摘要:針對液化天然氣接收站介質特性及工藝流程，簡單介紹了液化天然氣工程中常用
流量計的工作原理及優缺點,給出了流量計選型的一般步驟,最后通過實例介紹了流量計選型的過程,并對選型時應注意的問題進行了探討。
0引言
液化天然氣(LNG)接收站是對LNG進行接收、儲存、氣化和外輸等作業的站場，主要工藝系統包括卸料系統、儲存系統、蒸發氣(BOG)壓縮機系統、高壓氣化外輸系統、槽車低壓外輸、火炬系統、計量系統等，另外還有配套的公用系統，如消防水系統、儀表風系統、制氮系統、取海水系統等，為了更好地控制產品質量、成本核算和節約能源，需要在LNG接收站各系統適當配置流量計進行實時監測。
接收站流量計按用途分為貿易計量和過程控制。貿易計量主要是LNG卸料計量、天然氣外輸計量和槽車LNG分銷計量,其中，卸料計量一般通過熱值計算,不采用流量計,天然氣外輸計量一般采用成套的外輸計量撬(
超聲波流量計),LNG槽車外輸計量則通過地衡稱重實現“,文章主要介紹過程控制流量計選型設計與應用。
1工作原理及選型步驟
目前，市場上大約有超過一百種不同的流量計，其測量原理、結構特性、適用范圍及使用方法各不相同,對每一種測量工況而言，沒有最好的流量計，只有最適合的。選擇最適合的流量計，需要根據不同流量計的儀表性能，結合它們各自的使用工況及優勢進行選型。
1.1工作原理
石油化工行業常用的流量計主要有質量流量計、超聲波流量計、容積式流量計、
電磁流量計、
渦輪流量計、
渦街流量計、
轉子流量計、
靶式流量計、
孔板流量計、
V錐流量計和文丘里流量計等10余種,表1是各種類型流量計工作原理及優缺點。
1.2選型步驟
首先明確使用流量計的目的，例如測量體積流量、質量流量、瞬時流量、累積流量;其次,針對每一種工況確定工藝參數后，從測量介質、量程比、測量范圍、壓力損失、管徑要求等方面進行分析,對于符合以上要求的確定為備選流量計;最后,對備選流量計再從價格、環境條件和后期維護要求確定適合的。
表1常用流量計工作原理及優缺點
| 儀表類型 |
工作原理 |
優點 |
缺點 |
科式質量流量計 |
通過流體在流體管內產生的科里奧利力,間接得到流體質量流量。 |
精度高，可靠性高，能測量質量流量、密度、溫度等多種參數。 |
對外界振動干擾敏感，不能用大管徑，不能測量低密度和低壓氣體，價格高。 |
熱式質量流量計 |
通過加熱流體后，檢測溫度場的變化來間接測量介質質量流量。 |
可測量微小氣體流量，在小、微氣體流量中有廣泛應用，無可動部件，可靠性高 |
被測介質要求干燥、潔凈，否則測量誤差增大，動態響應慢，可達到3~6so |
超聲波流量計
(時差法) |
通過測量超聲波脈沖順流和逆流傳播時速度之差來測量流體的流速 |
可測量強腐蝕性、高粘度、易揮發等惡劣介質，無壓損，可用于大管徑，維修更換方便。 |
只能用于清潔介質，外夾式流量計測量精度低，不適用200℃以上高溫場合 |
容積式流量計 |
測量元件將流體分割成多個單位體積，通過測量運動元件的轉動次數，間接測量流體的流速。 |
精度高，受環境影響小，直管段要求不高，量程比大，通常用于昂貴介質測量或需要準確計量時。 |
結構復雜，體積笨重，噪聲大，維護困難，一般適用于中、小口徑，且不適用于高低溫場合。 |
電磁流量計 |
基于法拉第電磁感應定律，通過測量磁場中導電流體的電動勢，間接得到被測流體流量。 |
無壓損，可用于含固體顆粒、懸浮物等臟污流體,測量范圍大，線性輸出，維護方便。 |
不適用低導電率流體，不能用于高溫流體，用于低溫介質測量時需采取特殊處理。 |
渦輪流量計 |
在流體的作用下，葉輪受力轉動，其角速度同流體平均流速成正比，測量轉速得到流量。 |
精度高，重復性好，范圍度大，結構簡便，適用于高壓測量。 |
受流速分布和旋轉流的影響大,對傳感器的直管段要求高,對介質清潔度要求高。 |
渦街流量計 |
在流體中設置旋渦發生體，在發生體兩側產生有規則的漩渦，通過檢測漩渦發生頻率計算流量。 |
結構簡單，安裝維護方便，可測流體種類多;精度高，壓損小，測量范圍度寬。 |
不適用于低雷諾數測量，上下游必須有足夠的直管段。 |
轉子流量計 |
浮子在垂直錐形管中隨著流量變化而升降，浮子位移量與流量大小成比例。 |
主要用于小、微流量，范圍度寬,輸出特性近似為線性壓損小，價格低 |
精度不高，受被測介質物性影響大，一般管道口徑不超DN250。 |
靶式流量計 |
介質流經阻流件(靶)時會因其動能給阻流件一個作用力，作用力與流速平方成正比。 |
精度高，重復性好，耐高溫，結構簡單，拆卸方便，不易堵塞。 |
流體必須滿管，量程范圍窄。 |
孔板流量計 |
通過測量介質流經孔板時產生的靜壓差來確認流量數值。 |
適用范圍廣，結構簡單，易于復制，性能穩定可靠,價格低廉。 |
壓力損失大，流量范圍窄,有長的直管段要求，需要經常維護。 |
V錐流量計 |
當流體流經V錐時，流通面積發生改變，產生壓力變化，通過測量壓力差來確認流量數值. |
測量范圍大,精度高，重復性好，壓損小，結構堅固免維護，直管段要求低。 |
介質有顆粒雜質容易堵塞。 |
文丘里流量計 |
通過測量介質流經節文丘里管時產生的靜壓差來確認流量數值。 |
結構簡單，精度高，壓損小，不易磨損，維護量小。 |
直管段要求高，流體對喉管的
沖刷和磨損嚴重，無法保證長.時間測量精度, |
1)價格。價格是流量計選型必須考慮的因素，但不是決定性因素,僅就儀表本身購置費來講,質量流量計、容積式流量計、管段式超聲流量計價格高，而小尺寸的渦輪、渦街、靶式.V錐等儀表的價格相差不多,轉子和孔板則屬于便宜的儀表。除此之外,還應考慮國產.進口差價、安裝費、維護費、周期標定費等附加費。
2)環境條件。一般需要考慮的有使用環境溫度、濕度、大氣壓、防爆防護、電磁干擾、防雷擊等，對于沿海地區,儀表耐腐蝕性也應被列為重點因素。
3)后期維護。流量計投入使用后，為保證流量計正常工作和保持應有的精度,需要定期對流量計進行維護。例如，渦街流量計為了后期方便檢查和清洗流量計(漩渦發生體),應安裝旁通管道，而科式質量流量計零點漂移對測量精度的影響為嚴重，所以非常必要定期進行零點檢查和調整。
流量計選型步驟如圖1所示。
2應用舉例
2.1確定工藝參數
LNG接收站內需要使用流量計的系統及測量介質如表2所示。
低壓外輸工藝流程如圖2所示，一部分低壓.LNG進入再冷凝器與BOG壓縮機的壓縮蒸發氣混合冷凝后，與經過再冷凝器旁路的低壓LNG匯合進入高壓泵，達到所需的流量和輸送壓力后經過氣化器氣化、計量站計量后外輸至輸氣管道,另一部分低壓LNG直接輸至裝車站，通過槽車外運。
每臺低壓泵管線均需要流量測量,首先確定測量介質的工藝條件,表3為低壓泵管線工藝參數。
2.2選型分析
根據表3提供的工藝參數,按照測量介質適用性、量程比、壓損要求、管徑要求等進行逐項評比。
表4為流量計選型評審表。其中,壓力損失計算過程復雜般通過專業軟件完成。
通過以上分析，確定備選流量計有5種類型,分別是超聲波流量計、渦輪流量計、渦街流量計、孔板流量計和文丘里流量計。從價格上可以先排除超聲波流量計,渦街流量計受環境條件影響嚴重，特別是管道振動這類周圍噪聲影響測量精度,渦輪流量計可動部件容易磨損，后期維護工作量大，同尺寸的文丘里管大約是孔板的兩倍價格，綜合上述因素及以往經驗,優先選用孔板流量計。
對于其他系統的流量計，按照以上步驟和原則分別進行選型，并最終確定最適合的流量計。
3應注意的問題
流量計的選型過程是不斷綜合的過程，既要了解使用條件又要熟悉流量計的性能參數,一般而言，選型時應注意以下幾個方面:
1)防爆防護。液化天然氣接收站危險隱患多,站內各工藝系統可能會有可燃氣存在,考慮到LNG具有易燃易爆易蒸發、快速相變、低溫等特性，一旦泄漏會迅速蒸發形成可燃氣云團，遇火源就可能發生火災爆炸回，因此選型時要選用滿足本區域防爆防護等級要求的流量計，以減少可能發生的事故。
2)標定要求。在設置流量計精度時，應注意提供的數據是在標定條件下標定的，而在實際測量時，介質參數與標定時發生變化，可能會影響流量計精度,因此安裝前需要根據介質工藝參數進行標定。另外，如果流量計長時間使用發生磨損或介質參數發生大變化也需要進行及時標定，以免影響計量結果。
3)輔助配件。流量計在使用時可能不是單獨存在的，往往需要配備相應的輔助配件，以保證流量計正常、可靠地工作。例如，容積流量計和渦輪流量計一般需要安裝前置過濾器，而轉子流量計則需要在下游安裝單向閥以免流體倒流。
4)保證安全。石油化工行業中流量儀表在過程控制中有著穩定安全生產的作用，因此，首先保證測量方式必須穩定可靠，一方面取樣裝置在運行中不.會發生因機械強度或電氣回路故障而引起生產事故:另一方面,測量儀表無論在正常生產或故障情況下都不會影響生產系統的安全。低溫高壓的場合,一般不使用結構強度低的靶式流量計和渦輪流量計,而對于安全儀表系統的流量計。
5)業績要求。通常為保證項目安全可靠,建議選型時盡量選用有相同或相似工況應用業績的流量計,對于業績少的流量計或新產品應慎重對待。仿真結果吻合。
6結論
通過輸出位移、激振力、倍頻效應和散熱特性的試驗，得出以下結論:
1)利用超磁致伸縮材料的倍頻效應，可以降低驅動頻率在200Hz以下,同時簡化驅動線圈結構;
2)超磁致伸縮激振器的動態特性主要包括階躍響應和幅頻特性,以最大激振力為前提,激振器應有足夠的動態性能;
3)驅動磁場頻率在200Hz以下時,激振力可在1~10kN范圍內調節，激振電流-磁場強度-磁化強度間近似線性關系，表明線性磁化模型能夠為準確的描述磁場強度與磁化強度的關系;
4)靜態力常數與磁場強度、磁致伸縮應變、輸出力和系統剛度密切相關，是綜合反映超磁致伸縮激振器靜態性能的重要指標。
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