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煤氣流量計量儀表的選型及應用
煤氣俗稱“瓦斯”，其主要成分是CH4（甲烷），與煤炭伴生、以吸附狀態儲存于煤層內的非常規天然氣，熱值是通用煤的2～5倍。1m3純煤氣的熱值相當于1.13kg汽油、1.21kg標準煤，其熱值與天然氣相當，可以與天然氣混輸混用，而且燃燒后很潔凈，幾乎不產生任何廢氣，是上好的工業、化工、發電和居民生活燃料。煤氣在空氣中的濃度達到5%～16%時，遇明火就會爆炸，這是煤礦瓦斯爆炸事故的根源。煤氣直接排放到大氣中，其溫室效應約為二氧化碳的21倍，對生態環境破壞性*。
在采煤之前如果先開采煤氣，煤礦瓦斯爆炸率將降低70%到85%。煤氣的開發利用具有一舉多得的功效:提高瓦斯事故防范水平，具有安全效應;有效減排溫室氣體，產生良好的環保效應;作為一種、潔凈能源，商業化能產生巨大的經濟效益。
我國埋深2000m以下淺煤氣地質資源儲量約36.81萬億m3，居*三位。煤氣利用范圍不斷拓展，廣泛應用于城市民用、汽車燃料、工業燃料、瓦斯發電等領域，煤礦瓦斯用戶過189萬戶，煤氣燃料汽車6000余輛，瓦斯發電裝機容量過75萬kW，實施煤礦瓦斯回收利用CDM項目60余項，煤氣的利用必將得到大力的發展，作為能源貿易計量，非常有必要選用合適的流量計。
1、煤氣計量場合特點
1.1計量工作環境及條件
我國煤氣主要分布在華北和西北地區，大于5000億m3的含煤氣盆地（群）共有14個，其中含氣量在5000～10000億m3之間的有川南黔北、豫西、川渝、三塘湖、徐淮等盆地，含氣量大于10000億m3的有鄂爾多斯盆地東緣、沁水盆地、準噶爾盆地、滇東黔西盆地群、二連盆地、吐哈盆地、塔里木盆地、天山盆地群、海拉爾盆地，儲存條件復雜、環境惡劣，計量儀表一般安裝在野外，晝夜溫差非常大。
環境溫度為－25～50℃，工作壓力（一般為）0.2～0.6MPa。
1.2氣質含水量大、雜質多
從氣井出來的氣，配備有分離器，但由于工況條件（溫度、壓力等）變化、分離器跑油、間斷計量時油水在計量管路中沉積等因素，經分離后的氣體中還是不可避免地含有液體，因此，油氣田內部集輸的大多是濕氣體。
由于煤氣來源及采氣工藝的問題，采出的氣體均不潔凈，含有的雜質。
1.3工藝流程特殊
煤氣抽采過程中，為了及時了解煤氣產量，需要頻繁測量井底流壓，工藝流程如圖1。現場做法是在撬裝計量系統的流量計上下游安裝有閥門，先慢慢關小流量計上游的閥門，下游閥門的“排空”管道打開;在“排空”結束后，切換到“集輸管網”時，需要將“排空”閥門關小再打開集輸管網的閥門，該過程約需1～2h，在此過程中，由于下游閥門開度越來越小，在流量計處的介質壓力慢慢升高，即通俗所說的“憋壓”。
2、煤氣用流量儀表選型
煤氣的物理性質與常規天然氣類似，但由于煤氣抽采工藝特殊，濕氣、氣質臟等特點，有些流量計使用一段時間后即不能正常計量。故在流量計的選型上有其特殊性，分述如下。
2.1 孔板流量計
孔板流量計的主要特點為結構易于復制、簡單牢固、性能穩定可靠、使用期限長、價格低廉等，整套流量計由節流裝置、差壓變送器和流量顯示儀（或流量計算機）組成。它們可以分別由不同廠家生產，易于形成規模生產，經濟效益高，各部分組合非常靈活，即使目前推出的一體化孔板流量計，亦可分開生產，再靈活組裝。
但是孔板流量計亦有一些重大缺點:范圍度窄，壓損大，且需要進行微差壓測量，重復性不高，對整套流量計的度影響因素多且錯綜復雜，因此度提高的難度很大，且對現場安裝條件要求高等。
而且在長時間計量對孔板銳角的磨損，影響計量的性。晝夜溫差大，冬季未做保溫處理的計量閥組在夜間結冰，過流面積減少，計量度大大降低。
2.2渦輪流量計
渦輪流量計是一種速度式流量計，利用置于流體中的葉輪的旋轉角速度與流體流速成比例的關系，通過測量葉輪的轉速來反映通過管道的流體體積流量，是目前流量儀表中比較成熟的高度儀表之一。主要優點是:測量度高，復現性和穩定性均好;量程范圍寬，量程比可達（10～20）∶1，線性好;耐高壓，壓力損失小;對流量變化反應迅速，可測
脈動流;抗干擾能力強，信號便于遠傳及與計算機相連。
渦輪流量計的特性易受介質物性和流體流動特性的影響，愈是高度，其影響愈敏感，例如介質臟污、結垢使葉片及通道發生變化，流量計特性亦隨之改變;軸承磨損使特性偏移等。流體流動特性有來流速度分布和流體脈動等的影響，要保持儀表校驗時的參比流動條件，其儀表系數才保持不變，否則需進行相應的修正或實行在線校準，以獲得現場實際的流量計特性。
由于煤氣質臟，在應用過程中，渦輪流量計上游需加裝過濾器，并且需定期清洗。
2.3旋進旋渦流量計
是速度式流量計的一種，在國內的研制始于上世紀70年代末，經過近幾年的發展，目前該類產品已從單探頭結構改進為雙探頭（壓電傳感器）差動式結構。其工作原理如圖2:當沿著軸向流動的流體進入流量傳感器入口時，旋渦發生體強迫流體進行旋轉運動，于是在旋渦發生體中心產生旋渦流，旋渦流在文丘利管中旋進，到達收縮段突然節流使旋渦流加速，當旋渦流進入擴散段，因回流作用強迫進行旋進式二次旋轉。此時旋渦流的旋轉頻率與介質流速成正比，并為線性。兩個壓電傳感器檢測的微弱電荷信號經前置放大器差動放大，濾波，整形后變成兩路頻率與流速成正比的脈沖信號，同時處理電路對兩路的脈沖信號進行相位比較和判別，剔除干擾信號，而對正常的流量信號進行計數處理。
由于采用了雙探頭差動式結構，且配合相位識別電路，可有效地克服單探頭結構抗脈動和機械振動能力差的缺點。近年來，有些流量計還采用了自適應功率譜FFT算法技術，使產品的小流量檢測能力和抗干擾能力得到有效提高，且隨著單片機技術和信息技術的不斷發展，儀表實現了智能化、網絡化，真正使該產品的計量性能和質量水平實現質的飛躍。由于它具有體積小、無可動部件、介質適應性好、可靠性高、穩定性好等優點，已被廣泛用于石油、化工、冶金、電力和燃氣等領域的計量，尤其在煤氣計量領域，更是的計量用表。
2.4聲流量計
氣體聲流量計的應用始于20世紀90年代，由于它的一些突出優點———測量度高、量程比寬、無壓損、無可動部件等，受到用戶的歡迎。它適用于高壓、大口徑、潔凈的天然氣流量計量。在現場應用中，聲流量計安裝條件要求高。在煤氣測量時，由于經過濾后的小粒徑煤粉會附在探頭上，影響計量的性。對時差式氣體聲流量計，小粒徑煤粉會影響聲波的正常傳輸，無法實現時差的測量。因此，在煤氣計量中，一般不宜選用。
3、旋進旋渦流量計在“憋壓”時計量的問題及解決方案
如圖1，在關小流量計上游的閥門，下游閥門的“排空”管道打開時，流量計正常工作;在“排空”結束后，切換到“集輸管網”時，即將“排空”閥門關小再打開集輸管網的閥門（即“憋壓”）時，壓力達到一定程度，流量計不能正常計量，流量示值有“虛大”的現象。
對于該問題，我們在實驗室，按現場管道進行模擬現場情況，并且按延長直管段、加整流器、加彎管3種情況進行試驗，得出加彎管可解決該問題的結論。
3.1試驗設備配置
流量計:TDS智能旋進旋渦流量計;
前直管段:≥10D;
后直管段:≥5D;
空氣壓縮機;
儲氣罐;
調壓閥;
上、下游球閥等。
實驗在參比條件下進行。
3.2延長前、后直管段
如圖3所示。
可以看出，在常壓102kPa開始時閥門開始關小，通過的流量應相應地變小，但實際流量不降反增，從173.2m3/h增到180.3、208.8、238.2m3/h，直到壓力再往上增，即閥門開度很小的時候，在壓力為280.0kPa后，通過的流量才降低，從開始減小閥開度時開始，該處計量的流量即出現“虛大”現象。
3.3加整流器
在圖3的基礎上，將前直管段前部分500mm加上如標準GB/T2624—2006/ISO5767－1:2003《用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量》所述的19根管子的管束式流動整直器，如圖4、圖5。
從表2看出，在常壓101.6kPa開始時閥門開始關小，現象與前述延長直管段相似，當調小閥門開度時，實際流量不降反增，到一定程度（調小下游閥門使壓力升至300.4kPa）下降。該處計量的流量出現“虛大”現象。
3.4加彎管
如圖6所示。
從表3可看出，當閥門開度變小時，相應的流量也變小，與實際情況相符。經現場試驗應用，結果相符，解決了流量“虛大”的問題。
從上述幾個試驗可看出，在加彎管后且流量計自上至下垂直安裝狀態時，可以解決“憋壓”過程中流量示值“虛大”的情況。因此，該方案是解決“憋壓”的有效方案之一。
4、結束語
煤氣計量是近年來才發展起來的新領域，由于煤氣的介質條件和使用條件較為惡劣，因此，從流量計的特點而言，只有旋進旋渦因無可動部件，比較適合煤氣計量。但是，旋進旋渦流量計因是一種旋渦振蕩型流量計，且檢測傳感器為壓敏元件，盡管采用了差動式結構等技術手段，但尚難于克服現場的“憋壓”和強烈的振動，因此，在設計時要盡量避免“憋壓”現象及強烈振動現象的存在，有了這種現象存在就要采取有效的措施。本文介紹的解決方案僅拋磚引玉，希望同行能有更多的研究成果。從現場應用看，建議改善計量的工藝流程，如在計量裝置前應進行處理，使流量計計量的條件趨于，計量的氣體潔凈、干燥，這樣，對流量計的計量、使用壽命才有更大的幫助。
