孔板流量计扩大量程比的研究与应用

扩大孔板量程比的方法一般分为三种, 1.. 将大流量分段多路并联组合进行测量; 2.. 更换孔板片改变..值进行测量; 3.. 用一台孔板流量计并联不同量程差压计进行测量。实际工程中采用一台孔板流量计并联微差压、中差压、高差压三台差压变送器, 三台差压变送器同时工作, 把读数同时送往RTU ( 远程传输装置) 的计算单元。RTU 通过程序对三个差压数据进行筛选, 同时也筛选出参数流出系数C 和可膨胀性系数..。然后将数值送入计算模块。温度、压力仍采用在线补偿, 这种方法可使流量测量的系统不确定度控制在.. 1..2%, 量程比可扩大到15..1。
  1 .. 前言
   孔板流量计是天然气、煤气流量测量中使用最为广泛的设备, 它由产生差压的一次装置.. .. .. 标准孔板节流装置, 二次检测仪表.. .. .. 差压计、压力计、温度计和流量显示仪等组成。孔板流量计测量的准确度除取决于孔板节流装置的加工及装配精度外, 还取决于合理的仪器仪表选型、设计、安装、检验、使用维护以及合理的测量积算方法。
   2 .. 扩大孔板量程比的方法
    计量管路流量量程变化是实际使用中经常遇到的情况, 特别是直接对没有储气设备用户供气的计量更是如此。我国天然气、煤气的大部分消耗是供给城市作民用燃气的, 一般日负荷的变化都比较大, 流量的量程变化也就较大。常用孔板流量计的量程比一般为3:1, 对于大量程比的场合, 一般采用以下三种方法解决。
  ( 1) 将大流量分段多路并联组合进行测量.. 在流量量程变化较大的场合, 往往采用不同管径的计算管道并联组合, 通过计量管路的组合切换来适应流量的变化; 这是目前较为常用的方法。
  ( 2) 更换孔板片改变..值进行测量.. 在不改变标准孔板节流装置和差压计的情况下, 通过更换不同开孔直径的孔板, 改变孔径比( ..) 的方法来实现流量测量。适用于较长时间的季节性流量较大幅度改变或供气量的突然变化致使差压计超出规定使用范围的情况。
  ( 3) 用一台孔板流量计并联不同量程差压计进行测量.. 采用同一台孔板流量计的一次装置, 并联两台或两台以上不同量程的差压计进行切换测量。义马.. 郑州长输管道各门站的流量测量采用此种方式。
  3 .. 实际应用
   义马.. 郑州长输管道五个站场的流量测量执行标准为GB/ T 2624- 93, 采用一台孔板流量计并联三台不同量程的智能差压变送器进行测量, 流量的测量积算在下位机( RTU ) 完成。在保证测量精度的基础上, 采用合适的孔径比( ..) , 量程比可扩大为15~ 20..1。以下以义马分输站为例介绍这一方法。义马分输站与义马气化厂一墙之隔, 是义马.. 郑州194km 长输管道的起点。该站除接收气化厂输出的煤气外, 还通过调压计量, 向义马城市管网供气。设计供气量每天6 .. 104 hm3 ( 20 .. latm) , 供气压力为0..3MPa( 绝压) , 选用DN 150 的可换孔板节流装置, 法兰取压, 孔径比( ..) 为0..38605。在投产初期, 由于用户少, 每天的用气量只有3000hm3左右, 与设计值相差甚远。为保证设计工况下的计量精度, 同时又兼顾到投产初期, 我们采用了以下措施: 
  ( 1) 采用轴流式指挥器型调压阀, 保证计量段压力稳定; 流量计前后均采用直通球阀, 减少对气体流动的干扰。
  ( 2) 投产初期采用间断供气的方法, 使流量保持在每小时300hm3 以上, 满足标准孔板允许的最低雷诺数。
  ( 3) 稳定气化厂的各项生产参数, 保持煤气成份的相对稳定; 当煤气成份发生变化时, 及时输入准确的煤气成份。
   ( 4) 一台标准孔板流量计并联微差压、中差压、高差压三台0..075 级的智能差压变送器( 见图1) , 差压范围分别调定为0~ 700Pa、0~ 6 000Pa、0~ 50 000Pa。三台差压变送器同时工作, 同时把读数送往RTU 的计算单元。RTU 通过程序对三个数据进行筛选: 当..P< 690Pa 时, 选用微差压变送器的数值; 当690Pa .. ..P < 5 900Pa时, 选用中差压变送器的数值;当..P ..5 900Pa时, 选用高差压变送器的数值; .. .. 然后将筛选出的数值送入计算模块。图1.. RTU 计量及变送器配置图
   4 .. 测量积算
   煤气流量的测量积算涉及到雷诺数Re、流出系数C 、可膨胀性系数..、压缩系数Z、温度T 、密度..、差压..P、静压P 等多变化参数, 也有多种测量积算方法。在大量程比计量中, 各项参数均发生较大变化, 为保证计量准确, 应选择多项参数补偿的测量积算方法。义郑线各门站的计量结果做为贸易结算依据, 依据现场计量点的实际情况, 结合RT U 的计算能力, 各门站采用了温度压力在线补偿、其余参数点对点补偿的测量积算方法。具体情况如下。
  ( 1) 现场变送器实时采得的温度T 、差压..P 、静压P 自动送入RTU 中进行运算。RTU 的扫描周期定为1s, 以秒流量做为瞬时流量的计量单位, 小时流量和日流量用秒流量进行积分。
  ( 2) 压缩系数Z 按AGA8 取定值; 
  ( 3) 流出系数C、可膨胀性系数..的选定。各门站的RTU 除完成SCADA 系统外, 还需完成流量的测量积算工作。由于RTU 的计算模块能力有限, 在1s 的扫描频率内无法对流出系数C 和可膨胀性系数..进行在线修正, 只能选择定值。为减小计算误差, 选择了三个流出系数C 和可膨胀系数.., 分别与三台差压变送器设定范围以点的方式对应。在RTU 对三个差压值进行筛选的同时, 也选择了对应的C 和..。
   ( 4) RT U 的测量计算结果见表1。表1 .. RTU 的测量计算结果型号差压值( Pa) 流量系数( C) 膨胀系数(..) 流量值( m3/ h) 雷诺数压力损失( Pa) 200 284 25489 167 微差压变送器400 0. 603741 0. 999583 400 35983 333 600 491 44027 500 700 529 47537 583 中差压变送器2000 0. 601782 0. 996863 893 80132 1667 5000 1406 126206 4169 6000 1538 138092 5003 高差压变送器20000 0. 600847 0. 973678 2766 248351 16679 40000 3831 343868 33359 
   经与河南省技术监督局计量室计算出的各项结果对比, 测量积算部分的误差在0..4%以内。综合一次装置、二次装置和测量积算, 义马站孔板流量计流量测量的系统不确定度为.. 1..2% 。如果配备流量计算机或密度仪, 计量精度还可以进一步提高。
  5 .. 总结
  ( 1) 这种扩大量程比的方法投资小、施工简单。随着高精度、大量程智能差压变送器的不断出现, 辅以合理的测量积算方法, 是很有推广价值的; 
  ( 2) 采用这种扩大量程比的方法, 最好配备流量计算机, 采用在线实时全参数补偿的测量积算方法; 
  ( 3) 对未配备流量计算机, 靠PLC、RTU 、单板机, 采用温压补偿或密度补偿的积算方法进行大量程流量计量的用户, 采用点对点的方法对各参数进行补偿是一个很好的选择; 选点越多, 计算精度越高; 
  ( 4) 因需考虑到低流量时的测量精度, 采用这种方法一般选择的孔径比( ..) 都偏小, 对一次装置的不确定度有一定影响。同时为满足GB/ T2624 .. 93 中标准孔板节流装置的要求, 对大流量时的压力损失也需进行核算。