浅析影响氮气流量计精确度的因素及应对策略
点击次数：2268 发布时间：2021-01-08 06:29:48
1、引言
煤气测量用的流量计有多种类型的流量计都可以测量，比如氮气流量计，楔形流量计，V锥流量计等产品都可以实现。由于氮气流量计具有结构简单、计量可靠稳定、仪表配套齐全、适用于大流量气体的计量等诸多优点，被煤气行业广泛采用，属于煤气测量领域使用*大的流量计之一。不过，由于氮气流量计因投运后或长期使用后出现的精确度下降等问题，使得煤气供销差率居高不下，同时也造成煤气气源厂和煤气供应公司之间常因气量结算问题发生计量纠纷。本文结合氮气流量计的实际使用情况，探讨了如谋气密度(组分)变化、煤气含水童、煤气中的杂质、二次仪表的误差等这些造成氮气流量计精确度下降的主要因素，并提出了诸如修正密度、处理水和水蒸气、定期清洗、吹扫计量装里、定期校验二次仪表等改进措施。
2、孔板流，计精确度下降的主要因素
氮气流量计的使用，无论是对被测量的煤气的质量，还是对测量系统的设计、安装、维护等都是有其严格的要求和条件限制的。任何超出规定范围或破坏使用条件的，都将造成氮气流量计严重失准。因此在实际工作中，影响氮气流量计精确度的因素很多，但笔者认为主要因素源自以下四个方面:
2.1煤气密度(组分)变化对氮气流量计的影响
煤气密度的确定对测量精确度有重大影响，由流量计算公式可见，密度与差压处于同等重要地位。如果密度值测不准，则即使差压测量为高精度，测量结果也不会高精度的，但这点实际上往往易被忽视。具体来讲，流经氮气流量计的煤气流量的大小，与煤气密度的平方根成反比，即其它参数不变时，密度越大(小)，流量越小(大)。而在氮气流量计实际工作时，却是把煤气密度取为定值Po，因此，氮气流量计显示的流量大小，只与Po有关，而与实际煤气的p值大小无关。这对于单一气源的流量测量来说，影响不大，因为只要煤种、配煤没有大的变化，炉温稳定，压力制度正常，煤气的成分基本稳定在一个范围内，密度也就变化不大。但一旦掺人其它气源如水煤气、发生炉煤气、液化石油气等，由于成分变化大，实际煤气的密度也就发生很大的变化，如果此时氮气流量计仍把煤气密度取为定值Po，就将产生很大的计量误差，该误差的大小为:(1-√Po/P￣) Po一设计时的煤气密度}P--实测的煤气密度)。以总公司炼焦气化厂为例，氮气流量计是根据纯焦炉煤气设计的，当初设计煤气密度取。. 554 97比/m3，计量很准确。近年来，为保证煤气的供应量，特别是在冬季，每天都不定时、不均匀地掺混大量的(占日输供量10%一20 0,6)发生炉煤气，使煤气密度产生很大的变化，虽然设计煤气密度Po改为0. 570 Slkg/m3,但仍比煤气的实际密度低很多，造成氮气流量计计量偏高，P*高时曾达到0. 708 0吨耐，比。。上升了24. 106，由此引起的流量误差也达到了+10.23%。
2. 2煤气含水量对氮气流量计的影响
人工煤气在净化过程中，一般都要经过水的洗涤，因此，煤气都是饱和的。煤气流动过程中温度、压力会发生变化，水蒸气凝析，一部分水存积在孔板的前后直管段、孔板环室及导压管内，而这恰是氮气流量计使用条件绝对不允许的，会造成计量的严重误差。此外由于煤气中带有的大量饱和水蒸气一起流经流量计，而所有这些水蒸气是孔板本身无法识别的，只能随煤气一起计入输气量。在煤气进人气柜和输配管道后，由于增压和中途温度不断降低，水蒸气不断地凝析成水流人水井，使煤气体彩缩减，从而产生了体积差，而这部分却不能计人售气量。从我公司每天仅在中压管道中抽出的十几吨水来看，造成的产销误差是很大的。
2. 3煤气中的杂质对氮气流量计的影响
氮气流量计在煤气管道上运行一段时间后，煤气中的灰份、蔡、焦油、煤气胶等杂质会逐渐沉积吸附在孔板的孔口、端面和上游管道上，使得孔板入口尖锐度、表面光洁度降低、内径变小、上游管道粗糙度增加等，造成计一量值偏大。
2.4二次仪表对氮气流量计的影响
差压变送器、压力变送器、流量积算器等二次仪表的误差，以及它们之间连接、接头、转换等处的泄漏，也对氮气流量计系统精度产生*直接的影响，应给予高度的重视。
3、改进措施
3.1对密度进行修正
为减少密度变化造成的影响，*好的解决方法是:每种气源分别计量，尽量避免用一块总表测多种气源的混和量，以保证仪表的精确性。
还可以用以下方法做部分补偿:
①根据近年来实测的煤气密度数据，求出平均值，输人氮气流量计积算器，使积算器按较接近实际的密度值运行。
②用化验分析法测得每天(或每月)的平均密度值P，作为当天(或当月)氮气流量计的实际密度，对流量进行人工校正，校正公式为:
Q校一√Po/P￣
Q校一密度校正后的煤气流量;
Q表一氮气流量计积算器显示的流量。
实测煤气密度的方法，可以是每天定时取样分析，求平均值，也可以用小钟罩24小时连续取样，定时分析。
按理对密度P应和压力、温度一样进行实时的完全补偿，但目前国内尚无适用的可输出连续信号的在线气体密度计可供使用。
3. 2对水和水蒸气的处理
目前尚无理想的方法给予解决，可以:
①尽可能地降低出厂煤气的温度，减少水蒸气的含量，如进行冷冻脱水。
②在孔板前后，分别安装排水装置，如图所
采用自动排水加人工排水的方法，实际效果很好。公司要求，冬季每班必须排水一次，其他季节每天排水一次，排水后，检查排水阀是否关紧。
3. 3定期清洗、吹扫计量装置
*先，气源厂应加强对煤气的净化处理，使其符合**有关质量标准，减少对流量计的污染。其次，定期对孔板及直管段上的杂质进行清洗、吹扫。可采用:①在线式可换孔板，②多管并联。二者均能做到在不停气的情况下更换、清洗、吹扫氮气流量计系统，这会给那些气质较差且停气较困难的用户带来清洗上的方便。总公司气源厂在1995年由原来的单管计量，改为多管并联计量，同时又安装了三套可换式氮气流量计(二开一校)，定为每3个月清洗、吹扫一次(视其脏污程度，可调整清洗周期)，此项工作由气源厂和我公司共同进行。
3.4定期校验二次仪表
为使二次仪表高准确度运行，应定期检查、校验二次仪表，具体内容为:①检查取压管是否存在堵塞、进水及泄漏现象，尤其要注意泄漏问题，管子、接头、阀门、焊缝、与差压变送器的连接处等均为可能的泄漏点，应用肥皂水等方法检漏;对与差压变送器连接的三阀组中的平衡阀亦应注意，防止失灵后使高低压串通，导致压差减小进而影响计量精度。②校验差压变送器的零点，减小零点漂移带来的影响。③除差压变送器外，其他二次仪表组成整体用高精度的差压计进行在线模拟试验，确保量程在允许的范围内。以上检查、校验工作由我公司和气源厂双方仪表人员每月26日共同进行，并作好记录，共同签字认可。
煤气测量用的流量计有多种类型的流量计都可以测量，比如氮气流量计，楔形流量计，V锥流量计等产品都可以实现。由于氮气流量计具有结构简单、计量可靠稳定、仪表配套齐全、适用于大流量气体的计量等诸多优点，被煤气行业广泛采用，属于煤气测量领域使用*大的流量计之一。不过，由于氮气流量计因投运后或长期使用后出现的精确度下降等问题，使得煤气供销差率居高不下，同时也造成煤气气源厂和煤气供应公司之间常因气量结算问题发生计量纠纷。本文结合氮气流量计的实际使用情况，探讨了如谋气密度(组分)变化、煤气含水童、煤气中的杂质、二次仪表的误差等这些造成氮气流量计精确度下降的主要因素，并提出了诸如修正密度、处理水和水蒸气、定期清洗、吹扫计量装里、定期校验二次仪表等改进措施。
2、孔板流，计精确度下降的主要因素
氮气流量计的使用，无论是对被测量的煤气的质量，还是对测量系统的设计、安装、维护等都是有其严格的要求和条件限制的。任何超出规定范围或破坏使用条件的，都将造成氮气流量计严重失准。因此在实际工作中，影响氮气流量计精确度的因素很多，但笔者认为主要因素源自以下四个方面:
2.1煤气密度(组分)变化对氮气流量计的影响
煤气密度的确定对测量精确度有重大影响，由流量计算公式可见，密度与差压处于同等重要地位。如果密度值测不准，则即使差压测量为高精度，测量结果也不会高精度的，但这点实际上往往易被忽视。具体来讲，流经氮气流量计的煤气流量的大小，与煤气密度的平方根成反比，即其它参数不变时，密度越大(小)，流量越小(大)。而在氮气流量计实际工作时，却是把煤气密度取为定值Po，因此，氮气流量计显示的流量大小，只与Po有关，而与实际煤气的p值大小无关。这对于单一气源的流量测量来说，影响不大，因为只要煤种、配煤没有大的变化，炉温稳定，压力制度正常，煤气的成分基本稳定在一个范围内，密度也就变化不大。但一旦掺人其它气源如水煤气、发生炉煤气、液化石油气等，由于成分变化大，实际煤气的密度也就发生很大的变化，如果此时氮气流量计仍把煤气密度取为定值Po，就将产生很大的计量误差，该误差的大小为:(1-√Po/P￣) Po一设计时的煤气密度}P--实测的煤气密度)。以总公司炼焦气化厂为例，氮气流量计是根据纯焦炉煤气设计的，当初设计煤气密度取。. 554 97比/m3，计量很准确。近年来，为保证煤气的供应量，特别是在冬季，每天都不定时、不均匀地掺混大量的(占日输供量10%一20 0,6)发生炉煤气，使煤气密度产生很大的变化，虽然设计煤气密度Po改为0. 570 Slkg/m3,但仍比煤气的实际密度低很多，造成氮气流量计计量偏高，P*高时曾达到0. 708 0吨耐，比。。上升了24. 106，由此引起的流量误差也达到了+10.23%。
2. 2煤气含水量对氮气流量计的影响
人工煤气在净化过程中，一般都要经过水的洗涤，因此，煤气都是饱和的。煤气流动过程中温度、压力会发生变化，水蒸气凝析，一部分水存积在孔板的前后直管段、孔板环室及导压管内，而这恰是氮气流量计使用条件绝对不允许的，会造成计量的严重误差。此外由于煤气中带有的大量饱和水蒸气一起流经流量计，而所有这些水蒸气是孔板本身无法识别的，只能随煤气一起计入输气量。在煤气进人气柜和输配管道后，由于增压和中途温度不断降低，水蒸气不断地凝析成水流人水井，使煤气体彩缩减，从而产生了体积差，而这部分却不能计人售气量。从我公司每天仅在中压管道中抽出的十几吨水来看，造成的产销误差是很大的。
2. 3煤气中的杂质对氮气流量计的影响
氮气流量计在煤气管道上运行一段时间后，煤气中的灰份、蔡、焦油、煤气胶等杂质会逐渐沉积吸附在孔板的孔口、端面和上游管道上，使得孔板入口尖锐度、表面光洁度降低、内径变小、上游管道粗糙度增加等，造成计一量值偏大。
2.4二次仪表对氮气流量计的影响
差压变送器、压力变送器、流量积算器等二次仪表的误差，以及它们之间连接、接头、转换等处的泄漏，也对氮气流量计系统精度产生*直接的影响，应给予高度的重视。
3、改进措施
3.1对密度进行修正
为减少密度变化造成的影响，*好的解决方法是:每种气源分别计量，尽量避免用一块总表测多种气源的混和量，以保证仪表的精确性。
还可以用以下方法做部分补偿:
①根据近年来实测的煤气密度数据，求出平均值，输人氮气流量计积算器，使积算器按较接近实际的密度值运行。
②用化验分析法测得每天(或每月)的平均密度值P，作为当天(或当月)氮气流量计的实际密度，对流量进行人工校正，校正公式为:
Q校一√Po/P￣
Q校一密度校正后的煤气流量;
Q表一氮气流量计积算器显示的流量。
实测煤气密度的方法，可以是每天定时取样分析，求平均值，也可以用小钟罩24小时连续取样，定时分析。
按理对密度P应和压力、温度一样进行实时的完全补偿，但目前国内尚无适用的可输出连续信号的在线气体密度计可供使用。
3. 2对水和水蒸气的处理
目前尚无理想的方法给予解决，可以:
①尽可能地降低出厂煤气的温度，减少水蒸气的含量，如进行冷冻脱水。
②在孔板前后，分别安装排水装置，如图所
采用自动排水加人工排水的方法，实际效果很好。公司要求，冬季每班必须排水一次，其他季节每天排水一次，排水后，检查排水阀是否关紧。
3. 3定期清洗、吹扫计量装置
*先，气源厂应加强对煤气的净化处理，使其符合**有关质量标准，减少对流量计的污染。其次，定期对孔板及直管段上的杂质进行清洗、吹扫。可采用:①在线式可换孔板，②多管并联。二者均能做到在不停气的情况下更换、清洗、吹扫氮气流量计系统，这会给那些气质较差且停气较困难的用户带来清洗上的方便。总公司气源厂在1995年由原来的单管计量，改为多管并联计量，同时又安装了三套可换式氮气流量计(二开一校)，定为每3个月清洗、吹扫一次(视其脏污程度，可调整清洗周期)，此项工作由气源厂和我公司共同进行。
3.4定期校验二次仪表
为使二次仪表高准确度运行，应定期检查、校验二次仪表，具体内容为:①检查取压管是否存在堵塞、进水及泄漏现象，尤其要注意泄漏问题，管子、接头、阀门、焊缝、与差压变送器的连接处等均为可能的泄漏点，应用肥皂水等方法检漏;对与差压变送器连接的三阀组中的平衡阀亦应注意，防止失灵后使高低压串通，导致压差减小进而影响计量精度。②校验差压变送器的零点，减小零点漂移带来的影响。③除差压变送器外，其他二次仪表组成整体用高精度的差压计进行在线模拟试验，确保量程在允许的范围内。以上检查、校验工作由我公司和气源厂双方仪表人员每月26日共同进行，并作好记录，共同签字认可。