流量計是燃氣計量的一個重要設備,它提供了貿易計量或內部管理的數據。目前國際和國內被廣泛應用的燃氣計量儀表有氣體超聲流量計、渦輪流量計、羅茨流量計以及孔板流量計等。研究分析這些氣體流量計的性能特點、適用范圍,可以幫助找到一種更準確、更穩定和合理的計量手段。
1、氣體超聲流量計
主流的氣體超聲流量計是基于時差法開展的流量測量,其原理是測量超聲波信號在氣體介質中順向流和逆向流的時間差Δt,在已知一對探頭間的距離L時,計算出流速V,然后乘以測量管段的截面積S=π*D2 /4,獲得最終的流量值(見公式1和2)。超聲流量計工作原理見圖1。
氣體超聲流量計最大的特點是能在高壓和中低壓或條件下準確地測量氣體的單、雙向流量,測量范圍寬,量程比大;直接測量氣體的流速,測量精度不受介質組分變化的影響;能測量穩態及低頻脈動氣體的流量;無阻流機械部件,壓力損失極小,且不會因固體雜質導致阻流部件損壞;一般采用多聲道的測量,可有效地減小因流場不均勻分布對測量結果的影響,并能在一個聲道出現故障時繼續用其它正常的聲道進行有效測量,從而提高儀表的準確度和可靠性;適合于壓力變化范圍大,流量波動大的應用場合。該種流量計目前正在高、中、低壓各種天然氣計量應用中逐步替代渦輪流量計、腰輪流量計和差壓式孔板流量計。
2、氣體渦輪流量計
在渦輪流量計測量表體中裝有一個葉輪,上面的葉片與被測介質流向成一定角度。有流體通過時,它的沖力帶動葉片旋轉,這個葉片的旋轉速度與流體的流速成正比關系,而這種葉片本身具有磁性,它在由用永久磁鋼和線圈組成的信號檢測器中旋轉并切割磁力線,由此感應出與流速成一定比例的脈沖信號,通過脈沖信號放大器獲得流量信息。
渦輪流量計由其機械結構特點決定了其具有測量精度高、重復性好、基本無零點漂移等優點。但是,渦輪流量計對氣體介質的清潔度要求較高,氣體的溫度、粘度和密度對儀表的示值誤差也有較大的影響;對氣流脈動和漩渦流敏感,防氣流沖擊能力差,容易損壞;量程范圍相對有限;且在使用一段時間后軸承間隙加大,測量精度呈現變負的趨勢。
3、羅茨流量計
羅茨流量計也稱腰輪流量計,它是利用2個橢圓形的機械測量元件把被測介質分割成單個已知的體積部分,通過計量室逐次、重復地充滿和排放該體積部分流體的次數來計算被測介質的流量體積總量。
羅茨流量計優點是:計量腔保持一定的容積,很少受紊流及脈動流的影響;無須前后直管段;受被測氣體介質的粘度等物理性質、流動狀態的影響小,可測量不易測量的脈動流量;適用的量程、溫度范圍寬,安裝要求不高。
但是,羅茨流量計對氣體的清潔度要求較高,含有油污和雜質時要預先處理,加裝過濾器;當流量增加時,壓力損失也增大;使用一定時間后,腰輪與計量腔體間的間隙會增大,影響測量精度;運行維護工作量大;大口徑時價格較貴,經濟性變差。
4、孔板流量計
孔板流量計是差壓式流量計,它是由一次檢測件(節流件)和二次裝置(差壓變送器和流量顯示儀)組成。當被測介質通過節流件時局部產生收縮,流速增加,在節流件后面產生靜壓力,由此在節流件前后產生了壓差,而此壓差隨流量的變化而變化,流量大則壓差就大。作為二次裝置的差壓變送器測量節流件前后的壓差,計算出對應的流量值。孔板流量計工作原理見圖2。
孔板流量計的優點是結構簡單、制造、加工和使用方便。但該種流量計對壓力、流量的適應性差,特別是大口徑的孔板流量計由于靜壓力差測量的誤差,會造成流量計的綜合不確定度增大;對流場的要求比較苛刻,需要的前直管段非常長;壓損大;上游易積液;孔板損耗快,維修維護率高。