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孔板流量計在天然氣工業中的應用

作者: 來源: 發布時間:2020-05-20 15:33:59

 摘要 :孔板作為特殊的管道附件,具有結構簡單、加工容易、製造成本低、安裝方便等優點,本文結合設計和應用的實踐經驗,總結了孔板在天然氣工業的應用領域,闡述了孔板對流量測量、工藝控製、脈動消減的作用和特點,對設計工作具有借鑒意義。

 
引言
       孔板zui早是當作流量計使用的,20 世紀初隨著城市居民燃料從煤炭向煤氣轉變,急需解決煤氣計量問題,作為城市煤氣的交易結算標準,孔板流量計應運而生。開始投用的孔板流量計準確度較低,經過 20 世紀 20、30 年代歐美國家的大量試驗,經驗數據日趨成熟,並zui終形成國際統一標準,使孔板流量計按標準製造安裝即可投入使用,無需實流標定即能保證測量準確度,正是這一特點使孔板流量計獲得廣泛應用。
 
       在孔板流量計試驗和使用中,人們發現了孔板的壅塞現象,由此發現了孔板的限流功能以及孔板對脈動流的消脈功能,並用於對流體的脈動消減。由於孔板價格低廉、製造容易、性能穩定、結構堅固耐用,因此孔板的計量功能、限流功能、消脈功能在天然氣工業中獲得廣泛應用,了解孔板的這些功能和應用特點對實際工作有一定借鑒意義。
 
1 孔板在天然氣工業中的應用領域
1.1 孔板在天然氣流量測量中的應用——孔板流量計
       孔板流量計是人類zui早投入使用的流量計,在能源計量領域有重要地位,也是目前天然氣流量計量係統中應用zui多的流量計,特別是在大管徑天然氣流量計量中占據主要地位。
 
       孔板流量計的原理是流體流經管道內的孔板節流裝置,在孔板節流件附近造成局部收縮,流速增加,在其上、下遊兩側產生靜壓力差。在已知有關參數的條件下,根據流動連續性原理和伯努利方程,利用壓差與流量的對應關係來求出流量的大小。
 
       孔板流量計結構簡單堅固、性能穩定可靠、使用期限長、價格低廉、應用範圍廣、無需實流標定即可投用。但孔板流量計由於其結構特點,存在兩個先天缺陷,一是壓損較大,不利於節約能源 ;二是量程比低,通常隻能達到 3:1~4:1,不適合流量波動幅度較大的情況。孔板流量計按孔板形狀分為:標準孔板、圓缺孔板、偏心孔板、環形孔板等。其中標準孔板有標準可循因而使用zui多,圓缺孔板、偏心孔板、環形孔板比較適合工質中有的積液或顆粒的情況。天然氣工業中所用的孔板流量計通常采用標準孔板。
 
       孔板流量計對流態要求較高,流場發生畸變會嚴重影響計量結果的準確度,所以孔板流量計前後要求有較長的直管段,以形成充分發展的紊流,保證計量結果的準確,天然氣工業中通常要求孔板流量計上遊直管段≥ 10D、下遊直管段≥ 5D(D 為測量管內直徑)。天然氣中的積液容易聚集在標準孔板上遊,積液會減少測量管流通麵積,造成實際孔徑比偏離名義孔徑比,影響計量結果的準確度,因此需要按時定期排除孔板上下遊的積液,尤其是上遊的積液。此外孔板反裝、安裝不當造成偏心、孔板變形、孔板髒汙、孔板劃傷、孔板銳孔磨損等都會對孔板流量計計量結果產生附加誤差。總之充分發展的紊流和孔板輪廓尺寸符合標準是保證孔板節流裝置測量準確度的重要前提。
 
1.2 孔板在天然氣工藝中的應用——限流孔板
       限流孔板是把一定孔徑比的孔板安裝在天然氣管路中,用於天然氣輸送過程的限流、降壓。限流孔板為一同心銳孔板,限流孔板的原理為流體通過孔板就會產生壓力降,通過孔板的流量則隨壓力降的增大而增大,當壓力超過一定數值,即超過臨界壓力降時,出現壅塞現象,不論出口壓力如何降低,流量將維持一定的數值而不增加。限流孔板就是根據這個原理用來限製流體的流量或降低流體壓力的。限流孔板按孔板上開孔數量分為單孔板和多孔板,按孔板數量可分為單級和多級。
 
       在天然氣工業中,限流孔板常用於 :(1)降壓 :天然氣需要降壓的場合,如從地下采出的天然氣壓力通常很高,通過限流孔板可把高壓天然氣降到地麵天然氣處理設備所需要的壓力。(2)限流 :在天然氣處理和天然氣化工裝置中需要小流量且連續流通的地方,如管路超壓保護、泵的衝洗管道、熱備用泵的管道防凍、分析取樣管等場所。(3)緩衝 :在天然氣管道中閥門上、下遊需要有較大壓降時,為減少天然氣對閥門的衝蝕,可在閥門上遊串聯限流孔板,讓高壓天然氣先經過限流孔板降低能量,以達到保護閥門、延長其壽命的目的。(4)需要降壓以減少噪聲、震動或磨損的地方,如天然氣放空係統。
 
       限流孔板由於具有結構簡單、易加工、製造成本低、安裝方便等優點,在滿足工藝要求的前提下,使用限流孔板代替調節閥來限定流量或降低壓力,將會大大地降低投資和操作維修費用,因此已被廣泛地應用於天然氣工藝裝置中,對裝置的安全運行起著重要的作用。
 
1.3 孔板在脈動消減中的應用——消脈孔板
       在天然氣開發、加工、儲運等領域,天然氣壓縮機是重要的核心裝備。用往複式天然氣壓縮機對天然氣增壓會形成脈動氣流,氣流脈動及其引起的管道振動衝擊容易損壞管道,引發天然氣泄漏、著火甚至爆炸等安全生產事故。為防止脈動氣流的危害,通常會在天然氣壓縮機後麵安裝脈動消減裝置對脈動氣流進行消脈。目前天然氣脈動消減裝置主要有緩衝罐和消脈孔板。
 
       緩衝罐消脈效果好,但其體積大、製造成本高,主要用於消脈效果要求較高的場所。在管道適當位置加裝孔板,可以將管道內的壓力駐波變成行波,從而降低管道內的壓力不均勻度,達到消脈作用。雖然用孔板消脈效果一般,但消脈孔板具有結構簡單、易加工、製造成本低、安裝方便等優點,因此在一些要求不高的場所使用孔板消脈具有較高的效費比。特別是對高壓天然氣,要製造承受高壓的緩衝罐,其巨大的罐體成本很高,用消脈孔板則成本低廉許多。
 
       目前天然氣工業中有把消脈孔板和緩衝罐串聯使用的工程方案,該方案通過孔板初步消脈後,再用緩衝罐做進一步消脈,以達到更好的消脈效果。
 
2 結語
       由於孔板在流量測量、工藝控製、脈動消減中用途明顯,同時孔板具有結構簡單、加工容易、成本低廉的優點,因此作為效費比較高的管道部件,在天然氣工業中獲得廣泛應用。在天然氣工程設計方案中,隻要對孔板合理選擇和使用,就會起到較大作用,既可以滿足工藝要求,又能節約建設投資,達到經濟實用的目的。
 
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