大口径煤气流量计量方案流程.docx

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大口径煤气流量计量方案流程

大口径煤气流量计量方案

    大口径煤气流量计量一直是冶金、焦化、城市管网等行业重要计量点，也是计量难点。

究其原因主要有四个方面：

一、介质较脏污，容易在检测元件表面堆积污物，从而大大影响测量精度；二、介质压力低，流速低，工艺要求测量压损比较小；三、介质为混合物，组分变化对测量影响比较大；四、管线多为主干线，仪表安装与维护不能影响正常生产。

理想煤气计量系统应当具有带气安装维修、在线清洗、测量范围宽、测量精度可靠、符合相关标准、数据存储、监督管理以及网络通讯功能。

这里向大家介绍针对不同场合，不同测量精度要求而制定四种大口径煤气流量测量系统：

 ■多管并联标准节流件测量系统

 ■测管流量测量系统

 ■在线比对标定管道已有阻流件流量测量系统

 ■变径整流器与插入式涡街构成流量测量系统

系统一：

多管并联标准节流件测量系统

■概述

   该系统应用于重要贸易结算，测量精度要求较高计量点。

系统采用多管并联孔板作为一次测量元件，采用流量计算机进行流量计算、数据存储、监督管理以及网络通讯。

    由于介质脏污，对孔板测量精度影响较大，因此一次测量元件采用多管并联孔板，可以定期切换清洗，且不影响正常输气。

二次仪表选用流量计算机。

流量计算机补偿运算严格遵从GB/T18215.1-2000《城镇人工煤气主管道流量测量》国家标准等有关标准，除进行基本温压补偿外，对严重影响煤气计量精度密度、湿度等因素，进行了修正，同时对孔板流出系数C、流束膨胀系数ε进行实时逐点计算，使系统测量范围大大提高。

所使用流量计算软件已通过国家权威部门认证。

另外流量计算机还具有强大数据存储、监控和通讯功能，可以通过电话或计算机网络与上位机组建起集散式计量管理网络，特别是对于现场仪表误操作或人为非法操作（如对仪表断电，非法修改参数设置，对流量、温度、压力信号进行断路和短路等）具有监控功能。

    流量测量部分由3个并联孔板组成，可以定期切换清洗。

3个差压信号以及补偿温度压力信号均送到同一台流量计算机中。

■系统功能及技术指标：

 ● FC2000流量计算机可同时进行3块孔板流量测量；可输入煤气全组分或接入实时密度计，进行实时密度修正；可接入实时湿度计，进行实时度修正，补偿计算符合有关国际建议与国家行业标准。

 ● 对节流式流量计流出系数C、流束膨胀系数ε进行实时逐点计算，使系统在10:

1测量范围内精度为±1%。

 ●系统具有完善计量监管功能：

  ▲记录仪表被断电时间

  ▲记录所有对仪表设置改动内容

  ▲能查看累积起始时间和累积量被清零时间

  ▲仪表设置操作需要供需方双重密码正确方可进行

  ▲连接打印机即可打印出仪表设置、报警、审计、历史数据等书面内容

  ▲能储存1000条历史数据，100条审计记录，100条报警记录以供查阅

  ▲连网流量计算机可以实现远程实时监控

 ● 通讯功能：

RS232、RS485、有线Modem（程控电话网）、无线Modem、Ethernet（以太）网等。

 ● 最大累积流量显示：

999,999,999工程单位

系统二：

插入式测管流量测量系统

■概述

   该系统采用插入式测管流量计来进行测量。

插入式测管流量计是根据ISO396“封闭管道中流体流量测量—采用皮托管速度面积法”国际标准而设计制造专门用于大口径煤气流量测量先进仪表。

该套流量计由插入式测量管和测管流量计算机构成。

该系统具有测量范围宽、压力损失小、可不断气安装检修、不易结污、可在线清洗等突出性能，适用于脏污、低压、低流速大口径煤气介质流量测量。

   插入式测量管是基于皮托管测量原理针对煤气介质特点而采用专利结构设计差压式点流速测量管。

它将管道中某点流体流速转变成一个对应差压信号，由于其测量是管道中某点流速，因此其可以用于不规则管道流量测量（由测管流量计算机进行截面系数修正），这对绝大多数因污物堆积而改变了流通截面积煤气管道而言有重要现实意义。

其采用新一代专利设计结构，独有测头形式具有测量压力损失小、污物不易堆积性能；可不断气安装检修；可在线清洗等优点，避免了传统均速管无法测量变形管道流量，易堵塞，无法彻底在线清洗缺点。

     测管流量计算机是一款具有高精度流量计算、数据显示存储、信息记录、网络通讯功能新一代计量仪表，是与插入式测管配套使用二次显示仪表。

其接收插入式测量管差压信号，根据标定出插入式测管仪表系数分5段计算出该点流速，然后根据ISO3966国际标准中“封闭管道中流体流量测量—采用皮托管速度面积法”计算出工况流量。

仪表可设置“截面修正系数”对变形管道进行修正。

仪表还可根据有关国际标准与建议、国家与行业标准进行温度、压力、组分补偿、计算出标况体积流量或质量流量。

■系统应用

1.插入式测量管测量系统

   该系统由一套插入式测管和一台测管流量计算机构成。

测管流量计算机根据ISO3966国际标准中“封闭管道中流体流量测量—采用皮托管速度面积法”计算出平均流速。

直管段要求表：

系统精度

系统连接图

2.FJPE3型测管测量系统

   该系统由三支插入式测管和一台测管流量计算机构成。

测管流量计算机根据ISO3966国际标准中“封闭管道中流体流量测量—采用皮托管速度面积法”计算出平均流速。

直管段要求表：

系统精度

系统三：

在线比对标定管道已有阻流件流量测量系统

■概述

   该系统是用皮托管在线标定大口径煤气工艺管道上已有阻流件流量测量系统。

在实际工艺管道上有很多阻流件，例如管线上弯管、变径管和废弃孔板等。

这些阻流件有着和孔板近似流量特性，即流体流过它们时，在它们两侧会产生一个压差，我们只要知道了这些阻流件差压值与流量值数学关系就可以通过测量差压推导出流量了。

我们所熟知标准节流件流出系数C、以及流量补偿计算式均是通过大量标定数据得来。

因此，同样可以采用标定方法来确定管道中已有阻流件流出系数C、以及流量补偿计算式。

确定了这些计算式后，通过测量差压、压力、温度、组分（密度）、湿度等参数，就可以间接地计算出流量了。

    在该流量测量方法中我们采用ISO3966国际标准中“封闭管道中流体流量测量—采用皮托管速度面积法”对工艺管道上已有阻流件进行现场实流比对标定。

该方法具有以下特点：

①应用在流速大于2m/s，口径1000以上场合。

②测量系统量程范围与实际工况量程范围完全一致。

③无附加压力损失。

④安装维护简单，可在不断流情况下施工。

⑤测量系统抗介质脏污。

⑥系统造价低。

⑦测量精度可达2.5%。

⑧同一套比对标定设备可重复使用。

■比对过程中实际流量值获得

   该比对场合必须考虑到比对过程中管道施工应尽可能少，可以在线进行安装，方法要有国际标准支持等问题。

在该流量比对系统中采用ISO3966国际标准中“封闭管道中流体流量测量—采用皮托管速度面积法”获得实际流量值，通过标定后皮托管精度可达到0.1%。

按照标准规定，在同一管道截面上选取一系列测量点，用皮托管测量出这一系列测量点点流速，最后用算术法计算出平均流速和体积流量。

皮托管外径可以作较小（Φ25以内），通过使用在线打孔器和设计出可在线插入/拔出皮托管密封连接件，即可实现皮托管在线安装和调整插入深度，这对很难断流大口径煤气流量测量有着很重要实际意义。

■比对同步性

   比对标定法必须保证比对过程中时间同步。

即必须有设备能记录下较长时间段内工艺管道上已有阻流件差压值和该时刻皮托管差压值，以及该时刻温度、压力值。

该流量比对系统中采用具有很大存储空间和强大运算能力FC2000流量计算机进行比对实时数据采集和存储，并且最终由FC2000流量计算机采集工艺管道上已有阻流件差压、压力、温度，并实时计算出流量值。

■宽量程实现

   该流量测量系统通过三个技术手段实现测量系统宽量程：

⒈比对在较大流量范围内进行，比对过程中尽可能在全量程范围内改变流量值，使比对数据能覆盖整个流量范围，这样拟合出工艺管道上已有阻流件全量程范围内数学模型。

⒉采用宽量程智能差压变送器。

工艺管道上已有阻流件流量量程宽意味着差压范围必定很宽，这样必须使用宽量程差压变送器，目前智能差压变送器量程比已经能达到100:

1。

⒊FC2000流量计算机通过HART协议通讯读取智能差压变送器差压值，这样就弥补了4～20mA信号分辨率低导致差压变送器宽量程范围使用时小差压信号无法读出和测量精度下降缺陷。

系统四：

变径整流器与插入式涡街构成流量测量系统

■概述

   该流量测量系统由变径整流器、插入式涡街流量计以及流量计算机构成。

    该系统具有：

①下限流速低（≤1.5m/s），量程比宽（≥15:

1）优点，对减少输差具有重要意义。

②变径整流器入口处为光滑曲线，介质流经时，有自清洗效果，不会造成粉尘堆积。

③插入式涡街流量计可在管道不断流情况下旋出测头进行清洗或在线用蒸汽吹扫，不影响连续生产。

④压损小，插入式涡街流量计测头部分在大口径管道内流阻可忽略不计，变径整流器变径比一般大于0.7，流速为20m/s时，压损仅为20Pa以内。

⑤直管段要求低，同平面两个90℃弯头情况下，仅需3倍D。

⑦可用于300mm～1000mm煤气管道。

⑧精度可达2.5%。

    二次仪表选用流量计算机。

流量计算机补偿运算严格遵从GB/T18215.1-2000《城镇人工煤气主管道流量测量》国家标准等有关标准，除进行基本温压补偿外，对严重影响煤气计量精度密度、湿度等因素，进行了修正，同时采用非线性修正技术手段提高了整个系统精度。

另外流量计算机还具有强大数据存储、监控和通讯功能，可以通过电话或计算机网络与上位机组建起集散式计量管理网络，特别是对于现场仪表误操作或人为非法操作（如对仪表断电，非法修改参数设置，对流量、温度、压力信号进行断路和短路等）具有监控功能。

■仪表结构图

■变径整流器介绍

   人们印象中流体整流器往往是那种“蜂窝煤”式结构。

这类流体整流器由于易引起污物堵塞和阻力损失较大，所以主要用于实验室和流量标定系统，在工业测量上很少使用。

本系统中使用变径整流器它外型类似于节流装置中喷嘴，纵断面采用特殊曲线，就具有了整流，提高流速及改变流速分布多重作用，与涡街流量配合使用，大大提高了涡街流量计性能（下限流速、量程比、直管段要求等）。

由于其为流线型，因此其本身阻力损失很小，计算公式如下：

四种系统方法对比