孔板流量計擴大量程比的研究與應用
摘要.. 擴大孔板量程比的方法一般分為三種, 1.. 將大流量分段多路并聯組合進行測量; 2.. 更換孔板片改變..值進行測量; 3.. 用一臺孔板流量計并聯不同量程差壓計進行測量。實際工程中采用一臺孔板流量計并聯微差壓、中差壓、高差壓三臺差壓變送器, 三臺差壓變送器同時工作, 把讀數同時送往RTU ( 遠程傳輸裝置) 的計算單元。RTU 通過程序對三個差壓數據進行篩選, 同時也篩選出參數流出系數C 和可膨脹性系數..。然后將數值送入計算模塊。溫度、壓力仍采用在線補償, 這種方法可使流量測量的系統不確定度控制在.. 1..2%, 量程比可擴大到15..1。
1 .. 前言
孔板流量計是天然氣、煤氣流量測量中使用最為廣泛的設備, 它由產生差壓的一次裝置.. .. .. 標準孔板節流裝置, 二次檢測儀表.. .. .. 差壓計、壓力計、溫度計和流量顯示儀等組成。孔板流量計測量的準確度除取決于孔板節流裝置的加工及裝配精度外, 還取決于合理的儀器儀表選型、設計、安裝、檢驗、使用維護以及合理的測量積算方法。
2 .. 擴大孔板量程比的方法
計量管路流量量程變化是實際使用中經常遇到的情況, 特別是直接對沒有儲氣設備用戶供氣的計量更是如此。我國天然氣、煤氣的大部分消耗是供給城市作民用燃氣的, 一般日負荷的變化都比較大, 流量的量程變化也就較大。常用孔板流量計的量程比一般為3:1, 對于大量程比的場合, 一般采用以下三種方法解決。
( 1) 將大流量分段多路并聯組合進行測量.. 在流量量程變化較大的場合, 往往采用不同管徑的計算管道并聯組合, 通過計量管路的組合切換來適應流量的變化; 這是目前較為常用的方法。
( 2) 更換孔板片改變..值進行測量.. 在不改變標準孔板節流裝置和差壓計的情況下, 通過更換不同開孔直徑的孔板, 改變孔徑比( ..) 的方法來實現流量測量。適用于較長時間的季節性流量較大幅度改變或供氣量的突然變化致使差壓計超出規定使用范圍的情況。
( 3) 用一臺孔板流量計并聯不同量程差壓計進行測量.. 采用同一臺孔板流量計的一次裝置, 并聯兩臺或兩臺以上不同量程的差壓計進行切換測量。義馬.. 鄭州長輸管道各門站的流量測量采用此種方式。
3 .. 實際應用
義馬.. 鄭州長輸管道五個站場的流量測量執行標準為GB/ T 2624- 93, 采用一臺孔板流量計并聯三臺不同量程的智能差壓變送器進行測量, 流量的測量積算在下位機( RTU ) 完成。在保證測量精度的基礎上, 采用合適的孔徑比( ..) , 量程比可擴大為15~ 20..1。以下以義馬分輸站為例介紹這一方法。義馬分輸站與義馬氣化廠一墻之隔, 是義馬.. 鄭州194km 長輸管道的起點。該站除接收氣化廠輸出的煤氣外, 還通過調壓計量, 向義馬城市管網供氣。設計供氣量每天6 .. 104 hm3 ( 20 .. latm) , 供氣壓力為0..3MPa( 絕壓) , 選用DN 150 的可換孔板節流裝置, 法蘭取壓, 孔徑比( ..) 為0..38605。在投產初期, 由于用戶少, 每天的用氣量只有3000hm3左右, 與設計值相差甚遠。為保證設計工況下的計量精度, 同時又兼顧到投產初期, 我們采用了以下措施:
( 1) 采用軸流式指揮器型調壓閥, 保證計量段壓力穩定; 流量計前后均采用直通球閥, 減少對氣體流動的干擾。
( 2) 投產初期采用間斷供氣的方法, 使流量保持在每小時300hm3 以上, 滿足標準孔板允許的最低雷諾數。
( 3) 穩定氣化廠的各項生產參數, 保持煤氣成份的相對穩定; 當煤氣成份發生變化時, 及時輸入準確的煤氣成份。
( 4) 一臺標準孔板流量計并聯微差壓、中差壓、高差壓三臺0..075 級的智能差壓變送器( 見圖1) , 差壓范圍分別調定為0~ 700Pa、0~ 6 000Pa、0~ 50 000Pa。三臺差壓變送器同時工作, 同時把讀數送往RTU 的計算單元。RTU 通過程序對三個數據進行篩選: 當..P< 690Pa 時, 選用微差壓變送器的數值; 當690Pa .. ..P < 5 900Pa時, 選用中差壓變送器的數值;當..P ..5 900Pa時, 選用高差壓變送器的數值; .. .. 然后將篩選出的數值送入計算模塊。圖1.. RTU 計量及變送器配置圖
4 .. 測量積算
煤氣流量的測量積算涉及到雷諾數Re、流出系數C 、可膨脹性系數..、壓縮系數Z、溫度T 、密度..、差壓..P、靜壓P 等多變化參數, 也有多種測量積算方法。在大量程比計量中, 各項參數均發生較大變化, 為保證計量準確, 應選擇多項參數補償的測量積算方法。義鄭線各門站的計量結果做為貿易結算依據, 依據現場計量點的實際情況, 結合RT U 的計算能力, 各門站采用了溫度壓力在線補償、其余參數點對點補償的測量積算方法。具體情況如下。
( 1) 現場變送器實時采得的溫度T 、差壓..P 、靜壓P 自動送入RTU 中進行運算。RTU 的掃描周期定為1s, 以秒流量做為瞬時流量的計量單位, 小時流量和日流量用秒流量進行積分。
( 2) 壓縮系數Z 按AGA8 取定值;
( 3) 流出系數C、可膨脹性系數..的選定。各門站的RTU 除完成SCADA 系統外, 還需完成流量的測量積算工作。由于RTU 的計算模塊能力有限, 在1s 的掃描頻率內無法對流出系數C 和可膨脹性系數..進行在線修正, 只能選擇定值。為減小計算誤差, 選擇了三個流出系數C 和可膨脹系數.., 分別與三臺差壓變送器設定范圍以點的方式對應。在RTU 對三個差壓值進行篩選的同時, 也選擇了對應的C 和..。
( 4) RT U 的測量計算結果見表1。表1 .. RTU 的測量計算結果型號差壓值( Pa) 流量系數( C) 膨脹系數(..) 流量值( m3/ h) 雷諾數壓力損失( Pa) 200 284 25489 167 微差壓變送器400 0. 603741 0. 999583 400 35983 333 600 491 44027 500 700 529 47537 583 中差壓變送器2000 0. 601782 0. 996863 893 80132 1667 5000 1406 126206 4169 6000 1538 138092 5003 高差壓變送器20000 0. 600847 0. 973678 2766 248351 16679 40000 3831 343868 33359
經與河南省技術監督局計量室計算出的各項結果對比, 測量積算部分的誤差在0..4%以內。綜合一次裝置、二次裝置和測量積算, 義馬站孔板流量計流量測量的系統不確定度為.. 1..2% 。如果配備流量計算機或密度儀, 計量精度還可以進一步提高。
5 .. 總結
( 1) 這種擴大量程比的方法投資小、施工簡單。隨著高精度、大量程智能差壓變送器的不斷出現, 輔以合理的測量積算方法, 是很有推廣價值的;
( 2) 采用這種擴大量程比的方法, 最好配備流量計算機, 采用在線實時全參數補償的測量積算方法;
( 3) 對未配備流量計算機, 靠PLC、RTU 、單板機, 采用溫壓補償或密度補償的積算方法進行大量程流量計量的用戶, 采用點對點的方法對各參數進行補償是一個很好的選擇; 選點越多, 計算精度越高;
( 4) 因需考慮到低流量時的測量精度, 采用這種方法一般選擇的孔徑比( ..) 都偏小, 對一次裝置的不確定度有一定影響。同時為滿足GB/ T2624 .. 93 中標準孔板節流裝置的要求, 對大流量時的壓力損失也需進行核算。
1 .. 前言
孔板流量計是天然氣、煤氣流量測量中使用最為廣泛的設備, 它由產生差壓的一次裝置.. .. .. 標準孔板節流裝置, 二次檢測儀表.. .. .. 差壓計、壓力計、溫度計和流量顯示儀等組成。孔板流量計測量的準確度除取決于孔板節流裝置的加工及裝配精度外, 還取決于合理的儀器儀表選型、設計、安裝、檢驗、使用維護以及合理的測量積算方法。
2 .. 擴大孔板量程比的方法
計量管路流量量程變化是實際使用中經常遇到的情況, 特別是直接對沒有儲氣設備用戶供氣的計量更是如此。我國天然氣、煤氣的大部分消耗是供給城市作民用燃氣的, 一般日負荷的變化都比較大, 流量的量程變化也就較大。常用孔板流量計的量程比一般為3:1, 對于大量程比的場合, 一般采用以下三種方法解決。
( 1) 將大流量分段多路并聯組合進行測量.. 在流量量程變化較大的場合, 往往采用不同管徑的計算管道并聯組合, 通過計量管路的組合切換來適應流量的變化; 這是目前較為常用的方法。
( 2) 更換孔板片改變..值進行測量.. 在不改變標準孔板節流裝置和差壓計的情況下, 通過更換不同開孔直徑的孔板, 改變孔徑比( ..) 的方法來實現流量測量。適用于較長時間的季節性流量較大幅度改變或供氣量的突然變化致使差壓計超出規定使用范圍的情況。
( 3) 用一臺孔板流量計并聯不同量程差壓計進行測量.. 采用同一臺孔板流量計的一次裝置, 并聯兩臺或兩臺以上不同量程的差壓計進行切換測量。義馬.. 鄭州長輸管道各門站的流量測量采用此種方式。
3 .. 實際應用
義馬.. 鄭州長輸管道五個站場的流量測量執行標準為GB/ T 2624- 93, 采用一臺孔板流量計并聯三臺不同量程的智能差壓變送器進行測量, 流量的測量積算在下位機( RTU ) 完成。在保證測量精度的基礎上, 采用合適的孔徑比( ..) , 量程比可擴大為15~ 20..1。以下以義馬分輸站為例介紹這一方法。義馬分輸站與義馬氣化廠一墻之隔, 是義馬.. 鄭州194km 長輸管道的起點。該站除接收氣化廠輸出的煤氣外, 還通過調壓計量, 向義馬城市管網供氣。設計供氣量每天6 .. 104 hm3 ( 20 .. latm) , 供氣壓力為0..3MPa( 絕壓) , 選用DN 150 的可換孔板節流裝置, 法蘭取壓, 孔徑比( ..) 為0..38605。在投產初期, 由于用戶少, 每天的用氣量只有3000hm3左右, 與設計值相差甚遠。為保證設計工況下的計量精度, 同時又兼顧到投產初期, 我們采用了以下措施:
( 1) 采用軸流式指揮器型調壓閥, 保證計量段壓力穩定; 流量計前后均采用直通球閥, 減少對氣體流動的干擾。
( 2) 投產初期采用間斷供氣的方法, 使流量保持在每小時300hm3 以上, 滿足標準孔板允許的最低雷諾數。
( 3) 穩定氣化廠的各項生產參數, 保持煤氣成份的相對穩定; 當煤氣成份發生變化時, 及時輸入準確的煤氣成份。
( 4) 一臺標準孔板流量計并聯微差壓、中差壓、高差壓三臺0..075 級的智能差壓變送器( 見圖1) , 差壓范圍分別調定為0~ 700Pa、0~ 6 000Pa、0~ 50 000Pa。三臺差壓變送器同時工作, 同時把讀數送往RTU 的計算單元。RTU 通過程序對三個數據進行篩選: 當..P< 690Pa 時, 選用微差壓變送器的數值; 當690Pa .. ..P < 5 900Pa時, 選用中差壓變送器的數值;當..P ..5 900Pa時, 選用高差壓變送器的數值; .. .. 然后將篩選出的數值送入計算模塊。圖1.. RTU 計量及變送器配置圖
4 .. 測量積算
煤氣流量的測量積算涉及到雷諾數Re、流出系數C 、可膨脹性系數..、壓縮系數Z、溫度T 、密度..、差壓..P、靜壓P 等多變化參數, 也有多種測量積算方法。在大量程比計量中, 各項參數均發生較大變化, 為保證計量準確, 應選擇多項參數補償的測量積算方法。義鄭線各門站的計量結果做為貿易結算依據, 依據現場計量點的實際情況, 結合RT U 的計算能力, 各門站采用了溫度壓力在線補償、其余參數點對點補償的測量積算方法。具體情況如下。
( 1) 現場變送器實時采得的溫度T 、差壓..P 、靜壓P 自動送入RTU 中進行運算。RTU 的掃描周期定為1s, 以秒流量做為瞬時流量的計量單位, 小時流量和日流量用秒流量進行積分。
( 2) 壓縮系數Z 按AGA8 取定值;
( 3) 流出系數C、可膨脹性系數..的選定。各門站的RTU 除完成SCADA 系統外, 還需完成流量的測量積算工作。由于RTU 的計算模塊能力有限, 在1s 的掃描頻率內無法對流出系數C 和可膨脹性系數..進行在線修正, 只能選擇定值。為減小計算誤差, 選擇了三個流出系數C 和可膨脹系數.., 分別與三臺差壓變送器設定范圍以點的方式對應。在RTU 對三個差壓值進行篩選的同時, 也選擇了對應的C 和..。
( 4) RT U 的測量計算結果見表1。表1 .. RTU 的測量計算結果型號差壓值( Pa) 流量系數( C) 膨脹系數(..) 流量值( m3/ h) 雷諾數壓力損失( Pa) 200 284 25489 167 微差壓變送器400 0. 603741 0. 999583 400 35983 333 600 491 44027 500 700 529 47537 583 中差壓變送器2000 0. 601782 0. 996863 893 80132 1667 5000 1406 126206 4169 6000 1538 138092 5003 高差壓變送器20000 0. 600847 0. 973678 2766 248351 16679 40000 3831 343868 33359
經與河南省技術監督局計量室計算出的各項結果對比, 測量積算部分的誤差在0..4%以內。綜合一次裝置、二次裝置和測量積算, 義馬站孔板流量計流量測量的系統不確定度為.. 1..2% 。如果配備流量計算機或密度儀, 計量精度還可以進一步提高。
5 .. 總結
( 1) 這種擴大量程比的方法投資小、施工簡單。隨著高精度、大量程智能差壓變送器的不斷出現, 輔以合理的測量積算方法, 是很有推廣價值的;
( 2) 采用這種擴大量程比的方法, 最好配備流量計算機, 采用在線實時全參數補償的測量積算方法;
( 3) 對未配備流量計算機, 靠PLC、RTU 、單板機, 采用溫壓補償或密度補償的積算方法進行大量程流量計量的用戶, 采用點對點的方法對各參數進行補償是一個很好的選擇; 選點越多, 計算精度越高;
( 4) 因需考慮到低流量時的測量精度, 采用這種方法一般選擇的孔徑比( ..) 都偏小, 對一次裝置的不確定度有一定影響。同時為滿足GB/ T2624 .. 93 中標準孔板節流裝置的要求, 對大流量時的壓力損失也需進行核算。
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