天然氣流量的計量是天然氣流動過程中的間接計量,計量的準確性取決於整個計量系統的合理設計、施工、運行和維護等全過程的質量。為了保證計量系統按照統壹的技術要求進行全面質量管理,保證天然氣計量的準確性,制定科學合理的天然氣計量標準是十分必要的。在天然氣計量的相關標準中,以流量計量標準為主,還應包括天然氣密度、組成、熱值、壓縮因子等相關參數的計量和計算標準,以及儀表、設計和安全標準。天然氣計量涉及設計、施工、調試、運行、維護、檢驗、檢定、安全和環保等。,所以它的相關標準非常廣泛。美國石油工業發達,天然氣計量技術先進,有嚴格完善的法規、標準和先進的計量設備。1978年,美國通過了天然氣法,統壹了各州與聯邦政府之間的天然氣價格,規定以每立方英尺的實際能量含量作為天然氣價格的基礎,改變了天然氣的傳統計量方式。這種新的計量方法將天然氣質量計量和熱值計量兩個獨立的計量系統結合起來,產生了壹種新的天然氣能量計量系統。
(1)容積式流量計容積式流量計相當於壹個具有標準容積的容器,對流動介質進行連續測量。流量越大,測量次數越多,輸出頻率越高。容積式流量計原理比較簡單,適合測量高粘度、低雷諾數的流體。根據旋轉體形狀的不同,目前生產的產品分為:橢圓齒輪流量計、腰輪流量計(羅茨流量計)、旋轉活塞和刮刀流量計,適用於測量液體流量;適用於測量氣體流量的伺服容積式流量計、膜片式流量計和簡化型流量計。
(二)葉輪流量計葉輪流量計的工作原理是將葉輪置於被測流體中,受流體流動的沖擊而旋轉,通過葉輪旋轉的速度來反映流量的大小。典型的葉輪流量計有水表和渦輪流量計,其結構可以是機械傳動輸出或電脈沖輸出。壹般機械傳動輸出的水表精度較低,誤差在2%左右,但結構簡單,成本低。在國內已經量產,標準化,通用化,系列化。電脈沖信號輸出的渦輪流量計精度較高,壹般誤差為0.2% ~ 0.5%。
(3)差壓流量計(壓降流量計)差壓流量計由壹次裝置和二次裝置組成。壹次設備稱為流量測量元件,安裝在被測流體的管道中,產生與流量(流速)成正比的壓差,供二次設備顯示流量。二次設備稱為顯示儀表。它接收測量元件產生的差壓信號,並將其轉換成相應的流量進行顯示。差壓流量計的主要裝置通常是節流裝置或動態壓力測量裝置(皮托管、均壓管等)。).二次設備是各種帶流量顯示儀表的機械式、電子式和組合式差壓計。差壓計的差壓敏感元件大多是彈性元件。由於壓差和流量之間的平方根關系,流量顯示儀表配有平方根裝置,使流量刻度線性化。大多數儀表還配有流量積算器,以顯示經濟核算的累計流量。這種利用壓差測量流量的方法由來已久,也比較成熟。在世界範圍內壹般用於比較重要的場合,約占各種流量測量方法的70%。該儀表用於測量電廠主蒸汽、給水和凝結水的流量。目前產品分為孔板流量計、楔形流量計、文丘裏流量計和均速皮托管。
(4)變面積流量計(恒壓降流量計)浮子置於上下兩部分呈圓錐形的流道中,受自下而上流動的流體的作用力而運動。當這個力與浮子的“顯示重量”(浮子本身的重量減去它所承受的流體的浮力)平衡時,系留裝置就處於靜止狀態。浮子靜止時的高度可以用來衡量流量。由於流量計的截面積隨浮子的高度而變化,浮子靜止時上下兩部分的壓力差相等,所以這種流量計稱為變面積流量計或等壓降流量計。這種流量計的典型儀器是轉子(浮子)流量計。
(5)動量流量計測量流體動量以反映流量的流量計稱為動量流量計。由於流動流體的動量p與流體密度和速度V的平方成正比,也就是pv2,當流動截面確定後,V與體積流量q成正比,所以p Q2。設比例系數為a,則q = a .因此,測得的p可以反映流量q .這類流量計多采用檢測元件將動量轉化為壓力、位移或力,然後測量流量。這種流量計的典型儀表是靶式流量計和旋片式流量計。
(六)脈沖流量計利用脈沖定理測量流量的流量計稱為脈沖流量計,多用於測量顆粒狀固體介質的流量,也用於測量泥漿、結晶液體和磨料的流量。流量測量範圍從每小時幾公斤到近萬噸。典型的儀器是水平分量脈沖流量計。它的測量原理是當被測介質從壹定高度h以傾斜角度自由下落到檢測板上時,產生壹個沖量,沖量的水平分量與質量流量成正比,因此測量這個水平分量就可以反映質量流量。
(七)電磁流量計電磁流量計是應用導體在磁場中運動產生與流量成正比的感應電動勢的原理制成的,通過測量電動勢來反映管道的流量。其測量精度和靈敏度高。它在工業中廣泛用於測量水、紙漿和其他介質的流量。最大可測量管徑2m,壓力損失極小。但是,不能使用低電導率的介質,如氣體和蒸汽。電磁流量計價格昂貴,信號易受外界磁場幹擾,影響了其在工業管道流量測量中的廣泛應用。為此,產品不斷改進和更新,並向電腦化發展。
(八)超聲波流量計超聲波流量計是根據超聲波在流動介質中的傳播速度等於被測介質平均流速與聲波本身速度的幾何和的原理設計的。它還通過測量流速來反映流速。超聲波流量計雖然在20世紀70年代才出現,但由於可以做成非接觸式,可以與超聲波水位計聯動,測量開口流量,不會對流體造成擾動和阻力,因此非常普及,前景廣闊。超聲波流量計的分類:(1)多普勒超聲波流量計:換能器1發射頻率為f1的超聲波信號。經過管道內液體中的懸浮顆粒或氣泡後,頻率發生偏移,以頻率f2反射到換能器2,這就是多普勒會聚,f2與f1之差就是多普勒頻差fd。設流體速度為v,超聲波速度為C,多普勒頻移fd與流體速度v成正比,在管道條件、換能器安裝位置、發射頻率、聲速確定的情況下,C、f1、θ為常數,流體速度與多普勒頻移成正比。通過測量頻移,可以得到流體速度,進而可以得到流體流量。(2)時差式超聲波流量計:時差式超聲波流量計是利用聲波在流體中順流傳播和逆流傳播的時間差與流體流量成正比的原理來測量流體流量的。
(9)流體振蕩流量計流體振蕩流量計是利用流體在特定流道條件下流動時會發生振蕩的原理設計的,振蕩的頻率與流量成正比。當流道截面固定時,流量與體積流量成正比。因此,可以通過測量振蕩頻率來測量流量。這種流量計是在20世紀70年代開發的。由於它具有無旋轉部件和脈沖數字輸出的優點,所以有很好的發展前景。目前比較典型的產品有渦街流量計和旋進旋渦流量計。
(10)質量流量計由於流體的體積受溫度、壓力等參數的影響,用體積流量表示流量時,需要給出介質的參數。當介質參數不斷變化時,往往難以滿足這壹要求,導致儀表顯示值失真。因此,質量流量計得到了廣泛的應用和重視。質量流量計可分為直接式和間接式。直接質量流量計利用與質量流量直接相關的原理進行測量。目前有量熱式、角動量式、振動陀螺式、馬格努斯效應式、科裏奧利力式等質量流量計。間接式質量流量計是將密度計與體積流量直接相乘得到質量流量。還有適合明渠流量測量的各種堰式流量計和槽式流量計;適用於大口徑流量測量的插入式流量計;測量層流的層流流量計;適用於兩相流測量的相關流量計:以及激光法、核磁振動流量計、各種示蹤法和稀釋法。
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