文丘里管用于流體計量有著悠久的歷史,世界發達國家已總結出了一套成熟的理論和經驗,在國內也有幾十年的歷史, 1993年我國頒布了GB/T2624—93《流量測量節流裝置 用孔板、噴嘴和文丘里管測量充滿圓管的流體流量》(等效采用標準ISO5167—1(1991)《用差壓裝置測量流量 **部分,安裝在充滿流體的圓形截面管道中的孔板、噴嘴和文丘里管》),該標準對文丘里管的結構形式、技術要求進行了規定,同時還給出了計算流量及其有關不確定度等方面的必要資料。過去由于經濟和技術因素,文丘里管在我國主要是作為高精度的標準器使用,隨著研究的不斷深入,加工工藝的不斷提高,文丘里流量計正逐步成熟并成為工作用計量器具,特別是用于貿易交接計量領域前景廣闊。本文將對天然氣計量中的孔板流計與文丘里流量計的流動特性和檢定對計量的影響進行比較,分析存在的問題和發展前景。
1 流動特性對儀表性能的影響
孔板流量計和文丘里流量計計量原理相同,都是借助管道內的節流裝置使流體流束在節流處形成局部收縮,從而使流速增加,靜壓降低,在節流前后產生差壓,通過測量差壓來衡量天然氣流過節流裝置的流量大小,而且在GB/T2624—93中對流體及前后計量管的要求也是相同的,差別僅為節流件的不同,這就使孔板流量計改造為文丘里流量計十分便利,工作量*小,費用*低,這也是文丘里流量計特別適合我國現階段天然氣計量的一個重要理由。
文丘里流量計與孔板流量計相比主要有以下優點:
(1)精度高
文丘里流量計準確度等級可達0.5,而目前廣泛應用的孔板流量計準確度等級為1~1.5。
(2)壓損小
文丘里管收縮和擴散段的作用使壓力損失大大降低,壓力損失約為孔板的1/5~1/3。
(3)耐磨損、壽命長
文丘里管的幾何特性決定了其磨損小,表面經特殊處理后更耐磨、耐腐蝕,壽命很長,甚至可用于固液混合計量,這是與孔板相比*大的優點。
(4)維護量少
因文丘里管不象孔板需經常清洗和定期檢查、更換,日常維護工作量大大減少。
從以上流動特性對比中可看出,文丘里管比孔板有著明顯的優勢。
2 流量計的現場檢定及偏差問題
原理的科學性是流量計的基礎,但能否在實際使用中實施現場檢定并保證其準確性更為重要。孔板現場檢定是采取幾何檢驗法來確定流量計儀表系數的一種方法,但檢定條件與實際現場使用都存在一定的差異,所以影響計量準確性的更為重要的因素,是檢定確定的儀表系數在現場是否適用及其偏差。
(1)孔板流出系數偏差
影響流出系數偏差的因素主要有:孔板入口銳利度、取壓位置、計量管圓度等等。總之,凡是未達到標準規定要求的都會引起流出系數的偏差,其中大多數是**安裝、投用時可以避免的,如計量管圓度、焊縫突出等。另外,有些卻是長期使用過程中出現的,如孔板彎曲、孔板上游端面沉積臟物及銳利度變化等,這種情況就很難解決。
現場情況千變萬化,很難維持實驗室的參比工作條件,對于氣田開采、集輸單位就特別明顯。雖然標準中給出了在實際應用中增加二個修正系數,來解決這個問題,但效果并不理想。造成這種情況的主要原因是因為現場的長期使用難免不產生磨損、腐蝕和積垢等改變了節流裝置的幾何形狀和尺寸,引起儀表特性的改變,但是在實際使用中孔板的入口邊緣極易磨損,孔板上游端面經常有沉積物,不可能達到檢定時的狀態。
(2)文丘里流量計流出系數偏差
文丘里流量計因節流裝置是具有平滑曲面的文丘里管,磨損極小;沒有相對流動靜止區,表面不會出現沉積臟物。只要在加工安裝時達到標準要求,就能消除孔板現場使用時可能導致流出系數偏差的因素。
正因為文丘里管磨損極小,所以它還有一個孔板流量計無法相比的特點,就是文丘里管一旦加工完成,流量計的儀表系數就基本不再隨時間變化,就固
化了。而孔板是要更換的,且極易磨損,這就要求加工精度很高,以保證不同孔板流出系數符合標準要求,但還是無法長期保證。
3 其它問題
(1)經濟分析:文丘里管與孔板相比的缺點是加工成本高,但算上孔板閥的費用也相差無幾。
(2)適用條件:不易更換是文丘里管與孔板相比的*大缺陷,但對于流量較穩定、流量比不超過3∶1的計量點都可使用。而且,由于新型高精度、大差壓變送器的出現,使得文丘里流量計已突破了3∶1的流量比限制,單個文丘里管的測量范圍大大提高了。
(3)流體流態及安裝要求:因文丘里流量計與孔板流量計對流體狀態和安裝要求相同,因此,象氣流狀態和前后直管段等影響因素必須滿足要求。
孔板流量計在天然氣計量的歷起到了重要的作用,取得了大量的寶貴經驗,工作中形成了一整套較為成熟的制度和方法,但從兩種流量計的對比可以看到,文丘里流量計更為*,特別是在天然氣開采、輸送等原料氣測量方面,可能解決孔板流量計多年來未能解決的問題。而且,我們只要在現有的基礎上進行很小的改造,花很少的投資,不需要進行過多的人員培訓或其它的改變,就能明顯地提高天然氣流量計量的準確性。
