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  天然氣渦輪流量計的應用與故障分析
  發布時間:2018-06-21

摘要:基於天然氣渦輪流量計的測量原理,探討了其起始流量和安裝方法。在適當的起始流量下,流量與轉速呈線性關係;推薦在流量計入口和出口端各加接一定長度的直管段,若安裝空間不能滿足要求,可在阻流設備與流量計之間安裝整流器,避免因氣體流態改變影響流量計轉子的轉動。分析了天然氣渦輪流量計在運行過程中的常見故障:天然氣正常流動,流量計不計數;未作減量操作,流量顯示逐漸下降;天然氣不流動,流量顯示不為零。針對以上故障,分別給出了相應的操作維護方法。結合應用實例,提出了天然氣渦輪流量計在使用過程中的注意事項。
  隨著西氣東輸、川氣東送等長距離、大口徑、高壓力的輸氣管道的建成投產以及國家天然氣輸配網絡的逐漸形成,管道運營商對天然氣貿易計量的科學性、可靠性、公正性提出了更高的要求。依賴電子技術、互聯網和計算機技術的迅猛發展,天然氣計量方式亦向自動化、智能化、遠程化方向發展,目前天然氣渦輪流量計已經實現了實時、在線、遠程控製,並逐步向渦輪流量計、變送器、SCADA係統、色譜分析儀等組成的智能計量係統方向發展。
  由於渦輪流量計靈敏度高、重複性好、量程比寬、結構緊湊,因此廣泛應用於工業貿易計量。在設計標準方麵,歐洲PrEN12261[1]是目前氣體渦輪流量計最全麵、最具針對性的標準規範,在計量性能、材料要求、輸出、標記、文件資料等方麵對氣體渦輪流量計提出了具體要求[2];其他設計標準還包括美國AGANo7[3]、國際標準化組織ISO9951:1993[4]、國際法製計量組織OIMLR137-1[5]、日本JISZ8765-1980[6]等。國內主要采用GB/T18940-2003[7]進行渦輪流量計的設計。
1渦輪流量計的測量原理
  渦輪流量計是一種速度式流量儀表,測量本體是渦輪流量傳感器,主要由葉輪和磁電感應線圈組成,葉輪軸心與管道中心相同,可以自由轉動,其葉片與氣體流動方向成一定角度。在流體衝擊下,渦輪沿管道軸向旋轉,其旋轉速率隨流量變化而不同,流速越高,動能越大,渦輪的轉速也越高。渦輪的轉速經磁電感應轉換器轉換為相應頻率的電脈衝,通過顯示儀表進行積算和顯示(圖1)。
渦輪流量計工作原理示意圖
  渦輪流量計通過不同的計算方法,可分別顯示累計流量和瞬時流量。當渦輪葉片切割殼體內永久磁鋼產生的磁力線時,將引起傳感線圈磁通的變化,磁通周期變化信號經前置放大器放大、整形,產生與流速成正比的脈衝信號,脈衝信號經流量積算電路換算後顯示累積流量值,同時經頻率電流轉換電路轉換成模擬電流量,進而顯示瞬時流量值(圖2)。
渦輪流量計流量計算流程示意圖
2渦輪流量計的應用
2.1起始流量
  渦輪葉片克服摩擦力做功,當氣體流量較小時,葉片未啟動旋轉,導致渦輪流量計存在計量盲區。當壓力、溫度,密度等氣體參數發生改變時,渦輪流量計的起始流量也會發生相應變化。被測天然氣的靜壓增大時,所測流量範圍也相應增大,同時天然氣的密度會引起不同的壓損。氣體渦輪流量計適合流量幅度較大的場合,但當氣量過小時,渦輪流量計不能克服摩擦力矩轉動。氣量大於一定值後,流量與轉速呈線性關係;受葉輪強度、氣流壓損、軸承壽命等條件的限製,氣流量也不宜過大。大多數渦輪流量計在大氣壓下的測量範圍是1:10~1:30,準確度可達到±0.5%~±1.0%[8]。
2.2安裝要求
  渦輪流量計對管輸天然氣的流態非常敏感,而流量計入口前端的阻流設備(分離除塵、管道彎頭、旋風分離器和過濾器等)可能使流態改變而影響轉子的旋轉。為此,一般推薦在渦輪流量計入口和出口端各加接一直管段,其入口端長度不小於10倍管段內徑,出口端長度不小於5倍管段內徑。若安裝空間不能滿足上述要求,可在阻流設備與渦輪流量計之間安裝整流器。另外,變送器電源線需采用金屬屏蔽線,且接地良好可靠。
3故障分析與維護處理
  天然氣正常流動,渦輪流量計不計數。故障分析:電源線、功能選擇開關和信號線有無斷路或接觸不良;顯示儀內部印製電路板、接觸件有無接觸不良;線圈是否良好;葉輪是否碰撞傳感器內壁,有無異物卡住,軸和軸承有無雜物卡住或斷裂。維護處理:用歐姆表排查故障點;印製電路板故障檢查采用替換“備用板”法,換下故障板再作細致檢查;檢查線圈有無斷線和焊點脫落;去除異物,清洗或更換損壞零件,複原後氣吹或手拔動葉輪,應無摩擦聲,更換軸承等零件後應重新校驗,求得新的儀表係數。
  未作減量操作,流量顯示逐漸下降。故障分析:渦輪流量計前的過濾器是否堵塞;流量傳感器管段上的閥門開度自動減少;傳感器葉輪受雜物阻礙或軸承間隙進入異物,阻力增加而減緩轉速。操作維護:清洗過濾器;調節流量計上遊閥門,判斷有無故障,確認後再修理或更換;卸下傳感器清除雜物,必要時重新校驗。
  天然氣不流動,流量顯示不為零。故障分析:傳輸信號線路屏蔽不良,外界信號幹擾;管道外部振動,葉輪隨之抖動,產生誤信號;截止閥關閉不嚴發生內漏;顯示儀線路板之間或電子元件損壞產生幹擾。操作維護:檢查動力電纜與信號電纜是否分開鋪設,顯示儀端子接地是否良好;加固管道,安裝防止振動的設備;檢修或更換截止閥;檢查顯示儀電路,判斷幹擾源,查出故障點。
4應用案例
  某輸氣站場采用渦輪流量計(圖3)進行計量後向城市門站供氣,公稱通徑為80mm,最大工作壓力為10.2MPa,最大流量為8000m3/s。該站場投產時正值冬季,進站壓力為7.8MPa,出站壓力為4.0MPa,渦輪流量計安裝正確,調壓裝置未安裝防冰堵的加熱設備。投產初期,管道存有較多遊離水,環境溫度為-5℃,日輸氣量約為2×104m3,采用間歇性供氣。當開啟出站閥門時,渦輪流量計正常運行約30min後站控室流量計算機報警,瞬時流量和累計流量快速下降並變為0,門站渦輪流量計正常計數。

  通過逐項排查,發現流量計前麵的過濾器和流量計後的調壓裝置存在一定程度的冰堵(圖4)。采取管道排汙、輔助加熱、清洗過濾器及調低流量計入口壓力至4.0MPa等措施,改善了天然氣的節流效應,使渦輪流量計能夠正常運行。經與下遊門站渦輪流量計比對,輸差控製在有效範圍。
渦輪流量計前過濾器冰堵
5注意事項
(1)渦輪流量計投用前,通過流量計算機的控製麵板完成儀表係數的重新設定。
(2)渦輪流量計投運時,其前後壓差不能過大,氣體流速不能過快,應緩慢地手動開啟入口閥門,待管道完全充滿天然氣且壓力平衡後手動開啟出口閥門,以防止發生冰堵和瞬間氣流衝擊而損壞渦輪。
(3)定期對渦輪流量計進行清洗、檢查和複校,定期注入潤滑油,以維持葉輪良好運行;關注流量計算機的流量顯示狀況,評估流量情況,有異常時立即檢查。
(4)保持管路暢通。可以依據過濾器入口、出口處的差壓變送器的差壓值來判斷過濾器是否被堵塞。天然氣渦輪流量計運轉失常時應清洗管路,將流量計的渦輪拆除後用輕質高標號汽油徹底清洗後重新安裝。

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