智能式天然气流量计的研制

　　目前,国内外在工业上对天然气流量测量基本上采用差压式流量测量方法,许多国家都建立了相应的天然气孔板计量标准。但是,由于全世界大约70%的大气油田的天然气流量测量都是采用根据美国天然气流量计量标准生产的计量仪表,因此美国天然气流量测量标准有一定的约定的法律权威。我国的一些大气油田对天然气流量测量也使用引进的美国仪表。本文介绍了一种根据美国天然气流量测量标准研制的智能式天然气流量计,这种仪表对于取代进口仪表,其技术经济效益十分明显,同时仪表的部分指标及功能均超过国外同类产品。

　　1　天然气流量测量原理及计算方法

　　差压式流量计的变换元件孔板装入被测介质流经的管路中,使被测介质在管道中造成局部收缩。处于一定压力下的介质流经局部收缩时,介质流速增加,静压下降,在节流装置前后将产生一定的压力降,介质流量越大,在管道直径一定的条件下,介质流速越大,因而产生的压降也越大,测出孔板前后的压差值,即可求出流过介质流量的大小。孔板附近的流动情况如图1所示。根据能量守恒方程及流体的连续性方程可推导出流量方程。美国气体测量委员会关于天然气流量给出了流量方程的一般表达式如公式(1)

　　式中:C—孔板流量系数; hω—孔板前后压差值;pf—绝对静压;Q—基准条件下的流量。

　　孔板流量常数C定义为当hωPf=1时,在基准条件下的流量, C由公式(2)给出。

　　式中:Fb—基本孔板系数;Fr—雷诺数系数; Y—膨胀系数; Fpb—压力基准系数;Ftb—温度基准系数;Ftf—流动温度系数;Fg—比重系数;Fpv—超压缩系数;Fm—压力计系数(仅对水银型仪表而言);Fα—孔板热膨胀系数;FL—仪表位置系数(仅对水银型仪表而言)。

　　美国天然气流量测量标准对公式(2)中的各个系数的补偿公式作出了明确规定,由于AGA3号报告中采用英制单位,我们对所研制的智能式天然气流量计进行了必要的单位制变换。

　　2　仪表硬件电路结构

　　为了扩大差压流量计的量程范围,保证测量精度,测量管道使用了五条等直径的并联管道,根据流量的大小由仪表发出控制信号,控制各路电磁阀的通断,总流量即为五条管道的流量之和。

　　为了消除工况变化较大和各种因素对天然气流量测量的影响,需要对温度、压力密度的变化进行自动补偿和修正,同时可以通过仪表对输出参数进行输入、检查和修正,对仪表的常规故障及仪表运行进行实时自诊、故障定仪、报警。仪表硬件电路结构框图如图2所示。