浅析影响天然气流量计测量气体介质时的精度的原因
点击次数：1908 发布时间：2021-01-08 06:37:22
一、本文概述
流量是企业监控生产过程中的一个重要参数，是保证优质、高效、安全、平稳运行和改善环境的重要手段。气体流量的测量在环保、化工、能源等行业加强物料管理、能源管理，进行物料交接、贸易结算、经济核算和效益分析与评价中具有重要意义。从某种意义上讲：计量就是企业眼睛，计量就是计效益。现代企业对流量计量的要求越来越高。工业计量中常用差压式流量计、天然气流量计、涡轮流量计和超声流量计等作为气体测量仪表。其中天然气流量计以结构简单牢固、适用于多流体种类和测量精度较高且测量范围宽、圧损小等特点应用*为广泛。本文通过对天然气流量计在气体测量中容易出现影响测量数据准确性的几点原因分析和改进，从而进一步提高气体流量测量准确度。
二、工作原理与结构
天然气流量计是在流体中安放非流线型旋涡发生体，流体在旋涡发生体两侧交替地分离释放出两列规则的交替排列的旋涡涡街。在一定的流量（雷诺数）范围内，旋涡的分离频率与流经涡街流量传感器处流体的体积流量成正比。
三、影响准确度的因素分析及解决办法
由于天然气流量计的结构和测量原理的特点，天然气流量计测量精度受到振动、脉冲干扰、测量介质、安装方式以及流体状况等原因有较大的影响。
1.管道振动
天然气流量计本质上是流体振动型流量计，除压电晶体检测式天然气流量计，其它天然气流量计对机械振动特别敏感。由于天然气流量计输出脉冲与流速成正比、检测涡街的升力与流速平方和被测流体的密度成正比，所以在小流量时，涡街流量传感器信号频率低且幅值小，受到低频的管道振动干扰影响严重，输出脉冲误差大；随着流量的增大，涡街流量传感器信号频率变大且幅值增强，受到低频的管道振动干扰影响减弱，输出脉冲也随之误差变小。
当天然气流量计安装位置出现管道振动时可以采取以下方法：
1.1增设管道固定支架，限制管道振幅；
1.2调整仪表电路的设定状态，力求排除振动影响；
1.3如以上无法实现时可根据天然气流量计对不同方向的抗振能力的不同，在安装管线上的流量计方向用X-Y-Z三维坐标表示，X是管道中心线方向，即流量计进出口的方向；Z是流量计柱体轴向；Y是与管道中心线垂直同时与流量计柱体轴向垂直的方向，也是天然气流量计横向力作用的方向。流量计Z方向的抗振能力*强而Y方向*差。观察或测量管道的主要振动方向，旋转流量计，直到Z轴与此主振方向重合，把仪表固定在该方向上。尽可能减小管道振动对流量计测量的影响。
2.脉冲干扰
天然气流量计如果附近存在与其测量脉冲信号重叠的变频器、电机等设备时，易发生外界干扰信号覆盖或叠加被测信号，致使流量计无法进行准确计量。这时应做好流量计接地和屏蔽保护。也可对影响信号的噪声源进行控制，如对变频器、电机电缆加装金属套管进行屏蔽；远离噪声源安装流量计；在流量计与噪声源之间加装T形管、90?弯头、多孔消音器等管件可以在一定程度上降低噪声的影响。
3.测量介质
天然气流量计主要对单相流体进行测量，当出现两相流时测量结果将有明显的偏差。如测量过热蒸汽时，如果管道保温不好或流动阻力损失太大，将造成过热蒸汽温度快速下降而使蒸汽由过热变为饱和，出现凝结水。而凝结水的密度远远大于蒸汽密度，因而，蒸汽凝结导致天然气流量计测量蒸汽流量明显变小。我们应对易于液化气体介质进行加压或保温措施，并实时监控介质温度与压力，防止气液两相流出现。
4.流体状况
流量计正常工作流体条件：① 具有充分发展的湍流速度分布、无旋涡、速度轴对称分布；②充满圆管的单相流体；③定常流。④牛顿流体流量计在使用中偏离这些条件将产生附加误差，在现场流体流动特性中的具有充分发展的湍流速度分布、无旋涡、速度轴对称分布及定常流常是难以满足的，它们将造成测量误差的增大，有时增大多少难以定量确定，因此在现场使用中必须密切注意流动特性的情况。
影响准确流体原因：流速分布畸变及旋转流：流速分布畸变及旋转流对流量计特性的影响因工作原理而异，有的很严重，有的无甚影响，一般来说，推理式流量计（差压、涡轮、涡街、超声、电磁等）都要受影响，而容积式流量计不受或基本不受影响。
非定常流：在现场使用中非定常流并不少见，非定常流可分为二大类：周期性脉动和随机性波动。在发动机、泵、风机等出口的流动可见周期脉动，而管道中的流动受阻流件及管道系统的干扰一般都存在随机性波动。至今还没有明确规定流量所需要的定常流条件的定量指标。在流量测量标准中只是含糊地规定：管道内的流量应该不**间而变化，或实际上只**间有微小和缓慢的变化。满足流量检测件上下游直管段所需要的作业空间、加装多孔导流装置和保证安装管线与流量计管径中心线对齐，且无凸出物（如安装的垫片）突入测量管道，可以有效避免非定常流的出现。
三、结束语
随着社会的发展人们对能源的需求越来越大，能源短缺的现实逐步显现，人们对能源管理和控制意识进一步加强，能源计量的准确性将会愈来愈重要。通过分析影响天然气流量计在气体测量准确度的几点原因，并加以改善，从而有效提高测量数据的准确性。保障工艺操作控制、加强效益核算管理，为企业经营管理决策提供更加可靠的依据。
流量是企业监控生产过程中的一个重要参数，是保证优质、高效、安全、平稳运行和改善环境的重要手段。气体流量的测量在环保、化工、能源等行业加强物料管理、能源管理，进行物料交接、贸易结算、经济核算和效益分析与评价中具有重要意义。从某种意义上讲：计量就是企业眼睛，计量就是计效益。现代企业对流量计量的要求越来越高。工业计量中常用差压式流量计、天然气流量计、涡轮流量计和超声流量计等作为气体测量仪表。其中天然气流量计以结构简单牢固、适用于多流体种类和测量精度较高且测量范围宽、圧损小等特点应用*为广泛。本文通过对天然气流量计在气体测量中容易出现影响测量数据准确性的几点原因分析和改进，从而进一步提高气体流量测量准确度。
二、工作原理与结构
天然气流量计是在流体中安放非流线型旋涡发生体，流体在旋涡发生体两侧交替地分离释放出两列规则的交替排列的旋涡涡街。在一定的流量（雷诺数）范围内，旋涡的分离频率与流经涡街流量传感器处流体的体积流量成正比。
三、影响准确度的因素分析及解决办法
由于天然气流量计的结构和测量原理的特点，天然气流量计测量精度受到振动、脉冲干扰、测量介质、安装方式以及流体状况等原因有较大的影响。
1.管道振动
天然气流量计本质上是流体振动型流量计，除压电晶体检测式天然气流量计，其它天然气流量计对机械振动特别敏感。由于天然气流量计输出脉冲与流速成正比、检测涡街的升力与流速平方和被测流体的密度成正比，所以在小流量时，涡街流量传感器信号频率低且幅值小，受到低频的管道振动干扰影响严重，输出脉冲误差大；随着流量的增大，涡街流量传感器信号频率变大且幅值增强，受到低频的管道振动干扰影响减弱，输出脉冲也随之误差变小。
当天然气流量计安装位置出现管道振动时可以采取以下方法：
1.1增设管道固定支架，限制管道振幅；
1.2调整仪表电路的设定状态，力求排除振动影响；
1.3如以上无法实现时可根据天然气流量计对不同方向的抗振能力的不同，在安装管线上的流量计方向用X-Y-Z三维坐标表示，X是管道中心线方向，即流量计进出口的方向；Z是流量计柱体轴向；Y是与管道中心线垂直同时与流量计柱体轴向垂直的方向，也是天然气流量计横向力作用的方向。流量计Z方向的抗振能力*强而Y方向*差。观察或测量管道的主要振动方向，旋转流量计，直到Z轴与此主振方向重合，把仪表固定在该方向上。尽可能减小管道振动对流量计测量的影响。
2.脉冲干扰
天然气流量计如果附近存在与其测量脉冲信号重叠的变频器、电机等设备时，易发生外界干扰信号覆盖或叠加被测信号，致使流量计无法进行准确计量。这时应做好流量计接地和屏蔽保护。也可对影响信号的噪声源进行控制，如对变频器、电机电缆加装金属套管进行屏蔽；远离噪声源安装流量计；在流量计与噪声源之间加装T形管、90?弯头、多孔消音器等管件可以在一定程度上降低噪声的影响。
3.测量介质
天然气流量计主要对单相流体进行测量，当出现两相流时测量结果将有明显的偏差。如测量过热蒸汽时，如果管道保温不好或流动阻力损失太大，将造成过热蒸汽温度快速下降而使蒸汽由过热变为饱和，出现凝结水。而凝结水的密度远远大于蒸汽密度，因而，蒸汽凝结导致天然气流量计测量蒸汽流量明显变小。我们应对易于液化气体介质进行加压或保温措施，并实时监控介质温度与压力，防止气液两相流出现。
4.流体状况
流量计正常工作流体条件：① 具有充分发展的湍流速度分布、无旋涡、速度轴对称分布；②充满圆管的单相流体；③定常流。④牛顿流体流量计在使用中偏离这些条件将产生附加误差，在现场流体流动特性中的具有充分发展的湍流速度分布、无旋涡、速度轴对称分布及定常流常是难以满足的，它们将造成测量误差的增大，有时增大多少难以定量确定，因此在现场使用中必须密切注意流动特性的情况。
影响准确流体原因：流速分布畸变及旋转流：流速分布畸变及旋转流对流量计特性的影响因工作原理而异，有的很严重，有的无甚影响，一般来说，推理式流量计（差压、涡轮、涡街、超声、电磁等）都要受影响，而容积式流量计不受或基本不受影响。
非定常流：在现场使用中非定常流并不少见，非定常流可分为二大类：周期性脉动和随机性波动。在发动机、泵、风机等出口的流动可见周期脉动，而管道中的流动受阻流件及管道系统的干扰一般都存在随机性波动。至今还没有明确规定流量所需要的定常流条件的定量指标。在流量测量标准中只是含糊地规定：管道内的流量应该不**间而变化，或实际上只**间有微小和缓慢的变化。满足流量检测件上下游直管段所需要的作业空间、加装多孔导流装置和保证安装管线与流量计管径中心线对齐，且无凸出物（如安装的垫片）突入测量管道，可以有效避免非定常流的出现。
三、结束语
随着社会的发展人们对能源的需求越来越大，能源短缺的现实逐步显现，人们对能源管理和控制意识进一步加强，能源计量的准确性将会愈来愈重要。通过分析影响天然气流量计在气体测量准确度的几点原因，并加以改善，从而有效提高测量数据的准确性。保障工艺操作控制、加强效益核算管理，为企业经营管理决策提供更加可靠的依据。