靶式流量计在工程设计中的应用探讨

2017-05-30聂海朋

工业设计 2017年4期

聂海朋

摘要：本文以某地下儲气库项目为背景介绍了靶式流量计在计量系统设计中的一般设计方法，包括仪表选型以及计量系统设计中靶式流量计的典型配置等。最后给出了靶式流量计在设计中选型应该注意的问题。

关键词：靶式流量计；高粘度；双向计量；选型参考

引言

靶式流量计于六十年代开始应用于工业流量测量，主要用于解决高粘度，低雷诺数流体的流量测量。它除了适用于一般的气体、液体以及一般的蒸汽的流量测量以外，还适用于浆液介质、悬浮颗粒介质、易结晶凝结介质、脏污沉淀介质、腐蚀性介质以及高粘度介质。诸如重油、沥清、矿浆、焦油、淬火油、有机酸、非导电流体等等，同时还具有一定的抗脉动流的能力。在石油化工界得到了广泛应用。本文将简单介绍靶式流量计的原理和特点，并初步探讨靶式流量计在设计中的选型等。

1靶式流量计简介

靶式流量计是进行高粘度、低雷诺数流体流量测量的一种通用性较强的新型流量测量仪表。靶式流量计与其他流量计相比较，更具独特的优点：结构简单，安装维护方便，价格低廉，在检测过程中不易堵塞和堆积脏污物。和节流装置相比较，可省去导压管、冷凝器、集气器、沉降器、隔离器及喷吹系统等，减少了运行维护量。靶式流量变送器用实际介质标定时，精度可达1 ，具有灵敏度高，测量范围宽等特点。

2靶式流量计测量原理

介质流动时，流动质点冲击在靶上，靶的受力作用在靶杆上，使之产生微小的位移（2～3mm ），靶的受力经不绣钢杆传递给压敏电阻应变片，经应变片电桥把力转换成与流速的平方成正比关系的电信号。

公式如下：

式中：

F：靶板所受的作用力；Q：阻尼系数；A：靶板面积

P：工况下流体密度；V：特征流速。

式中：

Qm：质量流量，kg/h

Qv：体积流量，m3/h

α：流量系数

D：测量管内径mm

β：直径比，β=d/D

d：靶板直径，mm

靶板的受力经不锈钢靶杆传递给压敏电阻应变片，再经应变片电阻构成的惠斯登电桥把力转换成与流速平方成正比的电信号，通过将传感器输出电压△U 进行处理，可计算出流量。

3靶式流量计在设计中的选型参考

首先要了解被测对象的参数，包括介质组分，流量范围（最大流量、最小流量、正常流量），工作压力，温度，黏度，管道内径，允许压力损失量；然后通过辅助计算把被测流体流量换算为标况下标准介质流量，再计算最大流量靶板受力Fmax及最小流量靶板受力Fmin，Fmax超过最大允许值会损坏仪表，Fmin小于最小允许值会造成分辨率不足；最后根据辅助计算得到的流量范围，管道雷诺数、初选口径及J3值，从产品说明书中技术参数表查得流量系数值，要求最小雷诺数大于临界雷诺数。

4应用实例

本研究以某天然气地下储气库项目中井口注采双向计量中选用的靶式流量计为例，浅谈靶式流量计在设计中的选型。

4.1工艺要求

注气流程：集配气站接收注采及采卤站来气，通过流量计对单井气量进行计量，计量后通过单井管线（DN80）注入到井口。

采气流程：气井中储存高压含饱和水天然气通过单井管线（DN80）返输至注采站，集配气站内设压力调节阀，可通过控制调节阀的开度调节阀后压力，调节阀后设重力分离器，分离后的天然气经流量计计量后至注采站。

注入气气源组分：氢气0.00mol%，氮气1.97mol%，二氧化碳0.45mol%，硫化氢0.00mol%，氧硫化碳21.21mol%，甲硫醇0.01mol%，乙硫醇0.01mol%，甲烷97.55mol%，乙烷0.03mol%

采出气需脱水处理，处理后与注入气组分相同。

4.2 几种流量计的选型参考

从表1可以看出，超声波流量计和靶式流量计是比较好的选择，但因采出的天然气高压且含饱和水，应注意以下几点：

（1）超声波流量计在小口径时精度很低。易受气泡、结垢、泵及其它声源混入的超声杂音干扰、影响测量精度。

（2）安装要求高，直管段要求严格，否则离散性差，测量精度低，安装的不确定性，会给流量测量带来较大误差。测量管道因结垢，会严重影响测量准确度，带来显著的测量误差，甚至在严重时仪表无流量显示。

（3）介质含水时，影响信号的发射接收，测量数值波动大，甚至导致无法测量。特别是影响采气测量。相同口径的超声波流量计比靶式流量计价格高太多。