气体流量计应用情况分析

杨程　（大庆油田有限责任公司第一采油厂）



气体流量计应用情况分析

杨程（大庆油田有限责任公司第一采油厂）

大庆油田目前用于计量天然气的仪表主要是差压式孔板流量计和旋进旋涡流量计。通过对仪表检定过程中产生的误差原因及使用过程中出现的故障进行分析，提出在使用过程中对这2种仪表进行维护和保养的方法，使其误差和故障率降到最低，达到准确计量，节约维修成本的目的。

气体流量计；应用；分析

油田早期用于天然气计量的仪表主要是差压式流量计（又叫孔板流量计），但是由于受到其测量精度及现场安装条件的限制，目前采油一厂DN200以下管线绝大部分已经更换为旋进旋涡流量计。随着使用时间及环境的不同，流量计会出现不同类型的故障，从而影响到计量的准确性。仪表维修工通过日常的检定与维修，对经常出现的一些问题和故障现象进行了总结归纳，并提出了预防措施和解决办法，也为日常的使用维护提出了一些建议。

1　旋进旋涡流量计

1.1工作原理

当流体通过由旋涡形叶片组成的漩涡发生器后，流体被迫绕着发生体轴剧烈旋转，形成旋涡。当流体进入扩散段时，旋涡流受到回流的作用，开始作二次旋转，形成陀螺式的涡流进动现象。该进动频率与流量大小成正比，不受流体物理性质和密度的影响。检测元件测得流体二次旋转进动频率，就得到了流量。流量计的仪表系数在一定的结构参数和规定的雷诺数范围内与流体的温度、压力、组分和物性（密度、黏度）无关［1］。

1.2结构特点

1）可依据被检测介质的温度与压力进行自动补偿修正，能直接检测出气体的标准体积流量。

2）没有机械可拆动元件，不容易被腐蚀、稳定性好，有较高的可靠性。

3）采用微处理器和集成芯片，运算精度高。

4）采用微功耗技术，功耗低，既能用内电池长期供电运行，又可由外电源供电运行。

5）两线制或三线制4～20 mA标准电流信号输出和脉冲输出。

1.3注意事项

1）安装流量计前应将管道内的杂物、焊渣、粉尘清理干净。

2）安装时流体的流向应与壳体所标箭头方向一致。

3）当管线较长或者距离振动源较近时，需要在流量计的上、下游安装支撑件，以消除管线因振动产生的影响。

4）为了便于维修，不影响流体正常输送，应设置旁通管道，前直管段不小于5D，后直管段不小于2D。

5）当被检测气体中含有较大颗粒物或较长纤维杂物时，必须安装过滤装置。

6）流量计可以竖直安装，也可以任意角度倾斜安装。

7）当流量计在室外安装时，上部要有遮盖物，避免雨水渗入或烈日暴晒而影响流量计的使用寿命。

8）流量计周边不应有强磁场干扰或强烈的机械振动。

9）流量计外壳需可靠接地，但不得与强电系统地线共用。

10）管线试压时，应注意智能型流量计所配制压力传感器的压力测量范围，以免过压损坏压力传感器。

1.4常见故障及处理措施

现对2012年以来旋进旋涡流量计经常出现的故障现象进行了总结归纳，由表1可知：

表1　旋进旋涡流量计常见故障处理

1）传感器、前置放大器、电流模块损坏各发生过9次、7次、8次，属于仪表元件的正常损耗，更换相应配件即可。

2）管道无介质流量或流量低于下限值故障发生6次。此类故障原因是自耗气表夏天使用时由于用气量过小，低于仪表本身测量的下限值，因此表头无流量显示，此时只要打开排空阀人为加大气量，观察仪表是否正常工作即可判定是不是仪表本身故障。

3）表体内有积水或其它杂物故障出现3次。此故障是由于被测气体内含有积水，经过长期积累后会淹没流量传感器，导致其不能正常工作，或者是气体内含有较大固体杂物卡在旋涡发生体处，造成仪表故障。此时应将表拆下，放掉管道内积水，并检查排除堵塞异物。

4）流量计系数输入不正确。此故障发生5次，是由于使用单位为了完成输气任务或者其他原因，人为修改了仪表系数，以达到提高或降低气量的目的。此类故障需将仪表标定后重新输入仪表系数。

5）供电电源保险坏或线路损坏。此故障发生6次，主要是由于在拆装仪表过程中未切断电源，或者在拆线过程中强拉硬拽导致电缆破皮与表体外壳接触造成短路或保险烧坏。建议在拆装仪表过程中要先断电，并做好接线标记以免安装时接错线，在抽出电缆时要边送边轻拽，以免电缆刮破皮导致短路。

2　差压式流量计

2.1测量原理

充满管道中的流体，当其流经管道内的节流部件时，流速会在节流部件处形成局部收缩，因而产生流速增快，静压力降低的现象，于是在节流部件前后便产生了压力差。流体的流量越大，产生的压力差越大，通过这种关系可依据压力差的大小来衡量流量大小。这种测量流体流量大小的方法是以流动连续方程（质量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）为基础的。压差的大小不仅与流量有关，还与其他诸多因素有关。例如，当节流部件的形式或管道内流体的物理性质（密度、黏度）不同时，在相同大小的流量下产生的压差也是不相同的［2］。

2.2优点

1） 应用最普遍的节流部件标准孔板结构易于制作，简便，牢固，性能稳定，使用寿命长，价格较低。

2） 应用范围非常广泛，所有的单相流体，包括液、气、蒸汽均可以进行测量，部分混相流体，例如气固、气液、液固等也可测量，一般生产过程中的管径、工作状态（压力、温度）都有相应产品。

3）检测部件与差压显示仪表部分可以分别通过不同生产厂家生产，便于专业化形成规模经济生产，它们的结合通用并且灵活方便。

4）检测部件是标准型的，在全世界范围内通用，自20世纪30年代以来，由国际标准化组织确定之后再没有进行改变，其相关研究资料及生产实践经验的积累及其丰富，它涉及的使用范围没有其它任何一种流量计可以比拟［3］。

2.3缺点

1）测量的重复性较低、精确度一般，由于诸多因素错综复杂，对其产生影响，精确度很难提升［3］。

2）测量范围较窄，由于仪表信号强度（差压）与流量大小之间为平方关系，一般范围度仅为3∶1到4∶1。

3）流量计对现场安装条件要求较高，安装位置前的直管段距离需不小于10D，之后的直管段距离不小于5D，通常施工安装中比较难满足。

4）检测部件与差压显示仪间的引压管线为比较薄弱的环节，容易产生堵塞、冻结、泄露一级信号失真等故障。

5）管道内的流体压力损失较大。

2.4安装及使用

差压式流量计在安装使用过程中要注意，节流件安装方向，必须使流体从节流件的上游端面流向节流件的下游端面［4］；随着使用条件的变化，如温度、压力或被测介质的物性参数的变化，也会带来测量误差，因此首先要将流量仪表安装于被测流体束稳定的位置，操作员要及时读取工艺参数，对仪表进行校核或采取相应措施，如更换节流部件，调节差压变送器量程等等；检测件在长期运行后，会产生堵塞、结垢、磨损、腐蚀等现象，造成几何形状及尺寸的变化，带来附加误差。因此，需定期检查检测件。

3　结束语

对旋进旋涡流量计与差压式流量计2种测量仪表，在日常生产使用过程中经常出现的故障及需注意的问题进行了归纳总结，只要在平时的使用过程中加强维护保养，细心操作，有很多故障问题是完全可以避免的。比如不断电拆线导致的短路，接线错误造成的配件损坏，在安拆仪表过程中强拉硬拽造成的电缆破皮短路等等，这些都是人为因素导致的故障。在今后工作中，从事仪表维护的工作人员应立足本职工作，加强责任意识，确保仪表系统安全、准确、平稳运行。

［1］陆德民，张振基，黄步余.石油化工自动控制设计手册［M］.第3版.北京：化学工业出版社，2011：77-83.

［2］朱文斌.新型差压式流量计的研究［D］.杭州：浙江大学，2007.

［3］邓茂焕.节流式差压流量计的发展和现状［J］.工业计量，2002（6）：30-32.

［4］石油工程建设专业标委会.石油天然气建设工程施工质量验收规范自动化仪表工程：SY 4205—2007［S］.北京：石油工业出版社，2008：5-15.

（编辑贾洪来）

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.05.017

杨程，2011年毕业于东北石油大学（自动化专业），从事地面工程、规划设计管理工作，E-mail：314854998@qq.com，地址：大庆油田采油一厂规划设计研究所，163000。

2016-01-24