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孔板流量计在天然气工业中的应用

作者: 来源: 发布时间:2020-05-20 15:33:59

 摘要 :孔板作为特殊的管道附件,具有结构简单、加工容易、制造成本低、安装方便等优点,本文结合设计和应用的实践经验,总结了孔板在天然气工业的应用领域,阐述了孔板对流量测量、工艺控制、脉动消减的作用和特点,对设计工作具有借鉴意义。

 
引言
       孔板zui早是当作流量计使用的,20 世纪初随着城市居民燃料从煤炭向煤气转变,急需解决煤气计量问题,作为城市煤气的交易结算标准,孔板流量计应运而生。开始投用的孔板流量计准确度较低,经过 20 世纪 20、30 年代欧美国家的大量试验,经验数据日趋成熟,并zui终形成国际统一标准,使孔板流量计按标准制造安装即可投入使用,无需实流标定即能保证测量准确度,正是这一特点使孔板流量计获得广泛应用。
 
       在孔板流量计试验和使用中,人们发现了孔板的壅塞现象,由此发现了孔板的限流功能以及孔板对脉动流的消脉功能,并用于对流体的脉动消减。由于孔板价格低廉、制造容易、性能稳定、结构坚固耐用,因此孔板的计量功能、限流功能、消脉功能在天然气工业中获得广泛应用,了解孔板的这些功能和应用特点对实际工作有一定借鉴意义。
 
1 孔板在天然气工业中的应用领域
1.1 孔板在天然气流量测量中的应用——孔板流量计
       孔板流量计是人类zui早投入使用的流量计,在能源计量领域有重要地位,也是目前天然气流量计量系统中应用zui多的流量计,特别是在大管径天然气流量计量中占据主要地位。
 
       孔板流量计的原理是流体流经管道内的孔板节流装置,在孔板节流件附近造成局部收缩,流速增加,在其上、下游两侧产生静压力差。在已知有关参数的条件下,根据流动连续性原理和伯努利方程,利用压差与流量的对应关系来求出流量的大小。
 
       孔板流量计结构简单坚固、性能稳定可靠、使用期限长、价格低廉、应用范围广、无需实流标定即可投用。但孔板流量计由于其结构特点,存在两个先天缺陷,一是压损较大,不利于节约能源 ;二是量程比低,通常只能达到 3:1~4:1,不适合流量波动幅度较大的情况。孔板流量计按孔板形状分为:标准孔板、圆缺孔板、偏心孔板、环形孔板等。其中标准孔板有标准可循因而使用zui多,圆缺孔板、偏心孔板、环形孔板比较适合工质中有的积液或颗粒的情况。天然气工业中所用的孔板流量计通常采用标准孔板。
 
       孔板流量计对流态要求较高,流场发生畸变会严重影响计量结果的准确度,所以孔板流量计前后要求有较长的直管段,以形成充分发展的紊流,保证计量结果的准确,天然气工业中通常要求孔板流量计上游直管段≥ 10D、下游直管段≥ 5D(D 为测量管内直径)。天然气中的积液容易聚集在标准孔板上游,积液会减少测量管流通面积,造成实际孔径比偏离名义孔径比,影响计量结果的准确度,因此需要按时定期排除孔板上下游的积液,尤其是上游的积液。此外孔板反装、安装不当造成偏心、孔板变形、孔板脏污、孔板划伤、孔板锐孔磨损等都会对孔板流量计计量结果产生附加误差。总之充分发展的紊流和孔板轮廓尺寸符合标准是保证孔板节流装置测量准确度的重要前提。
 
1.2 孔板在天然气工艺中的应用——限流孔板
       限流孔板是把一定孔径比的孔板安装在天然气管路中,用于天然气输送过程的限流、降压。限流孔板为一同心锐孔板,限流孔板的原理为流体通过孔板就会产生压力降,通过孔板的流量则随压力降的增大而增大,当压力超过一定数值,即超过临界压力降时,出现壅塞现象,不论出口压力如何降低,流量将维持一定的数值而不增加。限流孔板就是根据这个原理用来限制流体的流量或降低流体压力的。限流孔板按孔板上开孔数量分为单孔板和多孔板,按孔板数量可分为单级和多级。
 
       在天然气工业中,限流孔板常用于 :(1)降压 :天然气需要降压的场合,如从地下采出的天然气压力通常很高,通过限流孔板可把高压天然气降到地面天然气处理设备所需要的压力。(2)限流 :在天然气处理和天然气化工装置中需要小流量且连续流通的地方,如管路超压保护、泵的冲洗管道、热备用泵的管道防冻、分析取样管等场所。(3)缓冲 :在天然气管道中阀门上、下游需要有较大压降时,为减少天然气对阀门的冲蚀,可在阀门上游串联限流孔板,让高压天然气先经过限流孔板降低能量,以达到保护阀门、延长其寿命的目的。(4)需要降压以减少噪声、震动或磨损的地方,如天然气放空系统。
 
       限流孔板由于具有结构简单、易加工、制造成本低、安装方便等优点,在满足工艺要求的前提下,使用限流孔板代替调节阀来限定流量或降低压力,将会大大地降低投资和操作维修费用,因此已被广泛地应用于天然气工艺装置中,对装置的安全运行起着重要的作用。
 
1.3 孔板在脉动消减中的应用——消脉孔板
       在天然气开发、加工、储运等领域,天然气压缩机是重要的核心装备。用往复式天然气压缩机对天然气增压会形成脉动气流,气流脉动及其引起的管道振动冲击容易损坏管道,引发天然气泄漏、着火甚至爆炸等安全生产事故。为防止脉动气流的危害,通常会在天然气压缩机后面安装脉动消减装置对脉动气流进行消脉。目前天然气脉动消减装置主要有缓冲罐和消脉孔板。
 
       缓冲罐消脉效果好,但其体积大、制造成本高,主要用于消脉效果要求较高的场所。在管道适当位置加装孔板,可以将管道内的压力驻波变成行波,从而降低管道内的压力不均匀度,达到消脉作用。虽然用孔板消脉效果一般,但消脉孔板具有结构简单、易加工、制造成本低、安装方便等优点,因此在一些要求不高的场所使用孔板消脉具有较高的效费比。特别是对高压天然气,要制造承受高压的缓冲罐,其巨大的罐体成本很高,用消脉孔板则成本低廉许多。
 
       目前天然气工业中有把消脉孔板和缓冲罐串联使用的工程方案,该方案通过孔板初步消脉后,再用缓冲罐做进一步消脉,以达到更好的消脉效果。
 
2 结语
       由于孔板在流量测量、工艺控制、脉动消减中用途明显,同时孔板具有结构简单、加工容易、成本低廉的优点,因此作为效费比较高的管道部件,在天然气工业中获得广泛应用。在天然气工程设计方案中,只要对孔板合理选择和使用,就会起到较大作用,既可以满足工艺要求,又能节约建设投资,达到经济实用的目的。
 
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