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 技术论文

对超声流量计性能的工业研究评估

美国 Terrance A. Grimley, Edgar B. Bowles. Jr.


摘 要:在德克萨斯州圣安东尼奥气体研究院的流量计研究装置上对单声道和多声道超声流量计进行了试验,建立基准条件并且对在基准安装条件下和其它的管线安装情况下的性能进行评定。试验的目的是确定8in单声道和多声道流量计在不同的管线安装条件下,以及与1台流束整流器一起使用时它们的性能如何。将试验结果与基准条件下的数据进行比较以做出深入的评估。8in的多声道流量计的试验结果表明,整流器具有改进其测量准确度的功能,这取决于流量计的型式和相对于干扰源的位置。单声道流量计的试验表明,在良好的流场条件下可以获得优于0.5%的准确度。由安装在上游的一个90o弯头说明了流量计对简单的扰流的敏感程度。在这些试验中相对于基准试验安装流量测量误差范围在1%~4%。

一、前 言

xxxx超声流量计是通过测量超声波脉冲在流体中的传播时间导出气体体积流量的。对于1台超声流量计,由于确定流量准确度是流量计设计和计算方法、上游管道要求的函数,这不同于许多传统的测量方法。

xxxx举例,孔板流量计测量流量,对已确定的流出系数的准确度之内,要求对称,无旋涡流。为了得到已公布的流量测量的性能,AGA 3号报告建议了最小的直管段长度、管径的变化、孔板流量计上游的安装要求。当孔板流量计规格(β比)增加,由于减少了流量堵塞,使孔板对速度剖面的整型作用也减小了,其对流体干扰的敏感度也增加了。

xxxx 涡轮流量计因流体对转子的作用也改进了流动剖面。由于进口流动剖面的改进,使涡轮流量计的性能也得到了改进。由于涡轮流量计对速度剖面的非对称性敏感,为此,AGA7号报告要求涡轮流量计使用整流器以消除进口的流动旋涡。

xxxx 由于超声波流量计基本上没有影响人口流动的障碍物,流量计不会改变流动剖面,这种流量计根据流量计取得的流动样,依据可靠的计算方法准确地确定流量。
在多声道超声流量计的设计中,制造者尝试对流量计进行优化以降低它们对流动干扰的敏感。如果流量计可以对所有的流动干扰做修正补偿,那么,就可以不用整流器了。然而,由于有少量已发表的有关整流器如何影响多声道超声流量计性能的资料,对整流器与超声流量计联合应用仍有兴趣。根据其它型式的流量计的应用经验,整流器意味着潜在的效益。

xxxx 作为一个替代多声道流量计的有效益的方案,与价格便宜的单声道超声波流量计一起使用整流器也是有意义的。另外,有少量可靠的试验数据证实了使用整流器的单声道流量计的性能。

xxxx 这些结果得自第一部分试验,这些试验试图确定8in单声道和多声道超声流量计以不同配管安装和当与1台整流器联合使用的实用经验。这个试验是在试验流量计上游设置一个弯管或两个弯管,并且在流量计加装或不装整流器的情况下运行的。

xxxx 进一步的试验是打算评估双向流量计测量性能和流量低于流量计能力1%时的流量测量准确度。在流体可以是双向流动的地方,如地下储气设施,计划安装超声流量计的人们对双向测量性能是关注的。
对于一个计量站的安装,需要确定流量计的数量和口径,因为量程比的原因,低流量的测量性能也应关注。

二、试验方法

xxxx流量计安装在高压环路(HPL)的测试管段上,试验介质为输送级的天然气。同时收集超声流量计和HPL上的临界流喷嘴组上的数据,它们作为流量标准。

xxxx 在不同的压力下,5个双加权的音速喷嘴相对于HPL称重罐系统进行现场校准。所有的校准,由1台在线气相色谱仪和 AGA 8号报告状态方程确定气体性质。

xxxx 与HPL的参比压力相关的静压,在1台流量计下游两倍管径处测量。气体温度在每台流量计下游三倍管径处测量。测量的温度和压力与测得的气体组分和超声流量计测出的气体体积一起被用于计算超声流量计的质量流量,这个质量流量再用来与临界流喷嘴确定的流量进行比较。

xxxx 根据制造厂选用的方案,超声流量计可以用不同的方法得到体积流量。流量计M3和M4内部的校准方法用来计算总的气体体积和运行期间的时间。然后根据总的量计算平均流量。

xxxx 流量计M1和M2报告(测量)实际流量,每秒提供一次流量值,确定平均体积流量。单个通道的状态、速度和声速数据也被记录。

xxxx 典型的测试系统由通过流动环道的可循环气体构成,并达到气体温度和压力稳定,选择和切换不同的音速喷嘴组合确定稳定的流量。一个测试点由流量和其它度量90s周期内计算的平均值组成。一个测试点要重复6次以计算平均值和标准偏差。测量数据同时也由2台涡轮流量计采集。涡轮流量计的数据确认实验的一致性。

xxxx 用于本次试验的4台流量计由制造厂提供,它们都是可商业化的。在本项目试验前没有做过流量校准。4台流量计有2台多声道的,有2台单声道的。表1给出了流量计声道布置情况。

表1 测试流诅计几何参数

流量计号
声道数
声  道  布  置
M1
3
 两个中径双反射,一个中心线单反射
M2
1
 中心线单反射,60度倾斜角,与垂直方向成30度角
M3
4
 平行,无反射,水平
M4
1
 中心线单反射,60度倾斜角,与垂直方向成45度角

xxxx 所有流量计制造成统一的法兰至法兰尺寸(31.5in长度)和内径(在0.005in之内)以方便不同安装位置的流量计交换。制造厂家提供了根据专用程序对机械、电子和其它测量的流量计设定参数。在测试的时候,用与流量计的剖面修正参数由制造厂家检查。有关测试条件的特殊参数(用于流量计内部的电子学的流体性质)根据需要每次进行调整。

三、基本测试安装

xxxx 基本测试的管线安装示于图1。所有的配管由8in内径的40号碳钢管(7.981in内径)制成,内部焊缝磨光。测试的流量计安装在90o长径弯头下游40D(D=8in)、59D、97D处。弯头的上游安装一个 12in×16in×10in的Sprenkle流束整流器,整流器之后是一个 10in×8in的同心大小头和43D 8in直管段直到弯头。每台流量计可在四个轴向位置中的两个进行测试(见表2)。

表2 流量计在基准条件下的测试位置

流量计
40D
59D
78D
97D
M1
-
×
-
×
M2
×
-
×
-
M3
-
×
-
×
M4
×
×
-

图1 基本流量测试的管线安装

xxxx 对每一台流量计的完整的测试计划,要求在4个位置上都要进行测试。当流量计以一个轴向安装位置移到另一个位置时,上游和下游的直管段(分别是10D和5D)应与流量计一起整体拆卸,以使连接流量计上游和下游的法兰对中。与每一台流量计有关的压力和温度变送器,在流量计位置变换时也应保留在原直管段上以便减少附加误差。

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