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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

发布时间:2019-04-16 16:34:58 浏览:

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。

图1 孔板流量计结构

图1 孔板流量计结构   下载原图

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。

图2 流体在孔板前后的流动过程

图2 流体在孔板前后的流动过程   下载原图

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:

方法1:

 

其中, P0、V0、T0、ρ0、M0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Q0为:

 

方法2:

 

又由:可知工况下的气体流量为:

 

设P3、Q3、T3为标准大气压, 20℃时下的压力、体积、温度, 则P3=101 325 Pa, T3=293.15 K。

又因ρ0= (1-0.00446C) ×1.293, 因此:

 

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。

表1 2种方法对比     下载原表

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[3,4,5]

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T0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 m3/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 m3/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:

 

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。

表2 平遥站西门子压缩机进口流量     下载原表

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。

表3 计算流量与实际流量对比     下载原表

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