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煤氣流量計(jì)量儀表的選型及應(yīng)用

閱讀:1740      發(fā)布時間:2016-3-21
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煤氣俗稱“瓦斯”,,其主要成分是CH4(甲烷),,與煤炭伴生、以吸附狀態(tài)儲存于煤層內(nèi)的非常規(guī)天然氣,,熱值是通用煤的2~5倍。1m3純煤氣的熱值相當(dāng)于1.13kg汽油,、1.21kg標(biāo)準(zhǔn)煤,,其熱值與天然氣相當(dāng),可以與天然氣混輸混用,,而且燃燒后很潔凈,,幾乎不產(chǎn)生任何廢氣,是上好的工業(yè),、化工,、發(fā)電和居民生活燃料。煤氣在空氣中的濃度達(dá)到5%~16%時,,遇明火就會爆炸,,這是煤礦瓦斯爆炸事故的根源。煤氣直接排放到大氣中,,其溫室效應(yīng)約為二氧化碳的21倍,,對生態(tài)環(huán)境破壞性*。
在采煤之前如果先開采煤氣,,煤礦瓦斯爆炸率將降低70%到85%,。煤氣的開發(fā)利用具有一舉多得的功效:提高瓦斯事故防范水平,具有安全效應(yīng);有效減排溫室氣體,,產(chǎn)生良好的環(huán)保效應(yīng);作為一種,、潔凈能源,商業(yè)化能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益,。
我國埋深2000m以下淺煤氣地質(zhì)資源儲量約36.81萬億m3,,居*三位。煤氣利用范圍不斷拓展,,廣泛應(yīng)用于城市民用,、汽車燃料、工業(yè)燃料,、瓦斯發(fā)電等領(lǐng)域,,煤礦瓦斯用戶過189萬戶,煤氣燃料汽車6000余輛,,瓦斯發(fā)電裝機(jī)容量過75萬kW,,實(shí)施煤礦瓦斯回收利用CDM項(xiàng)目60余項(xiàng),煤氣的利用必將得到大力的發(fā)展,作為能源貿(mào)易計(jì)量,,非常有必要選用合適的流量計(jì),。
1、煤氣計(jì)量場合特點(diǎn)
1.1計(jì)量工作環(huán)境及條件
我國煤氣主要分布在華北和西北地區(qū),,大于5000億m3的含煤氣盆地(群)共有14個,,其中含氣量在5000~10000億m3之間的有川南黔北、豫西,、川渝,、三塘湖、徐淮等盆地,,含氣量大于10000億m3的有鄂爾多斯盆地東緣,、沁水盆地、準(zhǔn)噶爾盆地,、滇東黔西盆地群,、二連盆地、吐哈盆地,、塔里木盆地,、天山盆地群、海拉爾盆地,,儲存條件復(fù)雜,、環(huán)境惡劣,計(jì)量儀表一般安裝在野外,,晝夜溫差非常大,。
環(huán)境溫度為-25~50℃,工作壓力(一般為)0.2~0.6MPa,。
1.2氣質(zhì)含水量大,、雜質(zhì)多
從氣井出來的氣,配備有分離器,,但由于工況條件(溫度,、壓力等)變化、分離器跑油,、間斷計(jì)量時油水在計(jì)量管路中沉積等因素,,經(jīng)分離后的氣體中還是不可避免地含有液體,因此,,油氣田內(nèi)部集輸?shù)拇蠖嗍菨駳怏w,。
由于煤氣來源及采氣工藝的問題,采出的氣體均不潔凈,,含有的雜質(zhì),。
1.3工藝流程特殊
煤氣抽采過程中,,為了及時了解煤氣產(chǎn)量,需要頻繁測量井底流壓,,工藝流程如圖1?,F(xiàn)場做法是在撬裝計(jì)量系統(tǒng)的流量計(jì)上下游安裝有閥門,先慢慢關(guān)小流量計(jì)上游的閥門,,下游閥門的“排空”管道打開;在“排空”結(jié)束后,,切換到“集輸管網(wǎng)”時,需要將“排空”閥門關(guān)小再打開集輸管網(wǎng)的閥門,,該過程約需1~2h,,在此過程中,由于下游閥門開度越來越小,,在流量計(jì)處的介質(zhì)壓力慢慢升高,,即通俗所說的“憋壓”,。
2,、煤氣用流量儀表選型
煤氣的物理性質(zhì)與常規(guī)天然氣類似,但由于煤氣抽采工藝特殊,,濕氣,、氣質(zhì)臟等特點(diǎn),有些流量計(jì)使用一段時間后即不能正常計(jì)量,。故在流量計(jì)的選型上有其特殊性,,分述如下。
2.1 孔板流量計(jì)
孔板流量計(jì)的主要特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)易于復(fù)制,、簡單牢固,、性能穩(wěn)定可靠、使用期限長,、價格低廉等,,整套流量計(jì)由節(jié)流裝置、差壓變送器和流量顯示儀(或流量計(jì)算機(jī))組成,。它們可以分別由不同廠家生產(chǎn),,易于形成規(guī)模生產(chǎn),經(jīng)濟(jì)效益高,,各部分組合非常靈活,,即使目前推出的一體化孔板流量計(jì),亦可分開生產(chǎn),,再靈活組裝,。
但是孔板流量計(jì)亦有一些重大缺點(diǎn):范圍度窄,壓損大,,且需要進(jìn)行微差壓測量,,重復(fù)性不高,,對整套流量計(jì)的度影響因素多且錯綜復(fù)雜,因此度提高的難度很大,,且對現(xiàn)場安裝條件要求高等,。
而且在長時間計(jì)量對孔板銳角的磨損,影響計(jì)量的性,。晝夜溫差大,,冬季未做保溫處理的計(jì)量閥組在夜間結(jié)冰,過流面積減少,,計(jì)量度大大降低,。
2.2渦輪流量計(jì)
渦輪流量計(jì)是一種速度式流量計(jì),利用置于流體中的葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流體流速成比例的關(guān)系,,通過測量葉輪的轉(zhuǎn)速來反映通過管道的流體體積流量,,是目前流量儀表中比較成熟的高度儀表之一。主要優(yōu)點(diǎn)是:測量度高,,復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性均好;量程范圍寬,,量程比可達(dá)(10~20)∶1,線性好;耐高壓,,壓力損失小;對流量變化反應(yīng)迅速,,可測
脈動流;抗干擾能力強(qiáng),信號便于遠(yuǎn)傳及與計(jì)算機(jī)相連,。
渦輪流量計(jì)的特性易受介質(zhì)物性和流體流動特性的影響,,愈是高度,其影響愈敏感,,例如介質(zhì)臟污,、結(jié)垢使葉片及通道發(fā)生變化,流量計(jì)特性亦隨之改變;軸承磨損使特性偏移等,。流體流動特性有來流速度分布和流體脈動等的影響,,要保持儀表校驗(yàn)時的參比流動條件,其儀表系數(shù)才保持不變,,否則需進(jìn)行相應(yīng)的修正或?qū)嵭性诰€校準(zhǔn),,以獲得現(xiàn)場實(shí)際的流量計(jì)特性。
由于煤氣質(zhì)臟,,在應(yīng)用過程中,,渦輪流量計(jì)上游需加裝過濾器,并且需定期清洗,。
2.3旋進(jìn)旋渦流量計(jì)
是速度式流量計(jì)的一種,,在國內(nèi)的研制始于上世紀(jì)70年代末,經(jīng)過近幾年的發(fā)展,,目前該類產(chǎn)品已從單探頭結(jié)構(gòu)改進(jìn)為雙探頭(壓電傳感器)差動式結(jié)構(gòu)。其工作原理如圖2:當(dāng)沿著軸向流動的流體進(jìn)入流量傳感器入口時,旋渦發(fā)生體強(qiáng)迫流體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,,于是在旋渦發(fā)生體中心產(chǎn)生旋渦流,,旋渦流在文丘利管中旋進(jìn),,到達(dá)收縮段突然節(jié)流使旋渦流加速,當(dāng)旋渦流進(jìn)入擴(kuò)散段,因回流作用強(qiáng)迫進(jìn)行旋進(jìn)式二次旋轉(zhuǎn)。此時旋渦流的旋轉(zhuǎn)頻率與介質(zhì)流速成正比,,并為線性。兩個壓電傳感器檢測的微弱電荷信號經(jīng)前置放大器差動放大,,濾波,,整形后變成兩路頻率與流速成正比的脈沖信號,同時處理電路對兩路的脈沖信號進(jìn)行相位比較和判別,,剔除干擾信號,,而對正常的流量信號進(jìn)行計(jì)數(shù)處理。

由于采用了雙探頭差動式結(jié)構(gòu),,且配合相位識別電路,,可有效地克服單探頭結(jié)構(gòu)抗脈動和機(jī)械振動能力差的缺點(diǎn)。近年來,,有些流量計(jì)還采用了自適應(yīng)功率譜FFT算法技術(shù),,使產(chǎn)品的小流量檢測能力和抗干擾能力得到有效提高,,且隨著單片機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展,,儀表實(shí)現(xiàn)了智能化、網(wǎng)絡(luò)化,,真正使該產(chǎn)品的計(jì)量性能和質(zhì)量水平實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍,。由于它具有體積小、無可動部件,、介質(zhì)適應(yīng)性好,、可靠性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),,已被廣泛用于石油,、化工、冶金,、電力和燃?xì)獾阮I(lǐng)域的計(jì)量,,尤其在煤氣計(jì)量領(lǐng)域,更是的計(jì)量用表,。
2.4聲流量計(jì)
氣體聲流量計(jì)的應(yīng)用始于20世紀(jì)90年代,,由于它的一些突出優(yōu)點(diǎn)———測量度高、量程比寬,、無壓損,、無可動部件等,,受到用戶的歡迎。它適用于高壓,、大口徑,、潔凈的天然氣流量計(jì)量。在現(xiàn)場應(yīng)用中,,聲流量計(jì)安裝條件要求高,。在煤氣測量時,由于經(jīng)過濾后的小粒徑煤粉會附在探頭上,,影響計(jì)量的性,。對時差式氣體聲流量計(jì),小粒徑煤粉會影響聲波的正常傳輸,,無法實(shí)現(xiàn)時差的測量,。因此,在煤氣計(jì)量中,,一般不宜選用,。
3、旋進(jìn)旋渦流量計(jì)在“憋壓”時計(jì)量的問題及解決方案
如圖1,,在關(guān)小流量計(jì)上游的閥門,,下游閥門的“排空”管道打開時,流量計(jì)正常工作;在“排空”結(jié)束后,,切換到“集輸管網(wǎng)”時,,即將“排空”閥門關(guān)小再打開集輸管網(wǎng)的閥門(即“憋壓”)時,壓力達(dá)到一定程度,,流量計(jì)不能正常計(jì)量,,流量示值有“虛大”的現(xiàn)象。
對于該問題,,我們在實(shí)驗(yàn)室,,按現(xiàn)場管道進(jìn)行模擬現(xiàn)場情況,并且按延長直管段,、加整流器,、加彎管3種情況進(jìn)行試驗(yàn),得出加彎管可解決該問題的結(jié)論,。
3.1試驗(yàn)設(shè)備配置
流量計(jì):TDS智能旋進(jìn)旋渦流量計(jì);
前直管段:≥10D;
后直管段:≥5D;
空氣壓縮機(jī);
儲氣罐;
調(diào)壓閥;
上,、下游球閥等。
實(shí)驗(yàn)在參比條件下進(jìn)行,。
3.2延長前,、后直管段
如圖3所示。

可以看出,,在常壓102kPa開始時閥門開始關(guān)小,,通過的流量應(yīng)相應(yīng)地變小,,但實(shí)際流量不降反增,從173.2m3/h增到180.3,、208.8,、238.2m3/h,直到壓力再往上增,,即閥門開度很小的時候,,在壓力為280.0kPa后,通過的流量才降低,,從開始減小閥開度時開始,,該處計(jì)量的流量即出現(xiàn)“虛大”現(xiàn)象。
3.3加整流器
在圖3的基礎(chǔ)上,,將前直管段前部分500mm加上如標(biāo)準(zhǔn)GB/T2624—2006/ISO5767-1:2003《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量》所述的19根管子的管束式流動整直器,,如圖4、圖5,。

從表2看出,,在常壓101.6kPa開始時閥門開始關(guān)小,現(xiàn)象與前述延長直管段相似,,當(dāng)調(diào)小閥門開度時,,實(shí)際流量不降反增,到一定程度(調(diào)小下游閥門使壓力升至300.4kPa)下降,。該處計(jì)量的流量出現(xiàn)“虛大”現(xiàn)象,。
3.4加彎管
如圖6所示。

從表3可看出,,當(dāng)閥門開度變小時,,相應(yīng)的流量也變小,,與實(shí)際情況相符,。經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)應(yīng)用,結(jié)果相符,,解決了流量“虛大”的問題,。
從上述幾個試驗(yàn)可看出,在加彎管后且流量計(jì)自上至下垂直安裝狀態(tài)時,,可以解決“憋壓”過程中流量示值“虛大”的情況,。因此,該方案是解決“憋壓”的有效方案之一,。
4,、結(jié)束語
煤氣計(jì)量是近年來才發(fā)展起來的新領(lǐng)域,由于煤氣的介質(zhì)條件和使用條件較為惡劣,,因此,,從流量計(jì)的特點(diǎn)而言,,只有旋進(jìn)旋渦因無可動部件,比較適合煤氣計(jì)量,。但是,,旋進(jìn)旋渦流量計(jì)因是一種旋渦振蕩型流量計(jì),且檢測傳感器為壓敏元件,,盡管采用了差動式結(jié)構(gòu)等技術(shù)手段,,但尚難于克服現(xiàn)場的“憋壓”和強(qiáng)烈的振動,因此,,在設(shè)計(jì)時要盡量避免“憋壓”現(xiàn)象及強(qiáng)烈振動現(xiàn)象的存在,,有了這種現(xiàn)象存在就要采取有效的措施。本文介紹的解決方案僅拋磚引玉,,希望同行能有更多的研究成果,。從現(xiàn)場應(yīng)用看,建議改善計(jì)量的工藝流程,,如在計(jì)量裝置前應(yīng)進(jìn)行處理,,使流量計(jì)計(jì)量的條件趨于,計(jì)量的氣體潔凈,、干燥,,這樣,對流量計(jì)的計(jì)量,、使用壽命才有更大的幫助,。

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