天然氣計量技術(shù)渦輪流量計課件

概述氣體渦輪流量計具有靈敏度高，重復(fù)性好，量程比寬，準(zhǔn)確度高的特點，從而在歐、美國家的天然氣流量計量中被廣泛采用。在歐洲，目前天然氣流量測量中使用氣體渦輪流量計的比例已達(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臺氣體渦輪流量計經(jīng)過在線實流檢定的應(yīng)用報導(dǎo)；美國哥倫比亞氣體公司已有670臺氣體渦輪流量計使用在大型計量站。

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

渦輪流量計是屬于速度式流量計。如圖5.1所示，其工作原理是在管道中安裝一個自由轉(zhuǎn)動、軸與管道同心的葉輪。當(dāng)被測氣體流過傳感器時，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)動周期地改變磁電轉(zhuǎn)換器的磁阻值。檢測線圈中磁通隨之發(fā)生周期性變化，產(chǎn)生周期性的感應(yīng)電勢，即電脈沖信號，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。在實際應(yīng)用中，渦輪是要求進(jìn)行實流校準(zhǔn)的，流量計算公式如下：式中：qf——工況體積流量,m3/s;N——流量計每秒的脈沖數(shù)；

k——流量計儀表系數(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—殼體6—導(dǎo)向件圖1渦輪流量結(jié)構(gòu)圖10/16/202342計量特性10/16/202352計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，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時，渦輪并不轉(zhuǎn)動，只有當(dāng)流量大于某一最小值時，克服了起動磨擦力矩，渦輪才開始轉(zhuǎn)動。這一最小流量值與氣體的密度成平方根關(guān)系，所以它對密度較大的流體靈敏度較好，在流量較小時，流量特性變化很大，主要受粘滯性磨擦力矩影響。10/16/202362計量特性當(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的工作區(qū)域。

當(dāng)然，由于軸承壽命，葉輪的強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和其它流量計一樣，也有測量上、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。

3）輸出脈沖頻率信號，適于總量計量及與計算機連接，無零點漂移，抗干擾能力強。

4）可獲得很高的頻率信號（3-4kHz），信號分辨力強。

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。對于貿(mào)易儲運和高準(zhǔn)確度測量的要求，最好對流量計進(jìn)行在線實流檢定以保持其特性。

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

10/16/202393主要特性

10）流量計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，可加裝流動調(diào)整器（整流器）以縮短直管段長度。

11）不適于脈動流和混相流的測量。

12）對被測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的計量性能和適應(yīng)性，不同廠家都對渦輪進(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)化針對氣體渦輪流量計ISO制定了ISO9951標(biāo)準(zhǔn)，美國制定了AGA7號報告。我國亦參照ISO9951制定了渦輪流量計的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T18940-2003《密封管道中氣體流量的測量—渦輪流量計》。10/16/2023136渦輪流量計的計算

AGA7號報告規(guī)定了渦輪流量計的安裝要求，規(guī)定了渦輪流量計取壓和測溫元件的位置；給出了渦輪流量計用于天然氣流量的計算方法。其計算公式如下：

Qb=Qf（Pf/Pb）（Tb/Tf）（Zb/Zf）

10/16/2023146渦輪流量計的計算式中：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

在流動狀態(tài)下:PfVf=(R/M)TfZf

則:Vb/Vf=PfTbZb/(PbTfZf)

除以時間△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渦輪流量計的安裝與使用

具有轉(zhuǎn)動部件的速度式渦輪流量計的安裝與使用，總體上講，應(yīng)滿足其計量特性、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)氣體渦輪流量計推薦上游至少10D，當(dāng)有整流器時，整流器出口到渦輪流量計入口端面至少為5D的直管段（分別從流量計的上、下游端面算起）。其內(nèi)徑與流量計公稱內(nèi)徑DN之差，一般應(yīng)不超過DN的±1%，并不超過5mm。10/16/2023178渦輪流量計的安裝與使用

(c)用于靜壓補償?shù)娜嚎讘?yīng)位于氣體渦輪流量計葉片相對應(yīng)的位置處。如有多個靜壓取壓孔，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本體上，由制造廠商確定，其直徑一般在3mm—12mm。

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

(e)過濾器的安裝當(dāng)氣體渦輪流量計安裝于可能存在各種機械雜質(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渦輪流量計的安裝與使用

（f）限流元件

為避免氣體渦輪流量計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超速上限為額定上限值的150%，對于高壓天然氣，宜為120%。

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

(h)旁通的設(shè)置

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

(i)對于沒有安裝限流元件或旁通管的大口徑測量管路（DN≥300）時，應(yīng)在其上游截斷閥處安裝小型截止旁通閥，以便對測量管路緩慢升壓或降壓，防止壓力突然變化，避免高流速沖擊流量計。（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

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