一、 能源三气的现状
我国城镇所使用的煤气,主要是焦炉煤,其次为油制煤气。在冶金行业,除焦炉煤气外还有高炉煤气,在机械行业则有发生炉煤气、在化工行业有水煤气。焦炉煤气和油制煤气的主分成份是氢气、甲烷和一氧化碳。煤气中含有萘、铵的水化合物和焦油。这些组份很容易从煤气中分离出来而在管道内壁和管内其他构件表面上凝结并聚集起来,使得已有的多种流量测量仪表都无法正常工作。可以说,煤气的制造、输送及工业用气的计量难题一直未得解决。以往*勉强在用的计量手段是孔板,因孔板“积污”问题严重,使用过程中必须经常进行除污处理,这种情况下,计量准确度也就难以定量评估了。目前许多制气、用气单位,对焦炉煤气干脆就没有进行计量。
天然气有气井天然气和油气伴生天然气,既是燃料,又是化工原料。对天然气的计量有两种状况:一是加工处理前非洁净天然气的计量,一是加工处理后洁净天然气的计量。非洁净天然气中往往夹带有液体、固体颗粒和其他可能会对测量仪表造成污染的析出物,给计量带来很大麻烦,因而一直没有计量效果令人满意的流量仪表,孔板、旋进旋涡流量计是目前在用的主要计量手段。对洁净天然气的计量,本来不应有多大困难,但是由于处理技术欠佳及集输管道不干净等原因,集输过程及送到用户的天然气,有时也是不洁净的。目前,我国对洁净天然气的计量手段主要还是孔板。涡街和旋进旋涡流量计只在较小管径上有所使用。涡轮、超声流量计尚处于起步试用阶段。
蒸汽、包括饱和蒸汽和过热蒸汽,使用非常广泛。饱和蒸汽的计量难点在于,一是蒸汽干度的修正及其可能出现的汽水两相流测量问题不好解决,二是饱和蒸汽的用户多为中、小企业,用汽量波动幅度太大,计量仪表的性能难以适应。以上两种原因,再加上仪表自身性能的缺陷,造成测量误差过大。过热蒸汽计量的麻烦要小于饱和蒸汽。蒸汽现用计量手段,除传统的孔板、喷嘴以外,还有涡街、阿纽巴等。其中温度较高、管径较大的蒸汽计量,目前主要还是孔板、喷嘴这一传统计量手段。
二、 孔板计量的弊病
从我国目前能源三气计量现状来看,作为煤气、天然气、蒸汽管道集输与工业用气(汽)的计量手段,大量使用的还是孔板,直径在dn200mm以上的场合尤为如此。
使用孔板计量的弊病,是业内人士早已取得共识的问题,为引起更大范围的关注,为有益于推广使用测量新技术,改善如上“三气”的计量现状,这里还有必要就这一老问题予以重提。
1、孔板存在着不可避免的“锐边磨蚀”和“积污”问题。测量原理决定了,孔板从安装使用之日起,实际流出系数便在一天天变大(仪表指示值越来越偏低),在流体较脏和流速较高的场合,这种变化往往是很惊人的。有人做过专门的调查,一个新制造的符合标准要求的孔板,在安装使用一段时间之后拆下来重新进行检查,原来标准要求的节流孔应当保持尖锐的边缘被磨钝了:在标准中对平面度、表面粗糙度要求很高的孔板端面积结了许多污染物,用于测量高含湿气体和较脏污的流体时,在靠近孔板的死水区还积聚了液体和固体物质。由于孔板流出系数受入口边缘锐度及“积污”的影响很大,其结果使本来安装时流出系数不确定度为±0.6%的孔板,流出系数一下增大了百分之几。据国外专业杂志报导,在流体脏、流速高的场合,因“锐缘磨蚀”和“积污”而使流出系数增大百分之十几的也不足为怪。
2、孔板量程比太小,在中雷诺数区域,只有3~4,而用户实际用气(汽)量的波动幅度往往却要大得多。孔板计量特性决定了,其实际流出系数是随被测流体雷诺数re的变化而变化的。特别是在雷诺数5×103
值得提及的一个问题是,有一种在线可更换式活动孔板已在一些计量场合使用。无疑就改善测量精度而言,使用在线可更换活动孔板,在一定程度上可以控制减小因“磨蚀、“积污”而造成的测量偏差,但是并不能*消除这种测量偏差(总不能频繁地进行更换或清洗),而孔板的其它弊病也是依然存在。不仅如此,可更换孔板的安装附加误差也很难把握,密封问题,特别是高差压下的内漏问题,更是不能令使用者放心。
综合上述分析,有充分的理由断言,使用孔板(包括在线活动孔板)的实际测量偏差,往往要比孔板标定(干标或湿标)给出的误差范围大得很多,多数情况下则是卖方吃亏。所以,孔板计量不公平,以孔板作为贸易、经济结算计量手段的现状,必须尽快改变。
三、 对改善能源三气计量手段的探讨
鉴于孔板计量的严重弊病,随着流量测量技术的发展,近十几年来,若干新型或改进型流量测量仪表已陆续进入了三气测量领域。然而,由于三气计量条件的特殊性,也由于这些仪表计量与使用性能的局限性,虽然它们在某些计量场合也取得了较好的计量效果,但就三气测量领域而言,“孔板唱主角戏”的局面一直未能改变。去年大连索尼卡公司推出了一种内文丘里管流量计,它的测量原理与应用实践表明,这种新一代差压式流量计,*克服了孔板计量的种种弊病,对三气的计量条件具有很好的适应性。下面就几种可能取代孔板用于三气计量的测量手段予以简要分析。
1、 热(线)式气体质量流量计
恒温差式气体质量流量计,从原理上讲可以用于各种气体,包括煤气、天然气的流量测量,但实际它只适宜测量工况稳定、干燥的清洁气体,特别不适宜测量脏污和高含湿气体。
首先,测量原理决定了,被测介质的热物性差异,对测量结果影响极大。为此仪表需用实测介质进行标定。实际使用时,因被测介质组分变化而造成的使用附加误差在所难免,并难以定量评估。
其次,它不适宜测量脏污气体,气体中的含水不能太大,介质中也不能出现液体。如果在实测气流中一旦出现有可能将探头敏感元件糊住的糊状物质、特别是出现水滴或其他冷凝液,因介质对敏感元件冷却效应的骤然变化,将造成难以估量的测量误差,甚至使仪表无法正常工作。
再次,传感器直接测出的是管道内某一点或某几点位置上的气体流速,将其换算成管内流体的流量时,与管内气体的流速分布状况有关——取决于雷诺数和管壁粗糙度,如采用固定不变的计算因子,由此而带来的误差也是在所难免的。
2、 阿纽巴流量计
阿纽巴(也称均速管还有其它名称)流量计的测量原理与测速毕托管*相同,是实现了多点同时测量的毕托管,它结构简单、安装维护方便、压损小,用于大管径测量时,相对价格便宜,除用于测量水,也用于测量气体和蒸汽。
阿纽巴的测量原理及流量计算方法,决定了它不可能有理想的测量准确度(流量系数不确定度为1%),工况条件变化较大时,实际测量误差会远远超出设计标定值。流体对迎面取压孔的边缘磨损也会使流量系数逐渐发生改变,这与孔板锐边磨蚀相似,造成性能不稳定。测量脏的气体时,取压孔容易堵塞,这不但使流出系数发生改变,有时还会难以正常工作。近年来改进型的阿纽巴虽然在抗磨损、抗堵塞方面有了一定进步,但仍难以从根本上解决问题,焦炉煤气和非洁净天然气等脏污气体测量是不宜使用的。阿纽巴只适用于测量介质比较干净、工况比较稳定且勿需高准确计量的场合。
3、 旋进旋涡流量计
旋进旋涡式流量计,结构简单、安装维护方便,耐用并可测高含湿气体和其他较脏污的气体,但测量精度较低,不含温度、压力修正为1.5%左右。旋进旋涡由于有螺旋形叶片构成的起旋器,气体流过起旋器造成的压损太大,工况压力低、对压损要求较严的场合不便使用:其次测量的气体流速不能太低,否则起旋器不能起动会形成测量盲区(目前用于天然气计量的旋进旋涡流量计就存在着小流量不计量的计量缺陷)。用于测量煤气等脏污气体时,污物有可能在起旋器中积垢和将振动频率检测器糊住也是一个很大的问题。
4、涡街流量计
涡街流量计结构简单、安装维护方便,测量精度(不含温度、压力修正),液体为0.5-1%,气体、蒸汽为1-1.5%,量程比较宽,一般为20:1,近几年来涡街用于测量蒸汽,在dn200mm以下,发展较快,也有将其用于