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水對E+H超聲波氣體流量計的影響及處理方法的分析

2014年09月18日 11:56:05人氣:2144來源:東莞市廣聯(lián)工業(yè)設(shè)備有限公司

    近幾年來,我國天然氣行業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn)。在天然氣行業(yè)中流量計量是直接影響企業(yè)和用戶經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵環(huán)節(jié),越來越受到重視。時差式超聲波流量計以其精度高、可測量范圍大、量程比大、可測雙向流量和無壓損等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用在天然氣行業(yè)中。雖然目前天然氣處理工藝技術(shù)已經(jīng)非常先進(jìn)和完善,但超聲波換能器上往往還會出現(xiàn)積水現(xiàn)象。這些積水主要來源于殘存的試壓水和管道內(nèi)濕空氣遇冷析出的冷凝水,這些液態(tài)水致使超聲波流量計失效或出現(xiàn)計量故障,造成經(jīng)濟(jì)損失,給企業(yè)和用戶帶來糾紛。

    如圖1所示,在充滿氣體的管道壁有兩個成一定夾角的超聲波換能器,設(shè)氣體流速為V,管道直徑為D,兩換能器中心線之間距離為L,兩個換能器延管線方向距離為X,超聲波在被測氣體中靜止速度為C。

流量計信息網(wǎng)內(nèi)容圖片

圖1 液態(tài)水在超聲波流量計中位置

    在天然氣流經(jīng)換能器A和換能器B過程中,根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)原理,與天然氣順流方向換能器B端部易存留積水,而A端在受到流體的沖擊作用下不易產(chǎn)生積水。

    當(dāng)A、B換能器均未積水的情況下,根據(jù)時差法測算氣體流速原理,順流時間

  逆流時間

    流量計信息網(wǎng)內(nèi)容圖片  (2)

    由公式(1)和(2)推導(dǎo)計算出氣體流速V為

    流量計信息網(wǎng)內(nèi)容圖片   (3)

    由此通過測量X、L、t1、t2就可計算氣體流速,再將氣體流速加權(quán)修正后,測算出氣體流量。

    在換能器B積水的情況下,換能器A發(fā)出的超聲波會首先作用在積水上,此時會出現(xiàn)兩種情況:一種情況是超聲波在水的反射作用下,使換能器B無法接收到超聲波,因而造成流量計無法記錄數(shù)據(jù);另一種情況是超聲波在氣體傳播實際距離為L′,在液態(tài)水中傳播距離為L-L′。根據(jù)時差法超聲波測量原理,順流時間

    流量計信息網(wǎng)內(nèi)容圖片  (4)

    其中

    流量計信息網(wǎng)內(nèi)容圖片  (5)

    式中Δt為超聲波在液態(tài)水中傳播時間。

    逆流時間

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    其中

    流量計信息網(wǎng)內(nèi)容圖片   (6)

    另外

    流量計信息網(wǎng)內(nèi)容圖片  (7)

    由公式(4)、(5)、(6)、(7)計算得氣體實際速度V′為

    流量計信息網(wǎng)內(nèi)容圖片  (8)

    超聲波氣體流量計后臺根據(jù)實際t1和t2,計算出氣體流速V為

    流量計信息網(wǎng)內(nèi)容圖片  (9)

    因為超聲波在液態(tài)水傳播時間Δt相對于t1'很小,可認(rèn)為流量計信息網(wǎng)內(nèi)容圖片,則有V>V′,這樣引起了計量故障,嚴(yán)重時會引起商業(yè)糾紛。

如何處理水對E+H超聲波氣體流量計的影響呢?下面介紹減少水對超聲波流量計影響措施
    (1)科學(xué)的設(shè)計是減少天然氣長輸管道存水的關(guān)鍵。在天然氣管道路由設(shè)計時要考慮長輸管道地勢低洼地段積水因素;在場站設(shè)備設(shè)計時要考慮各超聲波流量計前設(shè)備的排水功能和分離器系統(tǒng)的液態(tài)水處理功能。雖然現(xiàn)在的分離器可以除去各種尺寸的固體顆粒,也能100%分離掉大于8~10μm的水汽,但液態(tài)水的帶入會嚴(yán)重降低分離器的處理效果[2]。所以在設(shè)計工藝流程時,應(yīng)考慮在分離器前面加一級液態(tài)水處理裝置,分離掉大部分從管道內(nèi)帶來的液態(tài)水,其余少量水汽再由分離器除去。這種兩級分離工藝流程設(shè)計在國內(nèi)氣體超聲波流量計的場站中已經(jīng)得到應(yīng)用,效果良好。
    (2)投產(chǎn)前干燥管線是天然氣長輸管道干燥的重要保證。天然氣管道投產(chǎn)前的一般程序是試壓→除水→干燥→置換→投產(chǎn)。投產(chǎn)前的管道積水是管道內(nèi)液態(tài)水留存的主要原因。雖然國家規(guī)范中未強(qiáng)制規(guī)定進(jìn)行干燥,但由于超聲波氣體流量計較其他氣體流量計對液態(tài)水非常敏感,所以管線必須進(jìn)行干燥。
    (3)加強(qiáng)制度管理,減少人為因素影響。加強(qiáng)對超聲波流量計前設(shè)備的排水管理,尤其是對分離器的排污排水管理?,F(xiàn)在的分離器均設(shè)有排污管,通過人工排除分離出的污水。但如果操作人員管理不到位,積液會導(dǎo)致分離器失效,使液態(tài)水隨天然氣進(jìn)入超聲波氣體流量計而造成計量故障。所以應(yīng)建立分離器和之前相關(guān)設(shè)備的巡檢、點檢制度和保養(yǎng)規(guī)程,確保及時排除污水。
    (4)定期對流量計進(jìn)行清洗。根據(jù)實際情況,定期取下超聲波換能器進(jìn)行清洗,除去換能器上的污物和液態(tài)水,保證超聲波流量計計量準(zhǔn)確。

    由于E+H超聲波氣體流量計在天然氣長輸管線計量中應(yīng)用時間較短,對液態(tài)水的影響理論研究不多,也缺少改進(jìn)措施的探討和實踐。液態(tài)水造成超聲波流量計計量失效或偏大,這需要從設(shè)計、施工、投產(chǎn)前準(zhǔn)備、投產(chǎn)、日常管理、流程的優(yōu)化和設(shè)備改進(jìn)等各方面制定措施,防止管道積水和水汽,從而減少液態(tài)水的影響,提高計量精度,保證企業(yè)與用戶利益。

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