天然氣渦輪流量計(jì)的應(yīng)用與故障分析 發(fā)布時(shí)間：2018-06-21
摘要：基于天然氣渦輪流量計(jì)的測(cè)量原理，探討了其起始流量和安裝方法。在適當(dāng)?shù)钠鹗剂髁肯拢髁颗c轉(zhuǎn)速呈線(xiàn)性關(guān)系；推薦在流量計(jì)入口和出口端各加接一定長(zhǎng)度的直管段，若安裝空間不能滿(mǎn)足要求，可在阻流設(shè)備與流量計(jì)之間安裝整流器，避免因氣體流態(tài)改變影響流量計(jì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)。分析了天然氣渦輪流量計(jì)在運(yùn)行過(guò)程中的常見(jiàn)故障：天然氣正常流動(dòng)，流量計(jì)不計(jì)數(shù)；未作減量操作，流量顯示逐漸下降；天然氣不流動(dòng)，流量顯示不為零。針對(duì)以上故障，分別給出了相應(yīng)的操作維護(hù)方法。結(jié)合應(yīng)用實(shí)例，提出了天然氣渦輪流量計(jì)在使用過(guò)程中的注意事項(xiàng)。 隨著西氣東輸、川氣東送等長(zhǎng)距離、大口徑、高壓力的輸氣管道的建成投產(chǎn)以及國(guó)家天然氣輸配網(wǎng)絡(luò)的逐漸形成，管道運(yùn)營(yíng)商對(duì)天然氣貿(mào)易計(jì)量的科學(xué)性、可靠性、公正性提出了更高的要求。依賴(lài)電子技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，天然氣計(jì)量方式亦向自動(dòng)化、智能化、遠(yuǎn)程化方向發(fā)展，目前天然氣渦輪流量計(jì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)、在線(xiàn)、遠(yuǎn)程控制，并逐步向渦輪流量計(jì)、變送器、SCADA系統(tǒng)、色譜分析儀等組成的智能計(jì)量系統(tǒng)方向發(fā)展。 由于渦輪流量計(jì)靈敏度高、重復(fù)性好、量程比寬、結(jié)構(gòu)緊湊，因此廣泛應(yīng)用于工業(yè)貿(mào)易計(jì)量。在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)方面，歐洲PrEN12261[1]是目前氣體渦輪流量計(jì)最全面、最具針對(duì)性的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在計(jì)量性能、材料要求、輸出、標(biāo)記、文件資料等方面對(duì)氣體渦輪流量計(jì)提出了具體要求[2]；其他設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)還包括美國(guó)AGANo7[3]、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO9951：1993[4]、國(guó)際法制計(jì)量組織OIMLR137-1[5]、日本JISZ8765-1980[6]等。國(guó)內(nèi)主要采用GB/T18940－2003[7]進(jìn)行渦輪流量計(jì)的設(shè)計(jì)。 1渦輪流量計(jì)的測(cè)量原理 渦輪流量計(jì)是一種速度式流量?jī)x表，測(cè)量本體是渦輪流量傳感器，主要由葉輪和磁電感應(yīng)線(xiàn)圈組成，葉輪軸心與管道中心相同，可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，其葉片與氣體流動(dòng)方向成一定角度。在流體沖擊下，渦輪沿管道軸向旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速率隨流量變化而不同，流速越高，動(dòng)能越大，渦輪的轉(zhuǎn)速也越高。渦輪的轉(zhuǎn)速經(jīng)磁電感應(yīng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的電脈沖，通過(guò)顯示儀表進(jìn)行積算和顯示（圖1）。 渦輪流量計(jì)通過(guò)不同的計(jì)算方法，可分別顯示累計(jì)流量和瞬時(shí)流量。當(dāng)渦輪葉片切割殼體內(nèi)永久磁鋼產(chǎn)生的磁力線(xiàn)時(shí)，將引起傳感線(xiàn)圈磁通的變化，磁通周期變化信號(hào)經(jīng)前置放大器放大、整形，產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號(hào)，脈沖信號(hào)經(jīng)流量積算電路換算后顯示累積流量值，同時(shí)經(jīng)頻率電流轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成模擬電流量，進(jìn)而顯示瞬時(shí)流量值（圖2）。 2渦輪流量計(jì)的應(yīng)用 2.1起始流量 渦輪葉片克服摩擦力做功，當(dāng)氣體流量較小時(shí)，葉片未啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致渦輪流量計(jì)存在計(jì)量盲區(qū)。當(dāng)壓力、溫度，密度等氣體參數(shù)發(fā)生改變時(shí)，渦輪流量計(jì)的起始流量也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。被測(cè)天然氣的靜壓增大時(shí)，所測(cè)流量范圍也相應(yīng)增大，同時(shí)天然氣的密度會(huì)引起不同的壓損。氣體渦輪流量計(jì)適合流量幅度較大的場(chǎng)合，但當(dāng)氣量過(guò)小時(shí)，渦輪流量計(jì)不能克服摩擦力矩轉(zhuǎn)動(dòng)。氣量大于一定值后，流量與轉(zhuǎn)速呈線(xiàn)性關(guān)系；受葉輪強(qiáng)度、氣流壓損、軸承壽命等條件的限制，氣流量也不宜過(guò)大。大多數(shù)渦輪流量計(jì)在大氣壓下的測(cè)量范圍是1:10～1:30，準(zhǔn)確度可達(dá)到±0.5%～±1.0%[8]。 2.2安裝要求 渦輪流量計(jì)對(duì)管輸天然氣的流態(tài)非常敏感，而流量計(jì)入口前端的阻流設(shè)備（分離除塵、管道彎頭、旋風(fēng)分離器和過(guò)濾器等）可能使流態(tài)改變而影響轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。為此，一般推薦在渦輪流量計(jì)入口和出口端各加接一直管段，其入口端長(zhǎng)度不小于10倍管段內(nèi)徑，出口端長(zhǎng)度不小于5倍管段內(nèi)徑。若安裝空間不能滿(mǎn)足上述要求，可在阻流設(shè)備與渦輪流量計(jì)之間安裝整流器。另外，變送器電源線(xiàn)需采用金屬屏蔽線(xiàn)，且接地良好可靠。 3故障分析與維護(hù)處理 天然氣正常流動(dòng)，渦輪流量計(jì)不計(jì)數(shù)。故障分析：電源線(xiàn)、功能選擇開(kāi)關(guān)和信號(hào)線(xiàn)有無(wú)斷路或接觸不良；顯示儀內(nèi)部印制電路板、接觸件有無(wú)接觸不良；線(xiàn)圈是否良好；葉輪是否碰撞傳感器內(nèi)壁，有無(wú)異物卡住，軸和軸承有無(wú)雜物卡住或斷裂。維護(hù)處理：用歐姆表排查故障點(diǎn)；印制電路板故障檢查采用替換“備用板”法，換下故障板再作細(xì)致檢查；檢查線(xiàn)圈有無(wú)斷線(xiàn)和焊點(diǎn)脫落；去除異物，清洗或更換損壞零件，復(fù)原后氣吹或手拔動(dòng)葉輪，應(yīng)無(wú)摩擦聲，更換軸承等零件后應(yīng)重新校驗(yàn)，求得新的儀表系數(shù)。 未作減量操作，流量顯示逐漸下降。故障分析：渦輪流量計(jì)前的過(guò)濾器是否堵塞；流量傳感器管段上的閥門(mén)開(kāi)度自動(dòng)減少；傳感器葉輪受雜物阻礙或軸承間隙進(jìn)入異物，阻力增加而減緩轉(zhuǎn)速。操作維護(hù)：清洗過(guò)濾器；調(diào)節(jié)流量計(jì)上游閥門(mén)，判斷有無(wú)故障，確認(rèn)后再修理或更換；卸下傳感器清除雜物，必要時(shí)重新校驗(yàn)。 天然氣不流動(dòng)，流量顯示不為零。故障分析：傳輸信號(hào)線(xiàn)路屏蔽不良，外界信號(hào)干擾；管道外部振動(dòng)，葉輪隨之抖動(dòng)，產(chǎn)生誤信號(hào)；截止閥關(guān)閉不嚴(yán)發(fā)生內(nèi)漏；顯示儀線(xiàn)路板之間或電子元件損壞產(chǎn)生干擾。操作維護(hù)：檢查動(dòng)力電纜與信號(hào)電纜是否分開(kāi)鋪設(shè)，顯示儀端子接地是否良好；加固管道，安裝防止振動(dòng)的設(shè)備；檢修或更換截止閥；檢查顯示儀電路，判斷干擾源，查出故障點(diǎn)。 4應(yīng)用案例 某輸氣站場(chǎng)采用渦輪流量計(jì)（圖3）進(jìn)行計(jì)量后向城市門(mén)站供氣，公稱(chēng)通徑為80mm，最大工作壓力為10.2MPa，最大流量為8000m3/s。該站場(chǎng)投產(chǎn)時(shí)正值冬季，進(jìn)站壓力為7.8MPa，出站壓力為4.0MPa，渦輪流量計(jì)安裝正確，調(diào)壓裝置未安裝防冰堵的加熱設(shè)備。投產(chǎn)初期，管道存有較多游離水，環(huán)境溫度為－5℃，日輸氣量約為2×104m3，采用間歇性供氣。當(dāng)開(kāi)啟出站閥門(mén)時(shí)，渦輪流量計(jì)正常運(yùn)行約30min后站控室流量計(jì)算機(jī)報(bào)警，瞬時(shí)流量和累計(jì)流量快速下降并變?yōu)?，門(mén)站渦輪流量計(jì)正常計(jì)數(shù)。 通過(guò)逐項(xiàng)排查，發(fā)現(xiàn)流量計(jì)前面的過(guò)濾器和流量計(jì)后的調(diào)壓裝置存在一定程度的冰堵（圖4）。采取管道排污、輔助加熱、清洗過(guò)濾器及調(diào)低流量計(jì)入口壓力至4.0MPa等措施，改善了天然氣的節(jié)流效應(yīng)，使渦輪流量計(jì)能夠正常運(yùn)行。經(jīng)與下游門(mén)站渦輪流量計(jì)比對(duì)，輸差控制在有效范圍。 5注意事項(xiàng) （1）渦輪流量計(jì)投用前，通過(guò)流量計(jì)算機(jī)的控制面板完成儀表系數(shù)的重新設(shè)定。 （2）渦輪流量計(jì)投運(yùn)時(shí)，其前后壓差不能過(guò)大，氣體流速不能過(guò)快，應(yīng)緩慢地手動(dòng)開(kāi)啟入口閥門(mén)，待管道完全充滿(mǎn)天然氣且壓力平衡后手動(dòng)開(kāi)啟出口閥門(mén)，以防止發(fā)生冰堵和瞬間氣流沖擊而損壞渦輪。 （3）定期對(duì)渦輪流量計(jì)進(jìn)行清洗、檢查和復(fù)校，定期注入潤(rùn)滑油，以維持葉輪良好運(yùn)行；關(guān)注流量計(jì)算機(jī)的流量顯示狀況，評(píng)估流量情況，有異常時(shí)立即檢查。 （4）保持管路暢通。可以依據(jù)過(guò)濾器入口、出口處的差壓變送器的差壓值來(lái)判斷過(guò)濾器是否被堵塞。天然氣渦輪流量計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)失常時(shí)應(yīng)清洗管路，將流量計(jì)的渦輪拆除后用輕質(zhì)高標(biāo)號(hào)汽油徹底清洗后重新安裝。
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