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压缩机进口处孔板流量计差压与流量的关系换算

作者: 来源: 发布时间:2019-03-30 16:25:43
     摘要:目前已存在的行业标准中,孔板流量计理论计算公式繁多,计算出的流量在实际应用时存在较大误差。文中通过对孔板流量计结构、测量原理进行分析,推导出流量计算公式,换算出对应的标况下的流量计算方法。并与实际测量的流量进行了对比,结果表明,计算误差较小,验证了该计算方法的有效性。
     孔板流量计是1种测量管道流体流量的装置,因其具有结构简单,维修方便,性能稳定,使用可靠,适应恶劣环境等特点,广泛应用于天然气长输管道气体流量测量[1] 。在不同工况、不同转速下能量头、效率、功率与流量密切相关,在已知流量的前提下,可以快速分析压缩机性能。目前,已存在的孔板流量计标准中理论计算公式繁多,标况状态不明显,且计算出的流量值存在较大误差[2] 。
     针对孔板流量计测量原理、结构、公式来源进行分析,推导出工况下正确的流量计算公式,然后换算出对应的标况下的流量,并将推导出的公式写入上位机程序,在上位机上实时显示。根据上位机显示的实时入口流量,便可进一步分析压缩机的性能,为压缩机安全稳定运行提供依据。
1 孔板流量计结构及流动过程
     孔板流量计结构见图1。
 孔板流量计结构
     在管道里插入1个与管轴垂直的金属板,金属板中心为 1个圆孔,孔的中心位于管道的中心线上,孔板称为节流元件。在孔板进气侧距离孔板1个管道直径的位置,安装1个测压管;在孔板出气侧距离孔板半个直径的位置,安装1个测压管,测压管测出管道内气体2个压力之差即为上位机显示的差压,流体在孔板流量计中流动过程见图2。
流体在孔板前后的流动过程
2 孔板流量计差压与流量的关系换算
     将工况状态下的气体流量转化为标况下的气体流量。结合厂家提供的数据参数,并查阅相关文献推导出2种方法可求压缩机组进口流量,然后对这2种方法进行比较分析,最终确定出1种最优的计算分析方法。标况下气体体积计算方法:
20190330163634.jpg
     其中, P 0 、V 0 、T 0 、ρ 0 、M 0 分别为标准状况下的压力、体积、温度、密度和质量; P、V、T、ρ、M 为工况状态下的压力、体积、温度、密度和质量。可得标准状况下的流量 Q 0 为:
20190330163724.jpg
3 结果与讨论
3.1 方法选择对比
     上述 2种方法均可在线监测、实时性好,将 2种方法进行对比分析,结果见表1。
2种方法对比
     从表1可以看出,方法1计算简单,快速,误差较小,可在上位机进行流量的实时监测,且计算所需参数容易获得,对于压缩机的实时性能分析起到重要作用;方法2不仅推导过程复杂,计算速度慢,且涉及参数较多。故选择方法一作为流量计算的最优方法[3~5] 。
     压缩因子是天然气最重要的物性参数之一,对天然气的勘探、开发、输送、计量等等方面起到重要作用。文中压缩因子的计算方法采用美国煤气协会(AGA)提出的AGA8-92DC方程。
3.2 方法实施
     以某场站压缩机为例,孔板设计参数:设计压力为6.645 MPa,设计温度 T 0 为290.15 K,由AGA8-92DC方程确定的压缩因子为 0.861 03,设计流量为383 280 m 3 /h(标况0 ℃、101.325 kPa)。但是流量计计算流量时为 20 ℃、101.325 kPa,经换算为20 ℃时设计流量为411 595.338 m 3 /h。给定任一绝对压力和绝对温度,采用安装的流量计算机中的软件,采用AGA8-92DC方程确定压缩因子,计算出标况下体积流量:
平遥站西门子压缩机进口流量
     在已知绝对压力、绝对温度、压缩因子和差压的情况下,便可快速准确计算出标况下的体积流量,见表2。
平遥站西门子压缩机进口流量
3.3 方法验证
     为了验证提出方法的可靠性,查找该站压缩机 2016 年 12 月份到 2017 年 1 月份的运行数据。在此期间,西门子压缩机及相关辅助设备运行稳定,且工况点易于确定。场站的实际流量通过接气的总流量减去各分输站的支路流量所得[5] 。将计算所得流量与实际流量进行对比见表3。
计算流量与实际流量对比
     由表3可知,在实际工况下,计算设计方法误差较小,因此具有实际应用价值。
4 结论
     经过理论分析、公式推导、实际验算,得出了孔板流量计的流量计算公式,该公式将压力、温度和压缩因子的补偿都考虑在内,计算结果准确,误差较小;且该计算公式标明工况、标况状态,可防止操作人员应用时出现混乱。在已知压缩机进口绝对压力、绝对温度、压缩因子和差压的情况下,可快速准确的计算出进口流量,进而可确定压缩机的压比、效率和功率。

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