天然气流量传感器

天然气流量计计量是天然气供应和接收的一大事项，是天然气贸易结算的依据。因为流量计运转中产生的轴承磨损、精度偏差大、电子元器件或修正仪故障，而引起的计量准确度偏差与无计量现象，在行业上屡见不鲜。其结果往往造成供气方、用气方和仪表制造商三方面的矛盾。随着西气东输天然气工程的竣工通气，供气单位和用气户越来越多，此问题更显突出。如何保证天然气的准确计量，不产生计量损失，已成为行业关注的焦点。通过几年来对天然气流量计的使用、考核和研究，认为仪表制造商大多数能保证产品出厂标准和精度。但因产品运输、安装、维护不当产生的问题，及正常的轴承磨损和元器件突发故障，仪表制造商则很难完全避免和解决。仅拿轴承来说。流量计各生产厂选用的轴承都是国外质量最好的产品，但这些年以来，我们多次看到因流量计长时间、高速运转使轴承疲劳突然损坏情况；还有的轴承小流量转动偏差大，大流量转动正常现象，使流量计在小流量范围内计量时产生较大偏差；甚至更换新轴承清洗、安装不好，也产生很大的偏差。为解决上述问题，我们在计量系统中设计了监控流量计（或叫对照压缩空气流量计），这样就可以在工作状态下随时对照、检查表的状况，鉴定计量精度；既使一个表停转了或不显数，但另一个表还在工作计量，从而避免了计量损失现象，保证了计量的准确性。常规方式设置的计量表（见图1与图2）图1是常规较小流量的流量计设置方案，图2是常规较大流量的流量计设置方案。按常规方法设置流量计是基于理想流量计设计的，一旦流量计出现超精度偏差和故障，计量损失就会发生，并且无可挽回。虽然设计是双路一开一备。但因无法在工作状态下进行检测，所以对新安装的仪表和工作一段时间的仪表实际性能、状况不能确定。因为只要流量计转动，用肉眼是很难看出问题的。除非表停转了或不显数。若表停转了或不显数，管理人员没有观察到或者人不在现场，而燃气还在流动。无计量现象就发生（流量计停止转动不影响燃气流动）。计量系统带监控表流量较小（500m3/h左右及以下）[img]https://www.bio-equip.com/imgatl/2013/2013111315230.jpg[/img][img]https://www.bio-equip.com/imgatl/2013/2013111315815.jpg[/img]全天间歇工作，一次工作几十分钟至几小时，或者季节性工作的表，如采暖锅炉用计量调压设备（见图3）。此种形式设置的流量计，其表数量仍为两块，同常规设置表数一样，而只是将其中一个计量表移至监控表位置。当两块表串联同时转动时，可以对照瞬时流量、累积总流量及某时间段累积流量差、温度和压力。通过数值的比较，可以立即判断表的工作状况。直接观察瞬时流量和累积流量，对比各流量差值，可以判断表的精度，在精度范围内，表正常，反之则存在问题。比较温度和压力值，虽不能直观判断表的精度，但这两种数值若偏差较大，可以判断表存在问题。因为标准立方数（Nm3）是通过压力传感器、温度传感器、液位变送器经过修正仪修正得来的，这两种数值任一数值若出现较大偏差，表的标准立方数就会有较大偏差。在装置系统管路中串联流量表，通过流量、压力、温度的对照比较，是实现计量仪表在动态工作条件下进行监测、检查的有效办法

1 天然气流量计类型　　 基于当前天然气计量仪器的发展状况，从测量原理角度分析，天然气流量计可划分为5类，分别为超声波流量计、涡轮流量计、腰轮流量计、孔板流量计以及皮膜表[1-4]。各类流量计具体工作原理和特点等如表1所示。　　2 计量精度影响因素分析　　2.1 压力、温度　　 天然气状态对压力与温度的变化十分敏感，气体体积在计量标准状态下，根据介质材料温度和压力，结合实际天然气运营情况，合理调准天然气标准范围，可以有效降低计量偏差。在北方，冬夏温差大，天然气流量计量误差范围3% ～8%，倘若未制定介质压力和温度计量规范，燃气公司会有一定程度损失[1-4]。　　2.2 计量环境温度　　 天然气计量精度也受到环境温度变化而变化，环境温度变化时，测量精度有所降低。长时间处于温度不稳定状态会导致仪器出现问题，计量装置中有一种仪器为流量传感器，是一种热膨胀性材料制成的，流量传感器对工作环境温度的变化感知很灵敏。计量环境温度很低时，天然气计量会较慢，计量误差也会较大，一般为正常计量值的2.6 ～3.9 倍，表明工作环境温差变化对计量仪表计量精度影响较大[5]。　　2.3 技能与培训　　 仪器操作人员对计量规范的认识以及技能的提高，有利于降低人为计量偏差。针对从事流量计量工作的人员，要加强技能培训和学习，提高计量队伍整体综合水平，首先，要了解计量仪表性能，检测不同压力和温差下仪表流量，根据工作环境选择型号、性能合适的计量仪器 ；其次，对操作人员进行安装培训，特别要了解计量器的工作原理，避免因人为操作不当导致计量仪器安装不对，引起较大的计量偏差。针对上述问题，要加强对工作人员技能培训，普及天然气流量计量误差知识，掌握计量装置工作原理，才能有效保证燃气公司天然气输送运行状态安全。　　3 不同类型流量计精度影响因素分析　　3.1 速度式流量计计量精度分析　　 速度式流量计中使用zui为广泛的是超声波流量计，速度式流量计还包括涡轮流量计、涡街流量计、旋进旋涡流量计。对速度式流量计计量精度影响较大的因素主要有 ：　　(1) 流体密度、粘度。密度和粘度越大，计量阻力越大，计量精度会降低，只有流体流速和流态均较平稳时，才能提高计量精度。　　(2) 对涡轮流量计安装要求。测量仪器安装偏斜也会造成计量误差。　　(3) 机械部件。仪器部件尺寸也会对涡轮仪计量结果产生影响，流体含有杂质或者流量计长时间运行，会对成轴承压产生磨损，计量准确性降低。　　3.2 容积式流量计计量精度分析　　容积式流量计zui为典型的是腰轮流量计，计算流量公式如下 ：　　q =?nV　　式中 ：q 为体积流量，m3/s ；n 为转动次数，周/s ；V 为一定时间排出流量体积，m3/ 时间。　　其中泄漏量对计量准确性影响较大。泄漏量与流量计组成部件间隙有关，部件之间的间隙越大，计量误差越大，计算泄漏量引起的流量误差公式如下:　　 在选用流量计的时候，应注意对仪器部件间隙参数检查，确保各项参数在精度允许范围内，才能满足误差测量要求。　　3.3 差压式流量计计量精度分析　　 差压式流量计主要为孔板流量计，对该仪器测量精度影响较大的是天然气的流体特性、仪器本身性能、以及安装使用条件等，具体分析如下 ：　　 (1) 压力和温度。环境温度和压力的变化对天然气密度、压缩系数以及粘度都会产生影响，测量流体中含有杂质可能会导致部件转角口、管弯处形成冲刷和腐蚀。　　 (2) 仪器性能。流量计仪器孔板厚度、端面平整度、部件的轴度、取压位置、引压管位置的设定以及引管长度等，都会对流体积液产生影响，从而计量结果精度降低。　　 (3) 工况条件。安装管线合理性直接关系到流量计偏离中心，直管段测量的准确性。同时，环境温度、湿度、电磁干扰等对测量仪器有影响。　　4 结语　　 正确选择流量计的种类，了解各种流量计的使用要求，对提高天然气计量精度、降低计量偏差十分重要。操作人员应提高专业技能和知识水平，熟悉掌握仪器仪表技术特征，减少操作误差，提高计量准确率，确保设备安全运行。　　仪表知识库　　热门技术浏览更多　　原子荧光形态分析仪操作和注意事项变压器直流电阻测试仪操作注意事项及常见问题解决方法实验室离心机运行过程中需注意的问题便携式超声波流量计几个常见使用问题总结威力巴流量计安装使用要求冷热冲击试验设备操作使用时应注意的事项与保养水冷氙灯老化试验箱的使用安装需要注意什么要提高电子万能试验机的准确性该如何做？高低温交变试验箱的注意事项翻斗式雨量计的维护以及故障排查冬季温湿度冲击试验箱的使用安全小建议？如何正确使用温度传感器污水流量计数值波动原因压力变送器无输出是什么原因？

1天然气流量计量方法　　　　我国天然气计量通常以体积表示，法定单位是立方米。我国规定天然气流量测量的标准状态是:绝对压力为0.101325MPa，温度为23.15℃。天然气流量计量方法很多，可用的流量仪表也很多，按工作原理大致分为:差压式流量计、容积式流量计、速度式流量计3种类型。在计量标准方面，目前世界上多数国家计量标准逐步向IS05167《用孔板测量充满圆管的流体的流量》靠拢，我国天然气计量标准也修订为SY/T6143－1996《天然气流量的标准孔板计量方法》。　　　　2孔板流量计自动计量概况　　　　所谓自动计量，就是利用变送器实时检测天然气流量计量中所涉及到的温度、压力、压差等参数，通过计算机中的流量计算软件，实现整个流量测量环节中无人工参与的天然气流量测量。随着计量技术的发展和计算机运用的普及。实现孔板流量计自动化计量的方案较多，目前主要有以下4种模式。　　　　2.1单变量变送器+流量计算机(或工控机)　　　　利用单变量模拟变送器分别检测温度、压力、差压，并将检测到的电信号转换成标准的4－20MA模拟信号送人流量计算机(或工控机)的数据采集卡，通过A/D转换成数字量，在流量计算机(或工控机)上通过流量计算软件计算出天然气瞬时流量、累积流量以及实现其他辅助功能。此方式属传统自动计量模式，缺点为采集、传输为模拟信号，抗干扰能力较差，由于信号转换等问题计量精度难以提高，而且硬件较复杂、中间环节较多、可靠性较差。可扩展为:单变量变送器+流量计算机+工控机，从而实现流量计算与显示分开，提高系统的可靠性和可视性。　　　　2.2多变量变送器+流量计算机(或工控机)　　　　利用1台多变量智能变递器同时检测温度、压力、差压等，采用现场总线制，通过数字信号传输，送入流量计算机(或工控机)数据采集卡后上通过流量计算软件计算出天然气瞬时流量、累积流量及实现其他功能。此方式硬件连接简化了许多，提高了系统的可靠性和测量精度。但由于变送器仅检测测量信号不进行数据处理，因此在校准时必须和流量计算机一起实行联校。采用流量计算机或工控机主要区别在于流量计算部分。流量计算机是专用的固化软件实现计算和数据存储，比较稳定可靠，可信任度较高；工控机上软件计算一般自主开发，便于软件升级和系统维护，由于计算量大，特别是多路计量时，可靠性稍微差些。为增加系统的可靠性和操作界面直观化，这种方式也可扩展为:多变量变送器+流量计算机+工控机，即流量计算机中实现流量计算，工控机上实现显示。　　　　2.3多变量智能变送器+工控机　　　　此方式与模式2比较，主要区别是变送器内固化了流量处理软件，使得变送器可以就地显示瞬时测量参数和计算瞬时流量，并通过数字信号传输，送入工控机显示和实现其他输助功能。所测量的流量值必须在工控机上进行二次处理，以实现数据的累积和存储功能。采用这种方式，系统结构进一步简化，变送器可单校也可联校，易于维护。但由于在工控机内实现流量的累积和存储，可靠性较差，易造成数据丢失。　　　　2.4一体化智能仪表+工控机　　　　主要利用一体化智能仪表实现了变送器与流量计算机的一体化。不仅自带数据库可实现瞬时参数及流量的显示，以及累积流量和历史数据的再现；而且在仪表的运行方面，采取了多种电源保障方式:内电池组、太阳能和外接电源等，实现了在无电力供应情况下，可以独立自成计量系统，就地显示天然气瞬时流量、累积流量和数据的存储、再现等；正常情况下可通过现场总线和上位机连接，实行数字信号传输上传显示，也可以在工控机上实行二次数据处理，组成的计量系统更加灵活、可靠。采用这种方式，实现了计量数据的无忧化，使得系统结构简单、操作更简单、更可靠、更易维护；不仅可以单校也可以联校。采用独立的计量回路，减少了数据传输过程的干扰，提高了计量的精度。　　　　3自动计量方案选择的原则　　　　由于天然气流量计量是一种间接的、多参数的、动态的、不可再现的测量，天然气的流量计量是流量测量中的难点之一。因此，在选择具体方案时，应着重考虑系统的可靠性、准确性和先进性。一般主要遵从以下原则　　　　3.1计量回路的独立性原则　　　　主要是为了保证在计量系统出现问题时，尽量减少故障的影响面，降低故障的影响程度，从而维护企业的安全平稳运行和经济效益。　　　　3.2数据的安全性原则　　　　指在非仪表故障的情况下，计量系统能够提供准确的计量数据，以实现对天然气管网的有效监控，并保证数据的可靠性，为企业信息系统实现企业管理、经营、指挥、协调提供重要依据。计量是信息系统重要的数据源，一旦出现问题，将给企业带来不可估量的损失。因此，数据源要求准确、齐全、完整、可靠。为此在选择方案时，首要问题就是考虑计量数据的安全性。由于针对天然气集输企业分散、环境因素恶劣，要充分考虑计算机故障、电力供应等实际情况，做好预案，避免由此而引起的数据丢失。　　　　3.3兼顾发展的原则　　　　伴随天然气贸易的发展对天然气计量的精度和计量方式的要求也越来越高。在选择时要考虑天然气计量交接方式的可能改变和实时计量补偿的可能，如在线色谱分析、实时补偿、能量计量等。如果要在企业信息网络的基础上，建立以企业信息网络为纽带的站控系统，则应考虑实现计量系统数据的远程组态。　　　　3.4使用操作的简单、可靠原则　　　　由于天然气集输企业的站、场一般都比较分散，专业人员相对较少。因此，在选择、设计方案时要充分考虑操作、维护的简要性，做到简单易用、高可靠、低维护，从而确保计量系统的长期、稳定运行。　　　　3.5技术先进、成熟的原则　　　　现代计量逐步发展成为一门综合性的专业技术，它是集成计算机技术、通讯技术结晶。由于各仪表厂家技术水平的不平衡，在选择方案时一定要有预见性。　　　　3.6计算方法和计算软件的合法性原则　　　　在天然气贸易计量中要充分考虑到计算方法和计算软件的合法性问题，避免由此而引起不必要的计量纠纷。由于天然气计量方法的多样性，应考虑计算软件的独立化，这样才便于流量计算软件的升级。在具体的计量系统中应采用用户认可的特定计算方法或是以合同、协议的方式规定计算方法。　　　　4存在的问题　　　　尽管孔板流量计自动计量系统的发展越来越完善，但由于设备、测量仪表本身的原因和自动计量技术上的局限性，在提高计量的准确性和数据处理上，仍存在一些问题。　　　　4.1异常数据的处理问题　　　　任何系统都有可能出现故障，可能出现一些异常的无理数据。因此为了维护贸易双方的利益，对可能出现的异常数据问题在设计时要充分考虑数据的审慎可修改性，从而避免异常数据一旦出现并参与累积计算，造成计量数据的混乱。　　　　4.2节流装置带来的误差　　　　首先，孔板流量计在流体较为干净、流经节流装置前直管段比较理想(远大于10倍圆管直径)、流体处于紊流状态(雷诺数大于4000)时，其准确度可达0.75级。但由于气质、计量直管段没有达到要求，孔板产生误差的因素有:孔板人口锐角损伤;液体及固体污物堆积在孔板表面，使孔板表面粗糙度改变，大大增加测量误差。根据对现场使用过的孔板所作测量统计，孔板在刚开始投用时，准确度可达1%，连续运行3月后，其测量准确度仅达到3%甚至更低。其次，量程比的问题。量程比(3:1)是孔板流量计最大的缺憾。尽管现在已有宽量程比的变送器，但在对于瞬间流量变化范围很大，流量低于最大流量的30%时，由于节流式测量方法原因，计量的精度将大幅度降低。因此，为了提高量程比，可以考虑利用变送器宽量程的特点，运用软件的方式实现量程的自动调整(软维护)，从而扩大量程比，提高测量的有效范围，保证计量的准确性。　　　　4.3操作界面和过程数据的利用问题　　　　由于天然气输送的连续性、动态性、瞬间的不确定性以及不可再现等特点，实时地进行数据分析，对数据形成的全过程进行有效的监控和保存，有利于数据异常的分析和控制，是数据管理中重要的一环。目前的自动计量系统在此方面有所考虑，但过程数据的应用、分析、界面功能尚不完全，还有待于完善。　　　　4.4现场变送器的误差　　　　现场压力、并压变送器本身能达到的准确度是实现整个计量系统准确度的基础。因此，要保证差压变送器、温度传感器、压力传感器的本身准确度为A级，即时进行检定，保证其准确度。　　　　5结论　　　　在采用孔板流量计测量天然气流量时，如对孔板流量计的一次装置(孔板节流装置)和二次仪表(差压、静压、温度、天然气物性参数计量器具等)配套仪表的选择、设计、安装、使用都严格按照有关标准进行，并在受控状态下使用时，其流量测量准确度是可以控制在±1%～±1.5%范围内的。　　　　根据实际应用情况，就提高计量准确度提出以下控制方法及建议。　　　　5.1气流中存在脉动流的改善措施　　　　在天然气计量中由于各种原因使天然气脉动，可以采取以下措施减小脉动流的影响。　　　　(1)在满足计量能力的条件下，应选择内径较小的测量管，使Δp、β在比较高的雷诺数下运行。　　　　(2)采用短引压管线，尽量减少引压管线系统中的阻力件，并使上下游管段相等，以减少系统中产生谐振和压力脉动振幅的增加。　　　　(3)采用自动清管