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气体涡轮流量计在分界流中应用 
发布时间:2018-07-12

摘要:文章根据流量计的分界流量与量程比、最大允许误差之间的紧密关系,成功地进行了流量计的选型,在保证流量计计量精度的前提下降低了分界流量,符合了标准要求。通过案例可以了解到合理地利用分界流量,不仅可以扩大流量计的测量范围,还可以降低流量计的起步流量。对涉及到分界流量的速度式流量计,在流量计选型时应充分考虑、利用分界流量,使得流量计的能力在现场实践中得到充分发挥。
1概述
  自GB/T21391—2008《用气体涡轮流量计测量天然气流量》开始实施以来,气体涡轮流量计在天然气工业中的应用越来越广泛。涡轮流量计是一种速度式流量计,具有精度高(现多为0.5级或1.0级),结构简单,耐压高,量程比大(一般量程比Qmin:Qmax=1:10,最大可达Qmin:Qmin=1:50),重复性好,维修方便等优点。它广泛应用于石油、化工、工业锅炉、燃气调压站、天然气输配气管网、城市燃气等领域,且被广泛使用于贸易计量。在欧洲和美国涡轮流量计是继孔板流量计之后的第二个法定天然气流量计,已经发展为多品种、多规格、批量生产规模的天然气流量计,标准规范也十分完备。
  在我国现行有效的气体涡轮流量计标准中,对涡轮流量计的计量性能技术要求是量程范围内高区和低区的最大允许误差要有所区别,因此标准不可避免地都涉及到分界流量。不同的气体涡轮流量计标准对分界流量的定义和规定有所不同,如何利用分界流量选择合适的流量计是设计者、使用者应该关注的问题。
2现行气体涡轮流量计标准中关于分界流量的规定
  我国现行有效的的气体涡轮流量计标准有GB21391—2008《用气体涡轮流量计测量天然气流量》、GB/T18940—2003《封闭管道中的气体流量的测量涡轮流量计》、JJG1037—2008《涡轮流量计检定规程》,在以上三个标准中对分界流量的规定分别如下。
2.1GB21391—2008《用气体涡轮流量计测量天然气流量》
  在GB21391—2008《用气体涡轮流量计测量天然气流量》对分界流量有明确的定义,即低于该流量要采用扩展误差限的流量值。标准第5.2条从最大允许误差和量程比两方面对分界流量做出了规定,且明确了量程比是在最大允许误差范围内流量计的最小流量和最大流量之比。该标准中对涡轮流量计要求的最大允许误差如表1所示,量程比与分界流量9,的关系如表2所示。

2.2GB/T18940—2003《封闭管道中的气体流量的测量涡轮流量计》在GB/T18940—2003《封闭管道中的气体流量的测量涡轮流量计》中没有明确定义分界流量,仅在标准第8.1条规定:所有流量计在其指定的流量范围内,最大允许误差应为±1%。当最小流量qmin小于0.2qmin时,在qmin~0.2qmin范围内的最大允许误差为±2%。这表明该标准认为0.2qmin是气体涡轮流量计最大允许误差的分界点,即流量计的分界流量为0.2qmin。
2.3JJG1037—2008《涡轮流量计检定规程》
  JJG1037—2008《涡轮流量计检定规程》适用于液体涡轮流量计和气体的涡轮流量计的检定,该标准对分界流量也有明确的定义,即在最大流量和最小流量之间的流量值,它将流量范围分割成最大允许误差的不同的两个区,即“高区”和“低区”。规程第5.1.1条规定:气体涡轮流量计在规定的流量范围内准确度等级、最大允许误差应符合表3的规定,对分界流量&的规定如表4所示0

  从表3、表4可知,准确度等级高于0.5级的涡轮流量计,不设分界流量,在天然气贸易计量中常用的准确度等级等于或低于0.5级涡轮流量计,均采用分界流量分段处理,可根据分界流量判断最大允许误差的突变点,且分界流量和流量计的量程比也有紧密联系。
  从以上三个涡轮流量计标准和规程分界流量的界定可知,流量计的分界流量属于人为的划分,其目的是为了扩大涡轮流量计的量程比,同时又不让最小流量偏离线性区太远,因此流量计的分界流量对涡轮流量计最大允许误差的判定有着关键性的影响.
3分界流量在流量计选型中的应用
  涡轮流量计的分界流量和量程比、最大允许误差有着紧密的关系,使得在选用涡轮流量计时分界流量起着至关重要的作用。例如,在选用涡轮流量计时,为确保流量计的最大允许误差满足GB/T18603—2014《天然气计量系统技术要求》表B.1不同等级的计量系统中准确度等级的要求,需要考虑流量计在分界流量以下范围运行时流量计的允许误差。通过以下案例,读者更容易理解分界流量的重要性。
3.1配气站流量计初次选型
  某配气站设计能力(标准参比条件)达到A级计量系统的要求,根据GB/T18603—2014《天然气计量系统技术要求》附录B.1,计量系统需要配备准确度等级1.0级的流量计才可满足标准要求。
  该配气站在标准参比条件下的来气量为450~7.5x104Nm3/h,流量量程比为1:167,量程比过大,无法选择单一流量计用来计量全量程流量,最终采用计量系统多路并联分段计量的方式。根据来气压力、温度、组分,计算出流量计在工作条件下的计量范围为100~3400m3/h。设计者考虑在小流量范围时选择两套精度等级为1.0级、口径为DN100、规格为G400的涡轮流量计,其计量范围是32~650m3/h,其中一套做备用流量计(此处暂不涉及大流量情况)。
  由表1可知,流量计在分界流量至最大流量之间时(q1≤q≤qmin)精度等级可达到1.0级,在最小流量和分界流量之间时(qmin≤q≤qt)流量计的精度等级降低至2.0级。选择的两套涡轮流量计量程比同为1:20,根据表2可以得出:
q1=0.2qmax
计算得出该流量计的分界流量值为:
q1=130m3/h
  流量计在工作条件下的计量范围为100~3400m3/h,则流量计存在着在用气量最低值和分界流量(100~130m3/h)范围运行的时间段。流量计在分界流量以下范围运行,精度等级只能保证在2.0级,无法达到精度等级1.0级的要求,不满足GB/T18603—2014《天然气计量系统技术要求》对A级计量系统的规定。
  此时出现分界流量高于用户用气量最低值而导致流量计选型无法满足标准要求的问题,设计者需要重新考虑流量计的选型。
3.2流量计二次选型
  查看流量计的选型数据发现,DN100涡轮流量计有三类G160、G250、G400,其流量范围分别为:G160(13~250)m3/h、G250(13/20~400)m3/h、G400(20/32~650)m3/h。此三类流量计在分界流量至最大流量之间(9l专9在都可达到精度等级为1.0级的要求。其中规格为G250和G400的涡流量计除量程比为1:20的常用规格外,还有量程比为1:30的规格,此时这两类流量计的流量范围分别为13~400m3/h、G400(20~650)m3/h。
  根据表2、表4可知,涡轮流量计在量程比为1:30时,分界流量为0.15qmax,因此从此处着手,可以重新选择既符合标准要求,又能满足现场生产需求的涡轮流量计。
  在此次小流量范围的流量计选型中如果将量程比为1:20的涡轮流量计G400(32~650)m3/h换为量程比为1:30的涡轮流量计G400(20~650)m3/h,其分界流量qt将由0.20qmax降低至0.15qmax,可大幅度地降低分界流量值,使得重新选型后的流量计可满足标准要求。
根据表2,选用量程比为1:30的涡轮流量计后分界流量为:
qt=0.15qmax
计算得出此时流量计的分界流量值为:
qt=97.5m3/h
  流量计经过重新选型后的流量计分界流量值由原来的130mm3/h降低至97.5mm3/h,此时流量计计量范围既可以覆盖用户小流量用气,也可以满足标准对A级计量系统的规定,在用户最小用气量100m3/h以上时流量计精度等级可达到1.0级。而且,选择量程比为1:30的涡轮流量计后流量计的起步流量由32m3/h降低至20m3/h,起步流量计更低,更有利于流量计在小流量范围的准确计量。
3.3价格的差别
  通过生产厂家了解到,在相同口径、相同压力等级的条件下,量程比为1:20的涡轮流量计与量程比为1:30的涡轮流量计价格相差无几。从用户角度而言,选择量程比为1:30的流量计远较选择量程比为1:20的流量计更能解决问题,更值得投资。
4结束语
针对该配气站流量计初次选型失败,根据流量计的分界流量与量程比、最大允许误差之间的紧密关系,将量程比1:20流量计换为量程比1:30的流量计,成功地在保证计量精度的前提下降低了流量计的分界流量数值,符合了标准要求。
(1)通过案例,可以了解到合理地利用分界流量,不仅可以扩大流量计的测量范围,还可以降低流量计的起步流量。
(2)通过案例,可以充分了解到分界流量的重要性,分界流量和量程比、最大允许误差之间的紧密关系,使得在选用涡轮流量计时分界流量能得到更多关注。
(3)对速度式流量计而言,不论是涡轮流量计还是超声流量计都涉及到分界流量,因此在流量计选型时应充分考虑、利用分界流量,使得流量计的能力在现场实践中能得到充分发挥。

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