燃氣渦輪流量計倒轉(zhuǎn)原因分析
摘要:供熱站在支線鍋爐停運時發(fā)生渦輪流量計量的問題為切入點,通過分析該供熱站工藝設備,統(tǒng)計流量計歷史數(shù)據(jù),對流量計前、后閥門進行啟閉試驗,并結(jié)合渦輪流量計工作原理,得出渦輪流量計在后端鍋爐停運情況下產(chǎn)生計量的原因是渦輪流量計倒轉(zhuǎn)導致體積修正儀計量數(shù)據(jù)微量增加的結(jié)論。同時,從運行操作、改造及前期優(yōu)化等方面提出了8點建議,以規(guī)避由于渦輪流量計倒轉(zhuǎn)造成供用氣雙方產(chǎn)生貿(mào)易糾紛,供同行業(yè)參考。 1背景 在城鎮(zhèn)燃氣輸配系統(tǒng)中,燃氣計量關乎燃氣企業(yè)正確調(diào)度,并直接影響供用氣雙方的經(jīng)濟核算,流量計的正確計量至關重要。當前我國城鎮(zhèn)燃氣貿(mào)易計量中,大型工商用戶廣泛使用渦輪流量計,氣體渦輪流量計是一種速度式流量計, 是重復性、精度最好的流量計之一,具有壓力損失小、精度高、流量量程比寬、抗振與抗脈動流性能好等特點。但是渦輪流量計易受氣體密度的影響,而氣體的密度與溫度、壓力關系密切,對于大型工商用戶、尤其是后端連接了需要頻繁啟閉的燃燒器具,現(xiàn)場難免會發(fā)生溫度和壓力波動造成流量計計量不準,導致供用氣雙方的貿(mào)易糾紛。 某燃氣供熱站發(fā)現(xiàn)其次高壓中壓燃氣調(diào)壓撬1#、2#支線的渦輪流量計在后端燃氣鍋爐停用期間,渦輪流量計配套的體積修正儀產(chǎn)生燃氣計量,IC卡控扣費系統(tǒng)(以下簡稱IC卡控)發(fā)生扣費,供熱站認為流量計存在“自走”,要求燃氣公司組織專項調(diào)研和處置。 2方法 針對此問題,燃氣公司組織設計、技術、運行、計量、設備廠家、供熱站生產(chǎn)部廣]形成專項小組,對場站工藝設備進行分析,研判可能發(fā)生流量計“自走”問題的可能性;調(diào)取流量計歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,查找流量計“自走”的時間段和氣量;通過對流量計前后閥門進行啟閉試驗、觀察流量計計量情況,分析流量計“自走”的工況,并結(jié)合渦輪流量計工作原理,分析導致流量計在后端燃氣具停用情況下產(chǎn)生計量的原因。 3原因分析 3.1工藝流程及設備原理分析 該熱力站分兩期建設:一期于2016年底建成投運,調(diào)壓支線2條,設計流量60000Nm3/h,計量支線4條,單路流量6400Nm3/h,流量計均選用國際某知名品牌的渦輪流量計,配套體積修正儀;二期于2022年11月建成投運,在一期的1 400mm匯氣管上,將原DN800預留接口引出到二期鍋爐及發(fā)電機用氣,設計流量36 575 Nm3/h。該站工藝流程如圖1所示。經(jīng)了解,在日常運行管理中,當供熱站鍋爐停用時,工作人員僅關閉鍋爐房的爐前閥,不關閉流量計前、后閥門。 氣體渦輪流量計是一種速度式流量計,其結(jié)構(gòu)組成如圖2所示,主要包括內(nèi)置整流器、渦輪葉片、傳動機構(gòu)、磁耦合傳動機構(gòu)、計數(shù)器(碼表)等零部件,根據(jù)實際需要可選配低頻脈沖、A1S高頻脈沖發(fā)生器、A1R高頻脈沖發(fā)生器等附加裝置P1。當氣體正向流動時碼表正向轉(zhuǎn)動,碼表數(shù)字(工況流量)增加;當氣體反向流動時碼表則會反向轉(zhuǎn)動(倒轉(zhuǎn)),碼表數(shù)字(工況流量)減少。渦輪流量計配套的體積修正儀通過讀取工況體積低頻脈沖信號,測量介質(zhì)操作壓力和溫度,計算壓縮因子K和修正系數(shù)C,然后計算得到氣體的標況體積、標況流速和工況流速。值得注意的是,不論渦輪流量計碼表數(shù)字是增加還是減少,體積修正儀的數(shù)字只會增加,不會減少。 由于前端DN1400匯管容積較大,當氣體波動較大時,可能產(chǎn)生較大回轉(zhuǎn)流,渦輪流量計前直管段不足以緩解回轉(zhuǎn)流的影響、前后產(chǎn)生壓差,導致渦輪流量計正轉(zhuǎn)或倒轉(zhuǎn),流量計修正儀計量數(shù)據(jù)增加。 3.2歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 通過調(diào)取1#、2#渦輪流量計體積修正儀自2022年11月3日至2022年12月29日的運行數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)從體積修正儀采集到的工況瞬時流量、標況瞬時流量確實存在多個時段微小計量,小時標況流量≤100Nm3的情況,甚至個別時段發(fā)生無瞬時流量計量、但存在累計流量的情況,具體見圖3、圖4渦輪流量計體積修正儀“自走”時段及氣量統(tǒng)計圖,其中氣量偏離較大的區(qū)段即為無瞬時計量、但存在累計計量的時間段。經(jīng)與運行記錄對照,這些時段1#、2#鍋爐處于停爐期。1#渦輪流量計體積修正儀停爐期間增加9 297Nm3氣量,2#渦輪流量計體積修正儀停爐期間增加11 824Nm3氣量。 3.3 現(xiàn)場啟閉試驗 通過工藝流程及設備工作原理分析,以及對渦輪流量計體積修正儀運行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,確認1#、2#渦輪流量計在后端鍋爐停運期間發(fā)生了計量,為了查找導致流量計量的根源,經(jīng)與供熱站溝通,在不影響區(qū)域用戶供暖的情況下,對正在運行的2#鍋爐進行停爐測試,1#、3#、4#鍋爐及二期正常運行。從2022年12月30日10:00至2023年1月3日09:00,對2#渦輪流量計前、后手動球閥進行為期5天的啟閉試驗。 3.3.1流量計前、后閥門]關閉試驗 2022年12月30日10:00,關閉2#鍋爐爐前閥(鍋爐停運),并打開2#流量計前、后手動球閥,記錄2#渦輪流量計碼表數(shù)、修正儀標況流量、IC卡控累計數(shù)。2022年12月30日15:40,關閉2#流量計前、后閥門,記錄2#渦輪流量計碼表數(shù)、修正儀累計標況流量、IC卡控累計氣量。 該時段為流量計前、后閥門關閉期間,渦輪流量計碼表數(shù)、體積修正儀累計標況流量、IC卡控累計氣量未發(fā)生變化。試驗數(shù)據(jù)見表1: 2#渦輪流量計前、后閥門]關閉試驗流量數(shù)據(jù)記錄表。 3.3.2流量計前閥門開啟、后閥門]關閉試驗 2022年12月30日15:40,開啟2#渦輪流量計前閥門,后閥廣]保持關閉狀態(tài)。 2023年1月3日09:14,關閉2#渦輪流量計前閥門,記錄2#渦輪流量計碼表數(shù)、體積修正儀累計標況流量、IC卡控累計數(shù)。 該時段為流量計前閥門開啟、后閥廣]關閉期間,流量計碼表數(shù)值減少254m3,修正儀標況流量增加390Nm3,IC卡控標況數(shù)據(jù)增加390Nm3。試驗數(shù)據(jù)見表2: 2#渦 輪流量計前閥門開啟、后閥門關閉試驗流量數(shù)據(jù)記錄表。 3.3.3流量計前后閥門]啟閉試驗結(jié)論 通過表1、表2的數(shù)據(jù),得出以下結(jié)論:當2#鍋爐停用期間,關閉該支線流量計前、后閥門,流量計碼表、體積修正儀、IC卡控數(shù)據(jù)均不變,也不會產(chǎn)生扣費。 當2#鍋爐停用期間,流量計前、后閥門處于開啟狀態(tài),流量計碼表倒轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)減少,體積修正儀、IC卡控數(shù)據(jù)增加,并產(chǎn)生扣費。 當2#鍋爐停用期間,關閉流量計后閥、流量計前閥處于開啟狀態(tài),流量計碼表、修正儀、IC卡控數(shù)據(jù)均不變,也不會產(chǎn)生扣費。 3.4支線停用時流量計量的原因 根據(jù)工藝流程和設備原理以及現(xiàn)場試驗結(jié)果分析,支線停用時,1#、2#支線與DN800出口管在1400mm匯氣管的兩側(cè),在正常不用氣時,匯氣管內(nèi)壓力與所有下游管線壓力相等;但當DN800支管用氣時,DN800管道內(nèi)壓力會出現(xiàn)輕微下降,匯管前后會形成一定的壓差。由于1#、2#渦輪流量計支線及下游管道均為之前的管道壓力,在壓差的情況下,氣體出現(xiàn)反輸來平衡壓差,渦輪流量計的傳動機構(gòu)隨著氣流方向倒轉(zhuǎn),從而帶動渦輪流量計的碼表倒轉(zhuǎn)、數(shù)字減少;當氣體平衡后,渦輪流量計會停止倒轉(zhuǎn)。從渦輪流量計、體積修正儀、IC- 卡控扣費系統(tǒng)的工作原理上來分析,當氣體正向流動時碼表正轉(zhuǎn),碼表數(shù)字(工況流量)增加,體積修正儀的數(shù)字( 標況流量)增加,IC 卡控標況流量增加并產(chǎn)生扣費;當氣體反向流動時碼表則會倒轉(zhuǎn),碼表數(shù)字(工況流量)減少,但體積修正儀的數(shù)字(標況流量)仍然增加,IC卡控標況流量增加并產(chǎn)生扣費。因此,該供熱站在一期支線鍋爐停用時發(fā)生體積修正儀數(shù)據(jù)增加、IC卡控扣費的情況,是由于二期用氣時渦輪流量計前段壓力低于后端壓力,造成渦輪流量計倒轉(zhuǎn)導致的。 4計量糾紛處置 用于貿(mào)易計量的渦輪流量計屬于檢定的計量器具,精度為1.0級的渦輪流量計定檢周期為1年,經(jīng)檢定合格并出具檢定合格報告后,方可進行使用3。實際上,IC卡控扣費系統(tǒng)屬于供氣方的預付款扣費系統(tǒng),在實際貿(mào)易結(jié)算時,供用氣雙方會在每年的供暖季結(jié)束后,以碼表計量數(shù)據(jù)為準,調(diào)取整個采暖季的體積修正儀的有效計量標況流量,進行一次全面核對,遵循多退少補的原則進行核銷和最終結(jié)算,不會造成多扣費的情況。 5避免渦輪流量計倒轉(zhuǎn)產(chǎn)生貿(mào)易糾紛的揩施 渦輪流量計倒轉(zhuǎn)是由于渦輪流量計工作原理決定的,國內(nèi)其它省市燃氣企業(yè)也出現(xiàn)過渦輪流量計倒轉(zhuǎn)的情況,就氣體渦輪流量計反向測量進行調(diào)研和試驗,發(fā)現(xiàn)在燃氣輸配管網(wǎng)中,特別是多氣源的情況下,很容易發(fā)生氣體渦輪流量計存在反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。 為避免渦輪流量計倒轉(zhuǎn)導致體積修正儀計量數(shù)據(jù)微量增加,從而造成供用氣雙方產(chǎn)生貿(mào)易糾紛,根據(jù)用氣工況并借鑒國內(nèi)其它燃氣企業(yè)的成功處置經(jīng)驗,筆者從運行操作、技術改造及前期設計優(yōu)化等方面提出以下建議: 5.1運行 操作方面 (1)供熱站倒爐操作時,及時關閉停用支線的流量計前后閥門,可以避免發(fā)生渦輪流量計倒走、IC .卡控扣費的問題; (2)供熱站進行倒爐操作時,對停用支線的流量計碼表數(shù)、體積修正儀標況流量數(shù)、IC卡控累計流量數(shù)進行記錄,需要在停用時和啟用前進行兩次記錄,作為后期核銷和結(jié)算的參考依據(jù); (3)供用氣雙方核銷和結(jié)算周期建議縮短至每月一次,避免燃氣價格浮動及偏差氣費產(chǎn)生的影響; (4)供用氣雙方在日常巡查巡檢過程中,將渦輪流量計碼表讀數(shù)列人為日常抄表內(nèi)容; (5)對于貿(mào)易計量的渦輪流量計應定期送檢,如果條件允許的話,同時進行體積修正儀的檢定或校準,包括對溫度和壓力傳感器進行定期比對、校準。 5.2技術改造方面 根據(jù)現(xiàn)場工藝尺寸及設備布局,可在流量計后增設一臺單向閥,可避免支線停用時發(fā)生流量計倒走、IC卡控扣費的問題,投資成本在1萬元~2萬元。 5.3前期設計優(yōu)化方面 ( 1 )利用流體流動模擬軟件對設計方案進行仿真測算,優(yōu)化設計,如仿真測算存在渦輪流量計倒走的可能,建議在流量計前增加一臺單向閥; (2)由于渦輪流量計受來流流速分布變化和旋轉(zhuǎn)流的影響較大,傳感器上下游需設置較長的直管段,渦輪流量計的上游端至少應有20倍公稱通徑長度的直管段,下游端應不少于5倍公稱通徑的直管段,以達到紊流的流態(tài)要求,如安裝空間有限制,可考慮加裝整流器以縮短直管段長度叫。 燃氣渦輪流量計反轉(zhuǎn)原因剖析及處理辦法探討 摘要:以某供熱站支線鍋爐停運時出現(xiàn)的渦輪流量計量問題為著眼點,經(jīng)由對該供熱站工藝設備的分析,對流量計歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計,對流量計前后閥門的啟閉試驗,再結(jié)合渦輪流量計的工作原理,得出在后端鍋爐停運狀態(tài)下渦輪流量計產(chǎn)生計量的緣由是其發(fā)生倒轉(zhuǎn)致使體積修正儀計量數(shù)據(jù)出現(xiàn)微量增長的結(jié)論。與此同時,本文從運行操作、技術改造以及前期設計優(yōu)化等方面提出了 8 點建議,旨在避免因渦輪流量計倒轉(zhuǎn)而令供用氣雙方產(chǎn)生貿(mào)易糾紛,供同行業(yè)借鑒。 背景 在城鎮(zhèn)燃氣輸配系統(tǒng)里,燃氣計量與燃氣企業(yè)的精準調(diào)度息息相關,還直接影響到供用氣雙方的經(jīng)濟核算,流量計的正確計量顯得極為關鍵。目前在我國城鎮(zhèn)燃氣貿(mào)易計量當中,大型工商用戶廣泛運用渦輪流量計,氣體渦輪流量計屬于速度式流量計,是重復性與精度都極佳的流量計之一,具有壓力損失小、精度高、流量量程比寬、抗振以及抗脈動流性能好等特性。然而渦輪流量計容易受到氣體密度的影響,而氣體的密度又與溫度、壓力關系緊密,對于大型工商用戶,尤其是后端連接著需要頻繁啟閉的燃燒器具的情況,現(xiàn)場往往會因為溫度和壓力的波動而致使流量計計量失準,引發(fā)供用氣雙方的貿(mào)易糾紛。 某燃氣供熱站察覺到其次高壓中壓燃氣調(diào)壓撬的 1#、2#支線的渦輪流量計在后端燃氣鍋爐停用期間,渦輪流量計配套的體積修正儀出現(xiàn)了燃氣計量,IC 卡控扣費系統(tǒng)(以下簡稱 IC 卡控)產(chǎn)生了扣費,供熱站認為流量計出現(xiàn)了“自走”,要求燃氣公司組織開展專項調(diào)研與處置。 方法 針對這一問題,燃氣公司組織設計部門、技術部門、運行部門、計量部門、設備廠家以及供熱站生產(chǎn)部門形成專項小組,對場站的工藝設備予以分析,研判發(fā)生流量計“自走”問題的可能性;調(diào)取流量計的歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,查找流量計“自走”的時間段與氣量;通過對流量計前后閥門的啟閉試驗、觀察流量計的計量狀況,分析流量計“自走”的工況,并結(jié)合渦輪流量計的工作原理,剖析導致流量計在后端燃氣具停用情況下產(chǎn)生計量的原因。 原因分析 3.1 工藝流程及設備原理剖析 該熱力站分兩期進行建設:一期于 2016 年底建成并投運,設有調(diào)壓支線 2 條,設計流量 60000Nm³/h,計量支線 4 條,單路流量 6400Nm³/h,流量計均選用國際某知名品牌的渦輪流量計,并配套體積修正儀;二期于 2022 年 11 月建成投運,在一期的 1400mm 匯氣管上,將原 DN800 預留接口引出到二期鍋爐及發(fā)電機用氣,設計流量 36575 Nm³/h。該站的工藝流程如圖 1 所示。經(jīng)了解,在日常的運行管理中,當供熱站鍋爐停運時,工作人員僅關閉鍋爐房的爐前閥,并不關閉流量計前后的閥門。 氣體渦輪流量計乃是一種速度式流量計,其結(jié)構(gòu)組成詳見圖 2,主要涵蓋了內(nèi)置整流器、渦輪葉片、傳動機構(gòu)、磁耦合傳動機構(gòu)以及計數(shù)器(碼表)等組件,按照實際需求,還可選用低頻脈沖、A1S 高頻脈沖發(fā)生器、A1R 高頻脈沖發(fā)生器等附加裝置 P1。當氣體正向流動之際,碼表會正向轉(zhuǎn)動,碼表數(shù)字(工況流量)隨之增加;而當氣體反向流動之時,碼表就會反向轉(zhuǎn)動(即倒轉(zhuǎn)),碼表數(shù)字(工況流量)則會減少。渦輪流量計配套的體積修正儀會通過讀取工況體積低頻脈沖信號,對介質(zhì)操作壓力以及溫度進行測量,進而計算出壓縮因子 K 與修正系數(shù) C,接著計算得出氣體的標況體積、標況流速以及工況流速。需要特別注意的是,不管渦輪流量計碼表數(shù)字是增加還是減少,體積修正儀的數(shù)字只會增加,絕對不會減少。
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