涡街流量计在天然气流量测量中的应用

　　1　前言

　　天然气是世界上重要的自然资源,做为能源和化工原料,在现代工业和日常生活中的应用日益广泛。天然气是一种复杂的多组分的气体混合物,而这些组分随着油区、油气井,或季节的变化而千差万别,甚至同一固定组分,其各自含量也不是一成不变的,因而天然气的物理性质和热力学性质也是不同的。对测量仪表而言,必须考虑这些因素的变化,使测量达到准确可靠的目的。

　　目前,国内外普遍采用的流量计还是节流件为标准孔板的差压式流量计,其它形式的流量计也在积极的研制开发之中,本文重点阐述的就是新型流量计的代表———涡街流量计。

　　2　涡街流量计测量原理及应用

　　2.1普通型涡街流量计

　　在流场中插入一个与流动方向垂直的非流线型对称柱状体(称之为旋涡发生体),则在流体绕过旋涡发生体时,出现附面层分离,两侧将交替产生两列内旋的旋涡列,称之为“卡门涡街”。

　　在一定雷诺数范围(2×104~7×106)内旋涡的频率f,液体流速v及旋涡发生体迎流面宽度d有如下关系:

　　式中Sr为斯特劳哈尔数。

　　用涡街流量计对液体、蒸汽、天然气和空气作试验,所得的数据证明了Sr与流体密度无关,在很宽的流速范围内基本上是一常数,取值为0.16~0.22,与旋涡发生体形状有关。

　　根据流动连续性原理:

　　即:

　　式中　v为管道平均流速;

　　v1为流体绕过柱体时的流速;

　　D为管道直径;

　　F为旋涡发生体在流动方向上投影面积。

　　F的面积为:

　　因d/D<1,由幂级数展开并略去三阶以上无穷小量并代入前式有:

　　所以

　　又：

　　令:K=[π4D2·(1-1.25dD)dSr]-1,称之为仪表系数。

　　有:Qs=fk

　　上式中的Qs是天然气在实际工作压力和温度下的体积流量,如果换算到标准状态下的体积流量Qn为:

　　这是应用较为普遍的一种测量方法,从上式看出,测量的累积流量是在一定工作时间内的平均温度和平均压力下折算到标准状态下的体积,这样必然引起一定的误差,所以必须进行在线实时温度、压力、压缩系数修正补偿,这样才能提高测量精度,减小测量误差。

　　2.2质量型涡街流量计

　　在流体经过旋涡发生体,产生“涡街”的同时,由于流速的交替变化,造成两侧压力不同,使旋涡发生体同时受到一个横向的交变外力FL为: