我國(guó)正式步入天然氣時(shí)代，其中在天然氣計(jì)量上，大量使用的是渦輪流量計(jì)，這是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、量程比寬、重復(fù)性好和準(zhǔn)確度高的流量計(jì)，適合用在貿(mào)易計(jì)量和氣體流量量值傳遞中。但在實(shí)際運(yùn)用中，卻易因工藝流程不正確等問(wèn)題而出現(xiàn)測(cè)量誤差，這將會(huì)影響到天然氣供需雙方的利益。對(duì)此，本文筆者結(jié)合相關(guān)知識(shí)，舉例淺析天然氣計(jì)量誤差及其改進(jìn)措施。

0.引言

目前，我國(guó)天然氣流量計(jì)量主要使用的是渦輪流量計(jì)，其采用的是動(dòng)量矩守恒定律，即 ：渦輪在天然氣進(jìn)入流量計(jì)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，其中天然氣的流量與渦輪的轉(zhuǎn)速按比例變動(dòng)，則可根據(jù)渦輪的轉(zhuǎn)速來(lái)計(jì)算天然氣的流量，并顯示在儀表上。

渦輪流量計(jì)主要由渦輪、整流器、發(fā)生器、計(jì)數(shù)器、磁耦合、壓力管嘴、溫度管嘴、輔助葉輪、高頻脈沖及高低頻脈沖發(fā)生器等組成。與其他流量計(jì)相比，渦輪流量計(jì)具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、量程比寬、脈沖量輸出、安裝維修方便、重復(fù)性好及準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)。因此，在正常條件下，渦輪流量計(jì)的測(cè)量精度均可滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但在實(shí)際應(yīng)用中，卻多因工藝流程設(shè)計(jì)和操作問(wèn)題而出現(xiàn)測(cè)量誤差。對(duì)此，本文以 DN80 氣體渦輪流量計(jì)為例，淺析其在天然氣計(jì)量中產(chǎn)生誤差的原因，并在綜合分析的基礎(chǔ)上提出改進(jìn)措施。

1 .天然氣計(jì)量誤差的成因

圖 1 所示為 DN80 氣體渦輪流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)工藝流程圖。

根據(jù)氣量統(tǒng)計(jì)表得出，下游氣量在 2015 年 2、3 月的輸差為 -5%，這明顯高于計(jì)量管理規(guī)定的±3%，因此可判定這一渦輪流量計(jì)存在問(wèn)題。通過(guò)拆卸發(fā)現(xiàn)，渦輪流量計(jì)的零部件均無(wú)粉碎或破損現(xiàn)象，但通過(guò)標(biāo)定卻發(fā)現(xiàn)，渦輪流量計(jì)存在較大的誤差，究其成因如下 ：

1.1工藝流程的操作不當(dāng)

根據(jù)圖 2，渦輪流量計(jì)的前后均設(shè)有閥門及其作用是通過(guò)開(kāi)關(guān)操作來(lái)切換生產(chǎn)工藝流程，且在工藝上，這 2 個(gè)閥門應(yīng)選設(shè)球閥，其中閥門 1、2 處應(yīng)分別裝設(shè)手動(dòng)球閥和電動(dòng)球閥。因此，操作人員在流程操作時(shí)，如若無(wú)法有效控制閥門 1、2 的開(kāi)閥速度，渦輪流量計(jì)將會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)高流，并打碎流量計(jì)的內(nèi)部葉輪或引起其他零部件受損，從而導(dǎo)致渦輪流量計(jì)在工作時(shí)產(chǎn)生測(cè)量誤差。

1.2  下游用氣量失穩(wěn)

研究發(fā)現(xiàn)，如正向下游正常供氣，且下游用氣量較小及距離下游門站較近時(shí)，一旦下游用氣量瞬間劇增，會(huì)增大渦輪流量計(jì)到下游門站這一管段的壓差。此時(shí)，利用流體力學(xué)原理便可知，天然氣會(huì)大量補(bǔ)充下游，這無(wú)疑會(huì)在瞬間增快渦輪流量計(jì)的轉(zhuǎn)速，且這一轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)超其額定工作轉(zhuǎn)速，從而造成渦輪流量計(jì)的零部件受損，并***終影響其測(cè)量精度。

1.3 氣質(zhì)因素的影響

在天然氣計(jì)量中，氣質(zhì)因素對(duì)渦輪流量計(jì)測(cè)量精度的影響尤其明顯，其中包括天然氣中的雜質(zhì)等。在案例項(xiàng)目中，計(jì)量分輸站屬于過(guò)路分輸計(jì)量中間站，即其既需向下游用戶供氣，還需在夏季正輸時(shí)，注氣入儲(chǔ)氣庫(kù)，同時(shí)在冬季反輸時(shí)從儲(chǔ)氣庫(kù)采氣，但冬季采氣的氣質(zhì)較差，即在天然氣中夾有雜質(zhì)。對(duì)此，雖在渦輪流量計(jì)前裝有分離器，但仍無(wú)法徹底凈化天然氣，這時(shí)其中的雜質(zhì)顆粒便會(huì)反復(fù)撞擊葉輪、軸承等零部件，從而造成零部件位移偏移或本體損壞，并***終影響到渦輪流量計(jì)的測(cè)量精度。

2.天然氣計(jì)量誤差的改進(jìn)

結(jié)合上述研究，在天然氣計(jì)量中，渦輪流量計(jì)測(cè)量誤差的成因具有多樣性，其中以工藝流程設(shè)計(jì)和操作不當(dāng)為主要原因。據(jù)此，本案提出如下改進(jìn)建議 ：

2.1 更換渦輪流量計(jì)中損壞的零部件

在渦輪流量計(jì)中，損壞的零部件包括齒輪和磁耦合，因此需先將其更換，再重新檢定。

2.2 調(diào)整工藝流程操作

鑒于工藝流程的正確操作對(duì)渦輪流量計(jì)測(cè)量精度的影響尤其明顯，則建議調(diào)整工藝流程的操作，具體如下 ：首先，確定閥門 2 的關(guān)閉狀態(tài) ；其次，手動(dòng)開(kāi)啟閥門 1，并保證開(kāi)啟的速度緩慢且耗時(shí)約為5min，特別是在初啟時(shí)，更應(yīng)將閥門的開(kāi)啟速度放緩，以免因開(kāi)閥速度過(guò)快而在管線中形成超速渦流，這將會(huì)對(duì)渦輪系統(tǒng)造成沖擊，注意整流器在調(diào)整急速氣體流態(tài)時(shí)的時(shí)長(zhǎng)不得過(guò)短，以免極不規(guī)則氣流對(duì)葉輪造成沖擊損壞及引起軸承改變，從而保持渦輪系統(tǒng)的動(dòng)平衡狀態(tài) ；第三，天然氣從渦輪流量計(jì)中通過(guò)的速度應(yīng)≤ 25m/s 及其***大過(guò)負(fù)荷應(yīng)≤ 30s、***大流量應(yīng)≤ 1.2qmax（q 為流量，m3?h-1），在這一條件下，進(jìn)行閥門 1、2 間管段沖壓，注意沖壓的速度應(yīng)足夠緩慢 ；第四，手動(dòng)開(kāi)啟閥門 2，注意放緩閥門 2 的開(kāi)啟速度，并按下游沖壓管線長(zhǎng) 1km 內(nèi)耗時(shí) 4min 來(lái)計(jì)算開(kāi)啟時(shí)長(zhǎng)，對(duì)于管線長(zhǎng)＞ 1km 的情況，應(yīng)在 4-8min 內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，其中在初啟時(shí)的速度尤其要緩慢，以免因瞬時(shí)流速過(guò)高而損壞渦輪中的葉輪。

2.3 穩(wěn)定下游用氣量

渦輪損壞的重要原因之一便是下游的非正常用氣，其中與下游場(chǎng)站的近距離排布更為加重這一影響。因此，應(yīng)設(shè)法穩(wěn)定下游的用氣量，具體可通過(guò)與下游用戶簽署協(xié)議來(lái)穩(wěn)定供氣和用氣，其中應(yīng)明確規(guī)定下游用戶的操作，即 ：如若下游場(chǎng)站需緊急關(guān)斷，應(yīng)按我方的操作規(guī)程進(jìn)行啟輸操作，以免管道中天然氣的流速劇增 ；如若下游用戶的用氣量較大，應(yīng)按我方的操作流程進(jìn)行啟輸操作，如此便可從根本上防止下游用氣量不穩(wěn)而對(duì)渦輪流量計(jì)的正常工作造成不利影響，從而保證其測(cè)量精度。

2.4優(yōu)化過(guò)濾工藝

鑒于天然氣中雜質(zhì)對(duì)渦輪流量計(jì)的影響較大，則建議在流量計(jì)前增設(shè)過(guò)濾器，并提高其濾芯的技術(shù)指標(biāo)，以保證其對(duì)天然氣的凈化效果更佳及防止雜質(zhì)顆粒對(duì)軸承、葉輪等零部件造成破壞。

3.結(jié)語(yǔ)

綜上，渦輪流量計(jì)是一種適合用在貿(mào)易計(jì)量和氣體流量量值傳遞中的流量測(cè)量?jī)x表，其在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用極具價(jià)值。但研究發(fā)現(xiàn)，其計(jì)量精度將會(huì)受制于工藝流程的設(shè)計(jì)與操作。在本案，筆者結(jié)合實(shí)際案例，提出了 4 點(diǎn)改進(jìn)建議 ：一是更換損壞的零部件，并對(duì)其進(jìn)行重新檢定 ；二是調(diào)整工藝流程的操作 ；三是穩(wěn)定下游用氣量 ；四是優(yōu)化過(guò)濾工藝。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，渦輪流量計(jì)的運(yùn)作正常，但針對(duì)其中取消了的旁通流程設(shè)計(jì)，存在一定的不合理性，具體應(yīng)在不取消的條件下，新增渦輪流量計(jì)自診斷功能，以便隨時(shí)判斷其工作狀態(tài)。此外，在日常管維中，應(yīng)保證渦輪流量計(jì)的注油頻度為 1 次 / 月，注意注油的次數(shù)應(yīng)視氣質(zhì)條件而定，即氣質(zhì)條件越差，注油次數(shù)更多，如此方才能充分潤(rùn)滑渦輪流量計(jì)的軸承及維持其渦輪系統(tǒng)的***佳動(dòng)平衡狀態(tài)。