渦桿及磁耦合機(jī)構(gòu)將葉輪的轉(zhuǎn)動傳送到表頭計數(shù)器。四、康樂創(chuàng)超聲波流量計 超聲流量計是通過檢測流體流動對超聲束(或超聲脈沖)的作用以測量流量的儀表。根據(jù)對信號檢測的原理超聲流量計可分為傳播速度差法(直接時差法、時差法、相位差法和頻差法)、波束偏移法、多普勒法、互相關(guān)法、空間濾法及噪聲法等。超聲流量計和電磁流量計一樣,因儀表流通通道未設(shè)置任何阻礙件,均屬無阻礙流量計,是適于解決流量測量困難問題的一類流量計,特別在大口徑流量測量方面有較突出的優(yōu)點(diǎn),近年來它是發(fā)展迅速的一類流量計之一

26、。優(yōu)點(diǎn):(1)可做非接觸式測量;(2)為無流動阻撓測量,無壓力損失;(3)可測量非導(dǎo)電性液體,對無阻撓測量的電磁流量計是一種補(bǔ)充。缺點(diǎn):(1)傳播時間法只能用于清潔液體和氣體;而多普勒法只能用于測量含有一定量懸浮顆粒和氣泡的液體;(2)多普勒法測量精度不高。1、康樂創(chuàng)超聲波流量計工作原理1010gcn外夾式氣體流量計采用是與1010液體流量計完全相同的數(shù)字式多脈沖multipulse時差技術(shù)。每聲道的兩個寬束超聲波換能器，互為發(fā)射和接收傳感器，用于測量流經(jīng)流量計的天然氣流量。利用高精度和超穩(wěn)定的數(shù)字相位檢測回路來測量每一方向（順流和逆流）的聲波到達(dá)時間。通過這種檢測方法，1010gcn氣體流量

27、計能夠分辨100皮秒內(nèi)的相關(guān)聯(lián)聲波的傳輸時間差(dt)。考慮到通常的氣體流體的時間差范圍在100x103 到10x106 皮秒之間，1010gcn流量計可以提供相當(dāng)寬范圍的量程比。1010gcn還采用相位標(biāo)記技術(shù)，使得系統(tǒng)可以在相同的分辨率情況下檢測非常高的流速。通過接收到的精確信號，流量計根據(jù)順流和逆流的時間差計算出原始流速。管道內(nèi)徑流向聲速康樂創(chuàng)寬束換能器 = sin-1 (vos / vphase)tl = 2 * id / (vos * cos()vf = vphase * dt / (2 * tl)其中： vos = 氣體的聲速vphase = 換能器中的聲速id = 管道內(nèi)徑tl

28、= 氣體中的傳播時間dt = 測量的時間差流態(tài)補(bǔ)償盡管氣體的絕對粘度很低，但動力粘度要高于水。1010gcn流量計通過計算氣體的密度除以輸入的固定粘度，連續(xù)計算動力粘度。雷諾數(shù)的計算公式如下：rn = 645 * 管內(nèi)徑 * vf 這里 粘度 = cs = cp / 密度 流量計根據(jù)這一計算出的雷諾數(shù)，用內(nèi)置的雷諾數(shù)補(bǔ)償數(shù)據(jù)表所確定的流態(tài)（層流或紊流）來補(bǔ)償實(shí)際的流速。同時將流速折算出體積流量。rate（流量） = vf * comp(rn)（修正雷諾數(shù)） * pipe area（管截面積）外夾、超聲、寬束wide-beamtm 流量計采用基本的傳播時間法，如圖vi-1和vi-2所示，兩個外夾

29、式換能器捆綁在管道的外面。兩個傳感器發(fā)射和接收具有時間標(biāo)志的脈沖。零流量時，聲波在兩個傳感器之間往返的時間是完全相同的。實(shí)際上，這是唯一可以實(shí)際測量零流量的技術(shù)。流體開始流動時，順流方向的傳播時間較短，而逆流方向的傳播時間較長。通過測量上述順流和逆流的時間差，來確定管道內(nèi)流體的流量。（參見下頁有關(guān)寬束技術(shù)和外夾式換能器用管道作為信號聲導(dǎo)技術(shù)的介紹。）圖vi-1的安裝方式稱為“反射式”。兩個換能器安裝在管道的同側(cè)。超聲波從管道的一側(cè)射入，通過對面管壁的反射，由同側(cè)的另一個換能器接收。采用直徑式操作，而不是弦式操作，后面將詳細(xì)介紹直徑式和弦式相比的優(yōu)點(diǎn)。反射式可以避免非正常的流態(tài)如橫向流的影響，并

30、且具有自動調(diào)零autozerotm 和動態(tài)調(diào)零zeromatic pathtm 的功能（在管道周圍空間不足時，采用反射式安裝更容易。） axial beam injection管軸向聲束 upstream transducer downstream transducer 上游換能器 下游換能器 flow 流向 q q = refraction angle 折射角圖 vi-1: 反射式安裝圖vi-2顯示的是另外一種安裝方式，稱為“直射式”。換能器安裝在管道的兩側(cè)，也為直徑式操作。直射式對于聲導(dǎo)性差的流體或管道材質(zhì)可以提供更好的性能，因?yàn)樗s短了聲道的長度。 upstream transducer

31、 axial beam injection上游換能器 管軸向聲束 flow 流向 q q = refraction angle折射角 downstream transducer 下游換能器figure vi-2: direct mode implementation圖 vi-2: 直射式安裝康樂創(chuàng)流量計的技術(shù)特點(diǎn)是： 自動調(diào)零autozerotm：不需停止流動即可確定零點(diǎn)。 動態(tài)調(diào)零zeromatic pathtm：通過自動連續(xù)地修正漂移系數(shù)，避免零點(diǎn)漂移的影響。 避免聲束折射產(chǎn)生的偏差。 寬束wide-beamtm：寬束超聲波可以避免由于管道內(nèi)介質(zhì)屬性的變化或流量變化所產(chǎn)生的影響。 采用較高

32、的頻率 (250k 到 2m hz)工作，不受閥門噪音和振動的影響。 由于采用的是寬束方法，需要很少的聲道即可達(dá)到較高的性能。 寬束具有較大的聲道測量含蓋區(qū)域（約35%） 時間測量分辨率為皮秒級，其他產(chǎn)品為納秒級。 采用變頻掃描技術(shù)，與管壁的相位速度和頻率相匹配。因此，管道成為聲音的波導(dǎo)，擴(kuò)展了換能器范圍。 由于采用要求匹配的寬束技術(shù)訣竅，管壁中沒有信號失真。 采用較低的信號傳輸電壓(15伏)，其他產(chǎn)品為高壓(300伏或更高) 采用反射式安裝技術(shù)，其他產(chǎn)品為直射式安裝。若采用直射式安裝，我們可以將測量流速范圍擴(kuò)大一倍。 對聲束的吹離有更強(qiáng)的免疫力。根據(jù)管道規(guī)格和工藝條件的不同，我們的反射式安裝

33、可以測量的最大流速高達(dá)150 f/s。若采用直射式安裝，可以達(dá)到300 f/s。寬束技術(shù)康樂創(chuàng)采用寬束技術(shù)向管道內(nèi)發(fā)射聲波，而不是其他廠家的窄束技術(shù)。管道本身作為聲導(dǎo)向管道內(nèi)流體發(fā)射超聲波。與窄束技術(shù)相比，寬束技術(shù)在各種流量和不同的流體質(zhì)量下性能卓越。采用窄束技術(shù)，信號在單一固定頻率下發(fā)射到管壁，不考慮管道壁厚。換能器作為發(fā)射裝置，管壁作為換能器和流體之間的媒介。結(jié)果是，這一固定的頻率不能與所有管道的特性相匹配，也就達(dá)不到貿(mào)易交接計量和泄漏檢測需要的精度等級。寬束技術(shù)的突破是將成對換能器的注入角和頻率與管壁的聲音特性相匹配，產(chǎn)生寬束特有的共振波形。用管道作為聲波波導(dǎo)，信號傳輸時不產(chǎn)生失真(見圖

34、4)。由于管道實(shí)際上是向流體發(fā)射信號的元件，在流體中的信號波形必須與管壁中的信號波形相匹配。實(shí)際上，換能器只是激勵了管壁中的共振，管壁也就成為換能器系統(tǒng)的主要組成-而不是要克服的障礙。因?yàn)楣鼙谠趥鬏斨凶鳛楣缠Q板，聲發(fā)射面的有效長度遠(yuǎn)大于實(shí)際換能器的物理尺寸，這就是寬束技術(shù)卓越不凡之處。通常聲束的寬度是實(shí)際換能器工作面長度的3至5倍，或者說是3” 至15”（取決于換能器的規(guī)格）。 氣體中的聲束是非常準(zhǔn)直的，這是由于較大的傳輸區(qū)域和低的氣體聲速，所以只有很小的聲束散射。傳輸脈沖檢測的管壁信號傳輸脈沖傳輸脈沖氣體信號傳輸脈沖傳輸脈沖傳輸脈沖1:傳輸脈沖進(jìn)入換能器4:管壁信號進(jìn)入接收換能器2:聲脈沖進(jìn)

35、入管壁和氣體5:氣體信號進(jìn)入接收換能器6:由流量顯示計算機(jī)檢測到 的氣體信號3:聲脈沖在管壁的反射信號figure 4圖 寬束信號入射(顯示的是協(xié)調(diào)一致的信號將管道變?yōu)椤傲髁總鞲衅鳌?為了精確的匹配管道的聲音特性，寬束技術(shù)要求采用的頻率遠(yuǎn)高于一般的插入式換能器。寬束技術(shù)用于氣體測量的工作頻率范圍通常在200 khz到2.0 mhz之間。這一頻率可以避免來自閥門等的低頻噪音影響，而對于插入式傳感器的超聲波流量計，工作在100khz 至 200khz的頻率范圍內(nèi)，因此閥門等低頻噪音對插入式有災(zāi)難的影響。采用寬束技術(shù)，聲波信號是以與管道相匹配的共振頻率發(fā)射到管壁中的。這一匹配的頻率是通過采用康樂創(chuàng)專

36、利的技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，即寬帶、變頻掃描。換能器激發(fā)管壁振動，使管壁成為發(fā)射裝置（圖vi-1和圖vi-2所示）。通過用管壁作為發(fā)生器，聲束寬度與窄束技術(shù)相比加寬很多。寬束聲波可以減小高速流體造成的聲束吹偏的影響，只要“部分”聲束被接收換能器接收，即可連續(xù)、精確的測量操作。同樣雜物（固體顆粒、液體中的氣泡、氣體中的液滴）也不能向窄束那樣完全遮擋住整個寬束。利用這些特性，寬束技術(shù)可以測量各種可變特性的流體，因?yàn)榭梢詫⒔邮論Q能器放置在聲波傳輸聲道上的任何位置，均可接收到信號而與流體中信號折射角度無關(guān)。該技術(shù)不受溫度或流體特性變化的影響，也不受混入的濕氣和固體的影響。（這一技術(shù)的顯著特點(diǎn)是只需要很低的安全驅(qū)動

37、電壓 (+15v)；窄束技術(shù)通常用300v或更高的電壓來發(fā)射信號，這在石油行業(yè)是超出安全范圍的。）下面圖vi-3 和 vi-4顯示的是窄束聲波注入可以影響流量計運(yùn)行的兩種情況。圖vi-3a顯示的是窄束換能器在某一特定的流量下標(biāo)定的，但是該流量低于實(shí)際使用的流量。結(jié)果造成窄束聲波被吹離所對應(yīng)的接收換能器。圖vi-3b顯示的是寬束技術(shù)是如何防止吹離的影響的，因?yàn)閷捠暡ǖ拇惦xsonic beam is blown away 聲束從接收換能器處被吹離開from receive transducer flow流向高流速 低流速high flow rate zero flow ratea narrow

38、 beam b wide-beam 窄束 寬束圖vi-3：高流速流體對窄束和寬束的吹離影響圖vi-4顯示的是流體質(zhì)量對性能的影響。污染物可以削弱換能器之間的信號強(qiáng)度。在vi-4a圖中是窄束的技術(shù)，污染物可以影響大部分的聲束。而對圖vi-4b中的寬束技術(shù)，由于污染物的位置是統(tǒng)計分布的，在同一時間只能有一部分被影響，還是能接收到足夠的信號確保連續(xù)和精確的流量測量。 a narrow beamb wide-beam 窄束 寬束figure vi-4: effects of aeration on signal transmission in narrow-beam wetted transducer

39、 vs. clamp-on wide-beam system圖vi-4：在信號傳輸過程中含氣（或含濕）對窄束濕接觸換能器和外夾式寬束系統(tǒng)的影響橫向流的補(bǔ)償外夾式流量計的一個特點(diǎn)是只能直徑操作，因?yàn)橥鈯A式聲束只能沿著直徑平面發(fā)射聲波。參見圖vi-5，很容易理解，寬束反射外夾式超聲波換能器是如何修正橫向流的影響的。當(dāng)采用反射模式安裝時，主聲束和反射聲束之間的角度，受橫向流的影響的角度大小相等，方向相反。因此通過簡單的計算，即可得知橫向流對外夾式流量計的影響僅為每度0.007 %，而對單平面雙聲束（多聲道）弦式插入式流量計系統(tǒng)的影響為，對液體是每度3.4 %；對氣體是每度13 %。 upstream

40、 transducer downstream transducer 上游換能器 下游換能器actual angle increasescrossflow 橫向流實(shí)際角度增加 axial flow 軸向流理想的角度 expected angle actual angle decreases實(shí)際角度增加figure vi-5: correction of crossflow effects by wide-beam, reflect mode, clamp-on, ultrasonic transducers2、超聲波流量計算機(jī)的功能流量顯示計算機(jī)執(zhí)行儀表軟件中設(shè)計的功能，指導(dǎo)安裝，獲取管道及流體

41、相關(guān)參數(shù)，驅(qū)動儀表顯示及報告功能，與外部系統(tǒng)進(jìn)行流量數(shù)據(jù)通訊。使用控制面板，直接進(jìn)入已經(jīng)設(shè)計好的菜單，進(jìn)行程序操作。（當(dāng)流量計算機(jī)在一個通訊網(wǎng)絡(luò)中使用時，可進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控。）隨機(jī)附送的現(xiàn)場操作手冊中有軟件使用的詳細(xì)介紹。需要注意的是，菜單中有很多可直接使用或修改的缺省設(shè)置。由于流量計可提供很多復(fù)雜的功能，所以相應(yīng)的文檔很大，這里只是個簡介。installation安裝在流量計安裝過程中，系統(tǒng)提供了快速安裝選項，計算機(jī)可以執(zhí)行或幫助操作者執(zhí)行好幾個步驟。這些步驟包括，輸入管道參數(shù)，確定換能器位置，以及清零。康樂創(chuàng)的流量計算機(jī)包含這些功能。安裝菜單中的這些選擇包括管道數(shù)據(jù)，應(yīng)用數(shù)據(jù)，選擇/安裝換能器

42、，數(shù)據(jù)記錄儀設(shè)置，診斷數(shù)據(jù)。例如，根據(jù)管道參數(shù)（管道外徑，管道材質(zhì)，壁厚等）選擇和定位換能器。在反射式安裝模式中，autozero可自動完成零流量設(shè)定程序。在菜單中執(zhí)行完install completed操作后，可進(jìn)行該命令操作。autozero功能可以消除換能器不對稱引起的零漂的影響，并且提高小流量情況下的測量性能。（可在不停輸?shù)那闆r下進(jìn)行autozero）diagnostics診斷診斷數(shù)據(jù)中包括流量數(shù)據(jù)，應(yīng)用信息，流體數(shù)據(jù)，現(xiàn)場設(shè)置和測試工具?？蓞⒁娤卤恚篺low data流量數(shù)據(jù)flow rate, total data, alarm data, adjustable flow limi

43、ts流量，累積量，報警，可調(diào)的流量上下限application information應(yīng)用信息current meter operating status當(dāng)前儀表操作的狀態(tài)liquid data流體數(shù)據(jù)current reynolds number and rtd temperature readings (when equipped with optional rtd measurement capability)當(dāng)前的雷諾數(shù)和rtd溫度傳感器的讀數(shù)（當(dāng)配有rtd測量功能時）site setup現(xiàn)場設(shè)置current transducer setup data and signal stat

44、us當(dāng)前傳感器的設(shè)置和信號狀況test facilities測試工具system test and recovery routines系統(tǒng)測試和恢復(fù)第四章 氣態(tài)方程式及有關(guān)計算一、理想氣體狀態(tài)定義：指分子本身不占有體積，分子間不存在引力和斥力的氣體。0.5mpa以下的實(shí)際氣體可當(dāng)作理想氣體進(jìn)行計算。理想氣體狀態(tài)方程式：p1v1/t1=p2v2/t2 pv/t=p1v1/t1p=0.101325mpa t=293.15k二、實(shí)際氣體方程式實(shí)氣體的分子是占有體積而且分子間具有引力和斥力，用理想氣體狀態(tài)方程式進(jìn)行計算結(jié)果與實(shí)際有偏差，特別是在高壓低溫下，由于氣體的壓縮性，結(jié)果偏差更大。因此，在實(shí)際計

45、算中引入了一個修正系數(shù)z（壓縮系數(shù)）方程式： pv/t=p1v1/t1z 各參數(shù)單位：pmpa（絕對壓力）vm3tk z氣體壓縮系數(shù)，無量綱。例題：一段天然氣管線，體積為1000m3，表壓為1.6mpa，溫度為30，求管內(nèi)天然氣在標(biāo)準(zhǔn)條件下的體積。（其中z=0.97，當(dāng)?shù)卮髿鈮杭s取0.1mpa）解：狀態(tài)1實(shí)際狀態(tài)，狀態(tài)2標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（t=20攝氏度，p=0.101325mpa）由公式： pv/t=p1v1/t1z 得：v=tp1v1/pt1z絕對壓力=表壓+當(dāng)?shù)卮髿鈮浩渲校?t=20+273.15=293.15 k p1=1.6+0.1=1.7mpa v1=1000m3t1=30+273.15=3

46、03.15 k p=0.101325mpa 0.1mpa v=（293.15*1.7*1000）/（0.1*303.15*0.97）=16948（nm3）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)體積估算方法標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積=實(shí)際狀態(tài)下的體積（管線容積）*實(shí)際狀態(tài)的絕對壓力*10氣體狀態(tài)方程式還有一種形式pv=nzrt=（m天/m）*zrt其中：n摩爾數(shù)、m分子量、m天天然氣質(zhì)量（g）、r氣體常數(shù)（=8.314x10-6mpa.m3/mol.k）例題：某天然氣匯管，v為15m3，p為絕壓為0.8mpa，溫度t為18攝氏度，天然氣分子量為16.08，求管內(nèi)天然氣質(zhì)量。（其中z=1，當(dāng)?shù)卮髿鈮?0.101mpa）解：由公式：pv=

47、（m天/m）*zrt得：m天=pvm/rzt=（0.8*15*16.08）/（8.314*10-6*（18+273.15）=79715（g）三、.平均壓力公式p=(2/3)(p1+p22/(p1+p2) 條件：管道內(nèi)氣體流動均勻，即進(jìn)、出氣量平衡。實(shí)際p有偏差，管存量有偏差。 平均壓力比.平均數(shù)大一點(diǎn)。pmpa（絕對壓力）四、.管存量計算用氣體狀態(tài)方程式計算 v=tp1v1/pt1z v的概念 p1用平均壓力 推導(dǎo)時按靜止氣體。條件：1.管道中間沒有分輸或進(jìn)氣。例1：某管線長292公里，管徑4266。某日某時刻，首站出站壓力為3.8mpa（表壓），末站進(jìn)站壓力為3.0mpa（表壓），首、末站當(dāng)

48、地大氣壓都約取0.1mpa，全線平均溫度為15度（計算公式），全線平均壓縮系數(shù)z=0.97，（首、末站）計算該時刻全線的管存量。解：根據(jù)公式： v=tp1v1/pt1z 分輸口影響忽略不計 p1=3.9 mpa p2=3.1 mpa 平均壓力=3.52 mpa管容量v1=3.14（0.414/2）2292000=39287m3 t1=288.15k z=0.97 p=0.101325 mpa t= 293.15kv=293.153.5239287/0.101325288.150.97 =1431444n m3例2：某管線長292公里，管徑4266，分輸口用氣量已經(jīng)較大。某時刻，首站壓力為3.8mpa（表），分輸口前