摘要：天然氣是一種多組分復(fù)雜的混合氣體,其流量的計(jì)量過(guò)去采用同心直角孔板差壓式流量計(jì)測(cè)量方式,由于多種因素易引起測(cè)量誤差。從智能型渦街流量計(jì)簡(jiǎn)單的工作原理,使用實(shí)例介紹應(yīng)用渦街流量計(jì)測(cè)量天然氣流量,提高天然氣計(jì)量的精度。
1前言
合成氨裝置進(jìn)入生產(chǎn)界區(qū)的燃料氣和原料氣的流量測(cè)量,采用的流量計(jì)是節(jié)流元件為標(biāo)準(zhǔn)孔板和均速流量管的差壓式流量計(jì)。由于天然氣是一種復(fù)雜的多組分的氣體混合物,天然氣輸送中夾帶的雜質(zhì)和水份,常常會(huì)造成孔板結(jié)碳臟物,均速流量管靜動(dòng)壓孔堵塞,加之裝置本身的精度低,很難使天然氣的流量測(cè)量準(zhǔn)確可靠。
智能型渦街流量計(jì)(又稱漩渦流量計(jì)),是一種新型的.流量?jī)x表,從70年代末出現(xiàn)至今,相維出現(xiàn)了熱敏式壓敏式應(yīng)力式超聲式電容式等各種形式的儀表,隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異,渦街流量計(jì)的發(fā)展速度也是非常驚人的。
2渦街流量計(jì)測(cè)量原理及應(yīng)用
智能型渦街流量計(jì)是利用流體力學(xué)中卡門渦街的原理制作的一種儀表,其原理如圖1,圖2所示,當(dāng)在流體流動(dòng)的管道中放入一個(gè)柱體障礙物(漩渦發(fā)生體)時(shí),在發(fā)生體下游的兩側(cè)就會(huì)交替地產(chǎn)生漩渦,這些漩渦就是卡門漩渦，也稱卡門渦街。對(duì)于渦街流量計(jì),在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)(2×104~7×106)內(nèi),下列方程成立:
f=St×v/d
式中
f:發(fā)生體一側(cè)產(chǎn)生的卡門渦街頻率
St:斯特勞哈爾數(shù)(無(wú)量綱數(shù))
v:流體的流速
d:漩渦發(fā)生體的寬度
St的值與漩渦發(fā)生體寬度d和雷諾數(shù)Re有關(guān)。當(dāng)雷諾數(shù)Re<2×106情況下,St為變數(shù);當(dāng)Re在2×104~7×106的范圍內(nèi),St值基本保持不變,這段范圍為流量計(jì)的正常測(cè)量范圍。在漩渦發(fā)生體寬度d和斯特勞哈爾數(shù)St為定值時(shí),漩渦產(chǎn)生的頻率f與流體的平均流速V成正比,因此,可以從漩渦產(chǎn)生的頻率f求出流體的平均流速V。
由于漩渦流量計(jì)的管道內(nèi)插有漩渦發(fā)生體,因此在漩渦發(fā)生體處的流速與管道內(nèi)其他部位的平均流速不同,根據(jù)流體連續(xù)方程:Q=V1A1=V2A2
式中Q:通過(guò)流量計(jì)的流體流量
A1:流量計(jì)管道的載面積.
V1:流量計(jì)管道內(nèi)流體的平均流速
A2:漩渦發(fā)生體處管道的截面積
V2:漩渦發(fā)生體處管道內(nèi)流體的平均流速
設(shè):A2/A1=m
當(dāng)d/D<0.35時(shí)，可近似認(rèn)為:
m=1-1.25d/D
式中d:漩渦發(fā)生體寬度
D:流量計(jì)管道內(nèi)徑
整理f=StV/d;Q=V;A2=V2A2；
m=1-1.25d/D;
得到:Q=πD2/4×1/St×d(1-1.25d/D)×f
令:K=1/[πrD2/4.1/St×d(1-1.25d/D)]
則:Q=f/k
式中:K為流量計(jì)的流量系數(shù),其物理意義是每升流體的脈沖數(shù)。
當(dāng)流量計(jì)的管道內(nèi)徑D和漩渦發(fā)生體寬度d為確定值時(shí),K值隨之而確定。從Q=f/K可知:在一定的雷諾數(shù)Re范圍內(nèi),流量Q與漩渦的頻率f成線性關(guān)系,只要測(cè)量出漩渦的頻率f就能求得流過(guò)流量計(jì)管道流體的體積流量Q。漩渦流量計(jì)用一個(gè)有壓電元件的傳感器組件來(lái)測(cè)量交替作用于發(fā)生體的應(yīng)力而產(chǎn)生的漩渦頻率f。
對(duì)渦街流量計(jì)的安裝要求,與一般孔板流量計(jì)的安裝要求有許多相同,流體流向要與流量計(jì)標(biāo)示一致。夾持型渦街流量計(jì),要把儀器的口徑對(duì)準(zhǔn)鄰近管道的內(nèi)孔,這一點(diǎn)很重要,否則將影響測(cè)量準(zhǔn)確。安裝正確無(wú)誤后,將流量計(jì)的有關(guān)參數(shù)設(shè)置好,即可投入使用。YF100型(E型)YEQFLO(渦街流量計(jì))是一種新穎的智能型流量計(jì),由于功能齊全,該儀表可用標(biāo)準(zhǔn)的遙控通信和現(xiàn)場(chǎng)本機(jī)通信,先進(jìn)的通信功能使你可通過(guò)控制室“CTM-XL”或“μXL”操作面板,或用現(xiàn)場(chǎng)顯示器本機(jī)手持電腦終端(BT200)來(lái)監(jiān)控運(yùn)行情況和設(shè)定參數(shù)。一旦選定要測(cè)量的流體后,儀表所要求的僅僅是實(shí)際需要的那些參數(shù),并且簡(jiǎn)單方便易操作。其主要參數(shù)的設(shè)置如圖3所示。
從圖3中可以看出,該流量計(jì)的測(cè)量流體可是液體、氣體和蒸汽,并且可作質(zhì)量型流量測(cè)量,或工作狀況下的體積流量測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積流量測(cè)量。
工藝生產(chǎn)上已習(xí)慣于用標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積流量來(lái)操作和進(jìn)行物料平衡計(jì)算，加之天然氣這種多組分的氣體混合物,質(zhì)量測(cè)量中要求的介質(zhì)密度和粘度非常確切的數(shù)值難于實(shí)現(xiàn),在實(shí)際使用上采用了標(biāo)準(zhǔn)狀況氣體體積流量測(cè)量的方式。
流量計(jì)的測(cè)量是基于Q=f/k公式,這里Q是天然氣在實(shí)際工作壓力和溫度下的體積流量,換算.到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量應(yīng)為:
Q棟=P/Pn×(Tn+273.15)/(Tr+273.15)×QvK
這是普遍應(yīng)用的測(cè)量方法,從上式看,測(cè)量的累積是在一定工作時(shí)間內(nèi)的平均溫度和平均壓力折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積,為保證流量累積量的準(zhǔn)確,必須進(jìn)行在線實(shí)時(shí)溫度壓力測(cè)量,是通過(guò)DCS內(nèi)部運(yùn)算功能來(lái)實(shí)現(xiàn)其溫度壓力補(bǔ)償?shù)?補(bǔ)償方式為:
3渦街流量計(jì)與差壓式流量計(jì)的比較，
天然氣流量測(cè)量,過(guò)去全部采用的是孔板取壓,近年選用了渦街流量計(jì)測(cè)量天然氣流量，表2是渦街流量計(jì)與差壓式流量計(jì)的主要性能比較,同時(shí)表明了為什么要選用渦街流量計(jì)來(lái)測(cè)量天然氣，
智能型渦街流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,檢測(cè)元件不接觸介質(zhì),可測(cè)腐蝕性、較臟介質(zhì),無(wú)運(yùn)動(dòng)件,可靠性高,耐用性強(qiáng),使用命壽命長(zhǎng)，基本上無(wú)需維護(hù),在天然氣流量測(cè)量上得到了很好的應(yīng)用,大有全部取代孔板式差壓計(jì)測(cè)量天然氣的趨勢(shì)。但天然氣是一種較為復(fù)雜的多組份的氣體,引起測(cè)量誤差的因素比較多。加之使用渦街流量計(jì)的時(shí)間不長(zhǎng),需要收集有關(guān)數(shù)據(jù),用大量的實(shí)際工作去驗(yàn)證確定,積累經(jīng)驗(yàn),使渦街流量計(jì)在計(jì)量天然氣上更加準(zhǔn)確,更加完善,發(fā)揮其全部功能。
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