摘要：通过对比串联在同一管路中的两套自动孔板计量系统流量值,得出在直管段前存在调压、过滤等节流件造成脉动流时，导致天然气流量产生2%~ 12%的负偏差,论述了脉动流产生时对天然气流量造成的影响,结合流体的六种流态,对比分析了脉动流对天然气流量的影响与流体流态之间的关系,以及产生脉动流的原因,提出了消除脉动流的方法。
在天然气计量过程中要求流过天然气孔板流量计的气流为稳定发展的定常流,定常流为流动参数不随时间变化的流动,然而在现实条件下，不可避免地存在一些偏离这一 流动状态的情况存在,非定常流的存在导致了天然气计量的偏差,认识和确定非定常流造成的影响,对保证天然气计量的正确率有着很重要的意义。我们通过对孔板节流装置前存在调压、过滤装置,导致管路中存在脉动流的现象进行了长期的观察,对脉动流对天然气计量的影响有了初步的认识。
在流体力学上将流体分成了六种流动形态(如图1)。前两种流动状态下,可以认为计量是正确的,也就是除了第-种和第二种情况之外,其余的四种情况都会对天然气计量造成影响,这四种流态统称脉动流。孔板流量计不适用于脉动流,那么脉动流究竟会对孔板流量计计量造成什么样的影响,我们通过同一管路中串联两套计量装置,对孔板前直管段内存在调压、过滤装置造成脉动流对天然流量的影响进行了分析。
1脉动流产生时会造成天然气流量的极大误差
这种误差可以达到2%~ 12% ,个别情况更多,且脉动流出现时,其影响天然气流量的状况与图1中, c,df流体流态相似,从理论上讲. e这种情况也应该存在,在天然气管直管段内,孔板流量计前存在调压、过滤装置,形成脉动流造成的天然气流量偏差总是偏小的,这与新的天然计量标准SY /T6143- 2004《用标准孔板流量计测量天然气流量》是相一致的。
2脉动流造成了 引压管路压力信号传递过慢
压力信号不能被弓引|压管路完全传递,仪表无法正确测出,这是由于气体可压缩性决定了气体在传输过程中,有高低压平衡的问题,由于压力在引压管路传递过程中,高低压信号互相平衡,造成信号滞后和畸变,脉动峰值高点和低点,不能完全被表征,因差压信号与流量为非线性关系,压励信号的不完整造成了计量数据的偏差,这种偏差由于引压管路的不同而产生不同的表现形式。在较短引压管路的计量装置中,差压测量时会出现剧烈波动,这种波动造成了测量数据不能被计量仪表完全测出,引起测量数据不完整,这是因为由于在较短引压管路中,压励在传递过程时并没有得到平衡,高低压点被明确界分,每种差压测量仪表都有一定的响应时间 ,脉动流的频率与仪表测量响应时间不一致,导致了压劢滞后,励已经测出而脉动峰值未到达或者脉动峰值被错过，一些脉动数据点无法被测出,造成了数据失真,无法正确确定天然气流量,并且有可能由于脉动频率的过快,对仪表造成冲击,仪表传感器反应受到影响,从而使测量结果造成偏差,影响流量测量的正确率。在较长引压管路的孔板计量装置中,压力高低峰值之间充分平衡,致使仪表无法测出真实值。
3脉动流的存在造成天然气流量无法正确补偿
这主要是因为脉动流流型复杂,往往是多种流态共同作用,致使不能很好地找到补偿手段、确定补偿量。
脉动流对天然气计量的影响主要通过影响差压,造成差压仪表示值不准表现出来,进而影响天然气流量,且其影响天然气流量的各种表现形式如下。
(1)脉动流产生时,差压仪表示值明显偏低,差压值在一一个上限值和一一个下限值之间波动,如图2。此时天然气流量实际值为差压最高值时的流量,其高低点之差为流量损失,天然气量由此而产生2% ~ 6%的计量误差。
(2)脉动流产生时,差压值有-个峰值并在一个相对低的位置有一个波动上下限,如图3。在这:种情况下流量真实值为最高值,高低点之差为流量损失,误差可达到2.5%~ 8%。
(3)脉动流造成的第三种情况是,差压值一直处于一个低位波动这是影响最大的一种脉动流现象是脉动流与随机湍流结合的形式,这种情况下造成的流量损失高达6%~ 12%,甚至更高,如图4。在此情况下实际流量值为虚线处,而实测到的为波形处的平均流量值(横直线处流量值) , 这种情况实际可以认为是随机湍流造成的,这种情况下造成了流量大幅损失,造成了计量的极大误差,而这种情况也并不是不能发现的。在实际情况下,偶尔能观察到一个最大值得出现,而这个最大值就是实际流量值,这一点与第二种脉动流有相似之处,但其最大值的出现具有不确定性,是最难以定量的一种现象,但一旦出现,天然气量偏差即在8%左右。
(4)多种流态共同存在。这种情况下,天然气损失最难确定,但其误差也在2%~ 12%之间,个别情况有特殊。
(5)脉动流产生时天然气管路往往能听到间歇天然气气流声，特别明显时表现为-股-股的气流流动,并非稳定的气流声音。以几种情况正应合了流体脉动流的三种状况,实际中由于可能几种状况下的脉动流同时存在,则造成的实际气量计算更加困难,当然非周期性脉动流在实际状态中也是存在的,实际测量值不确定,从计量装置前存在阻流件,形成脉动流造成的这几种情况可以清楚看出,仪表实际测出值总是在脉动峰值和低值中间值附近,天然气量总是低于真实流量值,并且有迹象表明脉动流不影响孔板流量计流量,却影响计量,当然这需要进一步的论证。
脉动流能够造成天然气流量偏差,实际中以下原因可以导致脉动流的产生:①管路中存在阻流件,包括调压装置、过滤装置、弯头、阀门等。②下游用户用气量波动,主要存在原因是用户用气量大,用气量不确定,管路中又不存在储气调峰设施,造成气流忽高忽低,容易形成脉动流.当然在这里要注意区分脉动流和气流波动之间的区别,气流波动并非气流脉动。③流体压力过低,流速过快导致流体流态不稳。④孔板表面不清洁,气体含液造成气流脉动。⑤天然气含有杂质,影响气体流态,特别是过滤装置、整流装置被杂质堵塞后,易形成脉动流。
对于孔板原因造成的脉动流不符合.上面的规律,阻流件造成的脉动流对天然计量影响这么大,实际过程中如何判断脉动流:①听。通过气流的声音,判断是否存在脉动流,特别明显的脉动流往往能够听到气流一股一股哧哧变化的声音,此时流量误差一般不会低于 5%。②观查仪表示值。由于计量时孔板上游静压力较高,脉动流出现时造成静压力的变化并不是很明显。脉动流对差压的影响是很明显的,一般出现差压波动在2%以上就应该注意是不是脉动流的影响,差压波动在5%以上就应该立即消除,否则就会造成很大的计量误差。③减少引压管长度,测量就地化,既是增加测量正确率,也是为正确确定流体流态(脉动流)提供条件,以减少脉动流造成的流量损失。
如何消除脉动流:根据实际观察,在管路阻流件在孔板计量装置前,且阻流件为调压装置、过滤装置形成脉动流时,将对天然气计量造成以上几种脉动流状态的影响,并且天然气计量示值明显偏小,偏小程度从2% ~ 12%不等,给天然气计量造成很大误差,因此消除脉动流的影响是很重要的一个环节。①在设计时就要优先考虑直管段长度,确保管路内流体流态处于定常流图1中的a b两种状态。②以稳定的流量稳定供气,加装调峰装置,避免出现用户气量波动造成的气流脉动。③避免和减少计量装置前的任何阻流件,在条件许可的情况.下,避兔用上游节流、调压,需要在上游节流、调压时,要延长直管段,并在离孔板流量计尽可能远的地方进行。④计量上游直管段前安装整流器。⑤尽量避免低压供气。⑥保证天然气气质符合要求,不含粉尘、油污、水等杂质,在气质没有保证的情况下,设计时应该相应提高技术标准。
认识脉动流对天然气孔板流量计计量的影响,对孔板流量计的设计、安装、运行有指导意义,随着对脉动流认识的深入和科学技术的发展,有望解决非定常流状态下孔板流量计的补偿问题,进而扩大孔板流量计的适用范围。
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