關于煤油流量計的應用與故障分析
點擊次數(shù)：2617 發(fā)布時間：2020-11-06 05:27:11
摘要：基于煤油流量計的測量原理，探討了其起始流量和安裝方法。在適當?shù)钠鹗剂髁肯拢髁颗c轉(zhuǎn)速呈線性關系；推薦在流量計入口和出口端各加接一定長度的直管段，若安裝空間不能滿足要求，可在阻流設備與流量計之間安裝整流器，避免因氣體流態(tài)改變影響流量計轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動。分析了煤油流量計在運行過程中的常見故障：天然氣正常流動，流量計不計數(shù)；未作減量操作，流量顯示逐漸下降；天然氣不流動，流量顯示不為零。針對以上故障，分別給出了相應的操作維護方法。結合應用實例，提出了煤油流量計在使用過程中的注意事項。
隨著西氣東輸、川氣東送等長距離、大口徑、高壓力的輸氣管道的建成投產(chǎn)以及**天然氣輸配網(wǎng)絡的逐漸形成，管道運營商對天然氣貿(mào)易計量的科學性、可靠性、公正性提出了更高的要求。依賴電子技術、互聯(lián)網(wǎng)和計算機技術的迅猛發(fā)展，天然氣計量方式亦向自動化、智能化、遠程化方向發(fā)展，目前煤油流量計已經(jīng)實現(xiàn)了實時、在線、遠程控制，并逐步向煤油流量計、變送器、SCADA系統(tǒng)、色譜分析儀等組成的智能計量系統(tǒng)方向發(fā)展。
由于煤油流量計靈敏度高、重復性好、量程比寬、結構緊湊，因此廣泛應用于工業(yè)貿(mào)易計量。在設計標準方面，歐洲PrEN12261是目前氣體煤油流量計*全面、*具針對性的標準規(guī)范，在計量性能、材料要求、輸出、標記、文件資料等方面對氣體煤油流量計提出了具體要求；其他設計標準還包括美國AGANo7[、國際標準化組織ISO9951：1993、國際法制計量組織OIMLR137-1、日本JISZ8765-1980等。國內(nèi)主要采用GB/T18940－2003進行煤油流量計的設計。
1煤油流量計的測量原理
煤油流量計是一種速度式流量儀表，測量本體是渦輪流量傳感器，主要由葉輪和磁電感應線圈組成，葉輪軸心與管道中心相同，可以自由轉(zhuǎn)動，其葉片與氣體流動方向成一定角度。在流體沖擊下，渦輪沿管道軸向旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速率隨流量變化而不同，流速越高，動能越大，渦輪的轉(zhuǎn)速也越高。渦輪的轉(zhuǎn)速經(jīng)磁電感應轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應頻率的電脈沖，通過顯示儀表進行積算和顯示（圖1）。
煤油流量計通過不同的計算方法，可分別顯示累計流量和瞬時流量。當渦輪葉片切割殼體內(nèi)永久磁鋼產(chǎn)生的磁力線時，將引起傳感線圈磁通的變化，磁通周期變化信號經(jīng)前置放大器放大、整形，產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號，脈沖信號經(jīng)流量積算電路換算后顯示累積流量值，同時經(jīng)頻率電流轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成模擬電流量，進而顯示瞬時流量值（圖2）。
2煤油流量計的應用
2.1起始流量
渦輪葉片克服摩擦力做功，當氣體流量較小時，葉片未啟動旋轉(zhuǎn)，導致煤油流量計存在計量盲區(qū)。當壓力、溫度，密度等氣體參數(shù)發(fā)生改變時，煤油流量計的起始流量也會發(fā)生相應變化。被測天然氣的靜壓增大時，所測流量范圍也相應增大，同時天然氣的密度會引起不同的壓損。氣體煤油流量計適合流量幅度較大的場合，但當氣量過小時，煤油流量計不能克服摩擦力矩轉(zhuǎn)動。氣量大于一定值后，流量與轉(zhuǎn)速呈線性關系；受葉輪強度、氣流壓損、軸承壽命等條件的限制，氣流量也不宜過大。大多數(shù)煤油流量計在大氣壓下的測量范圍是1:10～1:30，準確度可達到±0.5%～±1.0%。
2.2安裝要求
煤油流量計對管輸天然氣的流態(tài)非常敏感，而流量計入口前端的阻流設備（分離除塵、管道彎頭、旋風分離器和過濾器等）可能使流態(tài)改變而影響轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。為此，一般推薦在煤油流量計入口和出口端各加接一直管段，其入口端長度不小于10倍管段內(nèi)徑，出口端長度不小于5倍管段內(nèi)徑。若安裝空間不能滿足上述要求，可在阻流設備與煤油流量計之間安裝整流器。另外，變送器電源線需采用金屬屏蔽線，且接地良好可靠。
3故障分析與維護處理
天然氣正常流動，煤油流量計不計數(shù)。故障分析：電源線、功能選擇開關和信號線有無斷路或接觸不良；顯示儀內(nèi)部印制電路板、接觸件有無接觸不良；線圈是否良好；葉輪是否碰撞傳感器內(nèi)壁，有無異物卡住，軸和軸承有無雜物卡住或斷裂。維護處理：用歐姆表排查故障點；印制電路板故障檢查采用替換“備用板”法，換下故障板再作細致檢查；檢查線圈有無斷線和焊點脫落；去除異物，清洗或更換損壞零件，復原后氣吹或手拔動葉輪，應無摩擦聲，更換軸承等零件后應重新校驗，求得新的儀表系數(shù)。
未作減量操作，流量顯示逐漸下降。故障分析：煤油流量計前的過濾器是否堵塞；流量傳感器管段上的閥門開度自動減少；傳感器葉輪受雜物阻礙或軸承間隙進入異物，阻力增加而減緩轉(zhuǎn)速。操作維護：清洗過濾器；調(diào)節(jié)流量計上游閥門，判斷有無故障，確認后再修理或更換；卸下傳感器清除雜物，必要時重新校驗。
天然氣不流動，流量顯示不為零。故障分析：傳輸信號線路屏蔽不良，外界信號干擾；管道外部振動，葉輪隨之抖動，產(chǎn)生誤信號；截止閥關閉不嚴發(fā)生內(nèi)漏；顯示儀線路板之間或電子元件損壞產(chǎn)生干擾。操作維護：檢查動力電纜與信號電纜是否分開鋪設，顯示儀端子接地是否良好；加固管道，安裝防止振動的設備；檢修或更換截止閥；檢查顯示儀電路，判斷干擾源，查出故障點。
4應用案例
某輸氣站場采用煤油流量計（圖3）進行計量后向城市門站供氣，公稱通徑為80mm，*大工作壓力為10.2MPa，*大流量為8000m3/s。該站場投產(chǎn)時正值冬季，進站壓力為7.8MPa，出站壓力為4.0MPa，煤油流量計安裝正確，調(diào)壓裝置未安裝防冰堵的加熱設備。投產(chǎn)初期，管道存有較多游離水，環(huán)境溫度為－5℃，日輸氣量約為2×104m3，采用間歇性供氣。當開啟出站閥門時，煤油流量計正常運行約30min后站控室流量計算機報警，瞬時流量和累計流量快速下降并變?yōu)?，門站煤油流量計正常計數(shù)。
通過逐項排查，發(fā)現(xiàn)流量計前面的過濾器和流量計后的調(diào)壓裝置存在一定程度的冰堵（圖4）。采取管道排污、輔助加熱、清洗過濾器及調(diào)低流量計入口壓力至4.0MPa等措施，改善了天然氣的節(jié)流效應，使煤油流量計能夠正常運行。經(jīng)與下游門站煤油流量計比對，輸差控制在有效范圍。
5注意事項
（1）煤油流量計投用前，通過流量計算機的控制面板完成儀表系數(shù)的重新設定。
（2）煤油流量計投運時，其前后壓差不能過大，氣體流速不能過快，應緩慢地手動開啟入口閥門，待管道完全充滿天然氣且壓力平衡后手動開啟出口閥門，以防止發(fā)生冰堵和瞬間氣流沖擊而損壞渦輪。
（3）定期對煤油流量計進行清洗、檢查和復校，定期注入潤滑油，以維持葉輪良好運行；關注流量計算機的流量顯示狀況，評估流量情況，有異常時立即檢查。
（4）保持管路暢通。可以依據(jù)過濾器入口、出口處的差壓變送器的差壓值來判斷過濾器是否被堵塞。煤油流量計運轉(zhuǎn)失常時應清洗管路，將流量計的渦輪拆除后用輕質(zhì)高標號汽油徹底清洗后重新安裝。
隨著西氣東輸、川氣東送等長距離、大口徑、高壓力的輸氣管道的建成投產(chǎn)以及**天然氣輸配網(wǎng)絡的逐漸形成，管道運營商對天然氣貿(mào)易計量的科學性、可靠性、公正性提出了更高的要求。依賴電子技術、互聯(lián)網(wǎng)和計算機技術的迅猛發(fā)展，天然氣計量方式亦向自動化、智能化、遠程化方向發(fā)展，目前煤油流量計已經(jīng)實現(xiàn)了實時、在線、遠程控制，并逐步向煤油流量計、變送器、SCADA系統(tǒng)、色譜分析儀等組成的智能計量系統(tǒng)方向發(fā)展。
由于煤油流量計靈敏度高、重復性好、量程比寬、結構緊湊，因此廣泛應用于工業(yè)貿(mào)易計量。在設計標準方面，歐洲PrEN12261是目前氣體煤油流量計*全面、*具針對性的標準規(guī)范，在計量性能、材料要求、輸出、標記、文件資料等方面對氣體煤油流量計提出了具體要求；其他設計標準還包括美國AGANo7[、國際標準化組織ISO9951：1993、國際法制計量組織OIMLR137-1、日本JISZ8765-1980等。國內(nèi)主要采用GB/T18940－2003進行煤油流量計的設計。
1煤油流量計的測量原理
煤油流量計是一種速度式流量儀表，測量本體是渦輪流量傳感器，主要由葉輪和磁電感應線圈組成，葉輪軸心與管道中心相同，可以自由轉(zhuǎn)動，其葉片與氣體流動方向成一定角度。在流體沖擊下，渦輪沿管道軸向旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速率隨流量變化而不同，流速越高，動能越大，渦輪的轉(zhuǎn)速也越高。渦輪的轉(zhuǎn)速經(jīng)磁電感應轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應頻率的電脈沖，通過顯示儀表進行積算和顯示（圖1）。
煤油流量計通過不同的計算方法，可分別顯示累計流量和瞬時流量。當渦輪葉片切割殼體內(nèi)永久磁鋼產(chǎn)生的磁力線時，將引起傳感線圈磁通的變化，磁通周期變化信號經(jīng)前置放大器放大、整形，產(chǎn)生與流速成正比的脈沖信號，脈沖信號經(jīng)流量積算電路換算后顯示累積流量值，同時經(jīng)頻率電流轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成模擬電流量，進而顯示瞬時流量值（圖2）。
2煤油流量計的應用
2.1起始流量
渦輪葉片克服摩擦力做功，當氣體流量較小時，葉片未啟動旋轉(zhuǎn)，導致煤油流量計存在計量盲區(qū)。當壓力、溫度，密度等氣體參數(shù)發(fā)生改變時，煤油流量計的起始流量也會發(fā)生相應變化。被測天然氣的靜壓增大時，所測流量范圍也相應增大，同時天然氣的密度會引起不同的壓損。氣體煤油流量計適合流量幅度較大的場合，但當氣量過小時，煤油流量計不能克服摩擦力矩轉(zhuǎn)動。氣量大于一定值后，流量與轉(zhuǎn)速呈線性關系；受葉輪強度、氣流壓損、軸承壽命等條件的限制，氣流量也不宜過大。大多數(shù)煤油流量計在大氣壓下的測量范圍是1:10～1:30，準確度可達到±0.5%～±1.0%。
2.2安裝要求
煤油流量計對管輸天然氣的流態(tài)非常敏感，而流量計入口前端的阻流設備（分離除塵、管道彎頭、旋風分離器和過濾器等）可能使流態(tài)改變而影響轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。為此，一般推薦在煤油流量計入口和出口端各加接一直管段，其入口端長度不小于10倍管段內(nèi)徑，出口端長度不小于5倍管段內(nèi)徑。若安裝空間不能滿足上述要求，可在阻流設備與煤油流量計之間安裝整流器。另外，變送器電源線需采用金屬屏蔽線，且接地良好可靠。
3故障分析與維護處理
天然氣正常流動，煤油流量計不計數(shù)。故障分析：電源線、功能選擇開關和信號線有無斷路或接觸不良；顯示儀內(nèi)部印制電路板、接觸件有無接觸不良；線圈是否良好；葉輪是否碰撞傳感器內(nèi)壁，有無異物卡住，軸和軸承有無雜物卡住或斷裂。維護處理：用歐姆表排查故障點；印制電路板故障檢查采用替換“備用板”法，換下故障板再作細致檢查；檢查線圈有無斷線和焊點脫落；去除異物，清洗或更換損壞零件，復原后氣吹或手拔動葉輪，應無摩擦聲，更換軸承等零件后應重新校驗，求得新的儀表系數(shù)。
未作減量操作，流量顯示逐漸下降。故障分析：煤油流量計前的過濾器是否堵塞；流量傳感器管段上的閥門開度自動減少；傳感器葉輪受雜物阻礙或軸承間隙進入異物，阻力增加而減緩轉(zhuǎn)速。操作維護：清洗過濾器；調(diào)節(jié)流量計上游閥門，判斷有無故障，確認后再修理或更換；卸下傳感器清除雜物，必要時重新校驗。
天然氣不流動，流量顯示不為零。故障分析：傳輸信號線路屏蔽不良，外界信號干擾；管道外部振動，葉輪隨之抖動，產(chǎn)生誤信號；截止閥關閉不嚴發(fā)生內(nèi)漏；顯示儀線路板之間或電子元件損壞產(chǎn)生干擾。操作維護：檢查動力電纜與信號電纜是否分開鋪設，顯示儀端子接地是否良好；加固管道，安裝防止振動的設備；檢修或更換截止閥；檢查顯示儀電路，判斷干擾源，查出故障點。
4應用案例
某輸氣站場采用煤油流量計（圖3）進行計量后向城市門站供氣，公稱通徑為80mm，*大工作壓力為10.2MPa，*大流量為8000m3/s。該站場投產(chǎn)時正值冬季，進站壓力為7.8MPa，出站壓力為4.0MPa，煤油流量計安裝正確，調(diào)壓裝置未安裝防冰堵的加熱設備。投產(chǎn)初期，管道存有較多游離水，環(huán)境溫度為－5℃，日輸氣量約為2×104m3，采用間歇性供氣。當開啟出站閥門時，煤油流量計正常運行約30min后站控室流量計算機報警，瞬時流量和累計流量快速下降并變?yōu)?，門站煤油流量計正常計數(shù)。
通過逐項排查，發(fā)現(xiàn)流量計前面的過濾器和流量計后的調(diào)壓裝置存在一定程度的冰堵（圖4）。采取管道排污、輔助加熱、清洗過濾器及調(diào)低流量計入口壓力至4.0MPa等措施，改善了天然氣的節(jié)流效應，使煤油流量計能夠正常運行。經(jīng)與下游門站煤油流量計比對，輸差控制在有效范圍。
5注意事項
（1）煤油流量計投用前，通過流量計算機的控制面板完成儀表系數(shù)的重新設定。
（2）煤油流量計投運時，其前后壓差不能過大，氣體流速不能過快，應緩慢地手動開啟入口閥門，待管道完全充滿天然氣且壓力平衡后手動開啟出口閥門，以防止發(fā)生冰堵和瞬間氣流沖擊而損壞渦輪。
（3）定期對煤油流量計進行清洗、檢查和復校，定期注入潤滑油，以維持葉輪良好運行；關注流量計算機的流量顯示狀況，評估流量情況，有異常時立即檢查。
（4）保持管路暢通。可以依據(jù)過濾器入口、出口處的差壓變送器的差壓值來判斷過濾器是否被堵塞。煤油流量計運轉(zhuǎn)失常時應清洗管路，將流量計的渦輪拆除后用輕質(zhì)高標號汽油徹底清洗后重新安裝。