摘要：我國正式步入天然氣時代，其中在天然氣計量上，大量使用的是渦輪流量計，這是一種結構簡單、體積小、量程比寬、重復性好和精度高的流量計，適合用在貿易計量和氣體流量量值傳遞中。但在實際運用中，卻易因工藝流程不正確等問題而出現測量誤差，這將會影響到天然氣供需雙方的利益。對此，本文筆者結合相關知識，舉例淺析天然氣計量誤差及其改進措施。
0引言
目前，我國天然氣流量計量主要使用的是渦輪流量計，其采用的是動量矩守恒定律，即：渦輪在天然氣進入流量計時轉動，其中天然氣的流量與渦輪的轉速按比例變動，則可根據渦輪的轉速來計算天然氣的流量，并顯示在儀表上。
渦輪流量計主要由渦輪、整流器、發生器、計數器、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生器等組成。與其他流量計相比，渦輪流量計具有體積小、結構簡單、量程比寬、脈沖量輸出、安裝維修方便、重復性好及精度高等優點。因此，在正常條件下，渦輪流量計的測量精度均可滿足標準要求，但在實際應用中，卻多因工藝流程設計和操作問題而出現測量誤差。
1天然氣計量誤差的成因
圖1所示為DN80氣體渦輪流量計的現場工藝流程圖。
根據氣量統計表得出，下游氣量在2015年2、3月的輸差為-5%，這明顯高于計量管理規定的±3%，因此可判定這一渦輪流量計存在問題。通過拆卸發現，渦輪流量計的零部件均無粉碎或破損現象，但通過標定卻發現，渦輪流量計存在較大的誤差，究其成因如下：
1.1工藝流程的操作不當
根據圖2，渦輪流量計的前后均設有閥門及其作用是通過開關操作來切換生產工藝流程，且在工藝上，這2個閥門應選設球閥，其中閥門1、2處應分別裝設手動球閥和電動球閥。因此，操作人員在流程操作時，如若無法有效控制閥門1、2的開閥速度，渦輪流量計將會產生瞬時高流，并打碎流量計的內部葉輪或引起其他零部件受損，從而導致渦輪流量計在工作時產生測量誤差。
1.2下游用氣量失穩
研究發現，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，一旦下游用氣量瞬間劇增，會增大渦輪流量計到下游門站這一管段的壓差。此時，利用流體力學原理便可知，天然氣會大量補充下游，這無疑會在瞬間增快渦輪流量計的轉速，且這一轉速遠超其額定工作轉速，從而造成渦輪流量計的零部件受損，并最終影響其測量精度。
1.3氣質因素的影響
在天然氣計量中，氣質因素對渦輪流量計測量精度的影響尤其明顯，其中包括天然氣中的雜質等。在案例項目中，計量分輸站屬于過路分輸計量中間站，即其既需向下游用戶供氣，還需在夏季正輸時，注氣入儲氣庫，同時在冬季反輸時從儲氣庫采氣，但冬季采氣的氣質較差，即在天然氣中夾有雜質。對此，雖在渦輪流量計前裝有分離器，但仍無法徹底凈化天然氣，這時其中的雜質顆粒便會反復撞擊葉輪、軸承等零部件，從而造成零部件位移偏移或本體損壞，并最終影響到渦輪流量計的測量精度。
2天然氣計量誤差的改進
在天然氣計量中，渦輪流量計測量誤差的成因具有多樣性，其中以工藝流程設計和操作不當為主要原因。據此，提出如下改進建議：
2.1更換渦輪流量計中損壞的零部件
在渦輪流量計中，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調整工藝流程操作
鑒于工藝流程的正確操作對渦輪流量計測量精度的影響尤其明顯，則建議調整工藝流程的操作，具體如下：首先，確定閥門2的關閉狀態；其次，手動開啟閥門1，并保證開啟的速度緩慢且耗時約為5min，特別是在初啟時，更應將閥門的開啟速度放緩，以免因開閥速度過快而在管線中形成超速渦流，這將會對渦輪系統造成沖擊，注意整流器在調整急速氣體流態時的時長不得過短，以免極不規則氣流對葉輪造成沖擊損壞及引起軸承改變，從而保持渦輪系統的動平衡狀態；第三，天然氣從渦輪流量計中通過的速度應≤25m/s及其最大過負荷應≤30s、最大流量應≤1.2qmax（q為流量，m3?h-1），在這一條件下，進行閥門1、2間管段沖壓，注意沖壓的速度應足夠緩慢；第四，手動開啟閥門2，注意放緩閥門2的開啟速度，并按下游沖壓管線長1km內耗時4min來計算開啟時長，對于管線長＞1km的情況，應在4-8min內進行調整，其中在初啟時的速度尤其要緩慢，以免因瞬時流速過高而損壞渦輪中的葉輪。
2.3穩定下游用氣量
渦輪損壞的重要原因之一便是下游的非正常用氣，其中與下游場站的近距離排布更為加重這一影響。因此，應設法穩定下游的用氣量，具體可通過與下游用戶簽署協議來穩定供氣和用氣，其中應明確規定下游用戶的操作，即：如若下游場站需緊急關斷，應按操作規程進行啟輸操作，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，操作流程進行啟輸操作，如此便可從根本上防止下游用氣量不穩而對渦輪流量計的正常工作造成不利影響，從而保證其測量精度。
2.4優化過濾工藝
鑒于天然氣中雜質對渦輪流量計的影響較大，則建議在流量計前增設過濾器，并提高其濾芯的技術指標，以保證其對天然氣的凈化效果更佳及防止雜質顆粒對軸承、葉輪等零部件造成破壞。
3結語
綜上，渦輪流量計是一種適合用在貿易計量和氣體流量量值傳遞中的流量測量儀表，其在天然氣計量中的應用極具價值。但發現，其計量精度將會受制于工藝流程的設計與操作。結合實際案例，提出了4點改進建議：一是更換損壞的零部件，并對其進行重新檢定；二是調整工藝流程的操作；三是穩定下游用氣量；四是優化過濾工藝。通過觀察發現，渦輪流量計的運作正常，但針對其中取消了的旁通流程設計，存在一定的不合理性，具體應在不取消的條件下，新增渦輪流量計自診斷功能，以便隨時判斷其工作狀態。此外，在日常管維中，應保證渦輪流量計的注油頻度為1次/月，注意注油的次數應視氣質條件而定，即氣質條件越差，注油次數更多，如此方才能充分潤滑渦輪流量計的軸承及維持其渦輪系統的最佳動平衡狀態。
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