燃气工程设备综合

1、1燃气工程设备燃 气 工 程 设 备2燃气工程设备油（液）气分离器3燃气工程设备 从气井中开采出来的天然气，常带有一部分液体（水和凝析油）和固体杂质（如岩屑粉尘）等。这些杂质不仅腐蚀管道、设备、仪表，而且还可以堵塞阀门、管线影响正常生产。因此，从井场来的流体必须在集气（油）站进行脱除机械杂质和处理，然后才能进入输气干线。另外，天然气在经过长输管道到达末站（城市门站）等时，由于管线内腐蚀等原因，不可避免的含有机械杂质，必须进行脱除。油（液）气分离器4燃气工程设备1.1 天然气分离的方法： 相分离 在一定的压力和温度下，气液混合物将形成一定比例和组成的液相和气相，即相分离。 机械分离 用机械分离的

2、方法把液相（或固相）和气相分开，称之为机械分离。1、概述油（液）气分离器5燃气工程设备1.2 天然气分离的基本目的：从气流中分离掉液体和固体；从油流中分离掉气体和固体以及游离水；利用相对密度的差异将混合的液体分离成两种或三种流体等。油（液）气分离器6燃气工程设备1.2 四个操作要求（功能）：油和气或气和液的基本“相”的分离；脱除气相中所夹带的液沫（雾状）；脱除液相中所包含的气泡；从分离器内分别引走已经分离出来的气相和液相，不允许它们彼此有重新夹带掺混的机会。油（液）气分离器7燃气工程设备四个部分（段）：基本相分离段流体从管线进入分离器，首先通过基本“相”分离段，使流体带有的能量得到控制或消减；

3、重力沉降段使气体和液体的流量能保证流体在分离器内的速度经常在最大的允许线性速度以内，以便它们得到分离和沉降；除雾段或聚集段减少气体的紊流，使气体中夹带的液沫聚集、分离出来；液体收集和引出段使已分离的液（固）和气相不再彼此重新夹带，掺混，将它们分别地引走。 分离器中的压力用压力控制阀来保持。油（液）气分离器8燃气工程设备2、重力式两相分离器2.1 重力沉降分离原理 重力沉降是分散相液滴在重力作用下，与周围气体发生相对运动，并实现分离的过程。 液滴的重力沉降速度是指液滴相对于周围流体的沉降运动速度。影响重力沉降的因素很多，有颗粒的形状、大小、密度、流体的种类、密度、粘度等。液滴颗粒的沉降速度阻力系

4、数 是雷诺数Re的函数油（液）气分离器9燃气工程设备2.2 碰撞分离（聚结）原理 碰撞分离就是利用碰撞作用把在沉降分离中未能除去的较小的液滴除去。 油气分离器中完成碰撞分离作用的部件叫除雾器。 除雾器内气体的通道是曲折的，携带着油雾的气体进入除雾器，在其中被迫绕流时，由于油雾的密度比气体大，惯性大，油雾不完全随气流改变运动方向，于是被碰撞到经常润湿的结构上被吸附。这些油雾不断被吸附积蓄，沿结构垂直面流下。油（液）气分离器10燃气工程设备2.3 动量改变分离原理 流体中不同密度的各相有不同的动量。如果两相流突然改变方向，较大动量的重流体微粒，不能象轻的流体那样迅速转向，所以就要产生分离。流动中的

5、两相分离，通常采用动量法，如分离器的进口初级分离部分就是利用改变动量实现分离的典型例子。油（液）气分离器11燃气工程设备2.4 重力式两相分离器的分离过程图1 卧式分离器示意图油（液）气分离器12燃气工程设备高效卧式分离器示意图油（液）气分离器13燃气工程设备图3 立式分离器示意图油（液）气分离器14燃气工程设备立式分离器示意图油（液）气分离器15燃气工程设备图5 常规过滤分离器示意图油（液）气分离器16燃气工程设备常规过滤分离器示意图17燃气工程设备2.5 卧式与立式分离器的比较分离器重力沉降部分中液滴下沉方向看，在立式分离器中两者相反，在卧式分离器中两者相互垂直。在卧式分离器中，液滴更易于

6、从气流中分出，因而卧式分离器适合于处理带液量较大的流体。在卧式分离器中，气液界面面积较大，集液部分液体中所含有的气泡易于上升至气相空间，即所得的液体中含气量少。此外，卧式分离器还有单位处理量成本低，易于安装、检查、保养、易于制成撬装式等优点。油（液）气分离器18燃气工程设备立式分离器占地面积小，适合于处理含固体杂质较多的油气混合物，可以在底部设置排污口定期排放和清除固体杂质。卧式分离器处理含固体杂质较多的油气混合物时，由于固相杂质有4560的静止角，故在分离器底部沿长度方向需设置几个排放口。卧式分离器具有较小的液体波动容量。立式分离器也有与生产过程无关的某些缺点卸压阀和某些控制器在没有特别的扶

7、梯和平台时，可能是难以操作维修的；由于高度的限制，分离器在搬动时必须从滑橇上拆卸下来。油（液）气分离器19燃气工程设备 总之，对于正常的油气分离，特别是出现乳化、泡沫或高气油比的场合，卧式分离器可能是最经济的。在低气油比的场合，立式分离器工作得最有效，在非常高的气油比场合，（比如在从气体中仅仅需要脱除液体雾沫所使用的气体洗涤器）也可以使用立式分离器。油（液）气分离器20燃气工程设备2.6 两相分离器的外壳及内部构件2.6.1 分离器的外壳 为内部承受压力的容器。它是一个圆形筒体，其内径及长度的尺寸，根据气体和液体的处理量，以及操作压力和温度等参数来设计确定，两端有通常是椭球形或球形的封头。筒体

8、及封头的壁厚，按高压容器设计的要求及方法设计成有足够的厚度，以承受高的压力。油（液）气分离器21燃气工程设备2.6.2 进口转向器1.导流档板 可能是球形盘，平板，角铁，锥形物，或者是任何一种能使液流方向和速度快速变化的东西。档板主要是用结构支撑加以固定，以承受冲击动量载荷。使用半球形或锥形的装置，其优点是它比板或角铁所产生的扰动要小些，从而减少再夹带或乳化的问题。油（液）气分离器22燃气工程设备2. 旋风式进口 应用离心力，分离流体成为油气。这种进口可以是旋风式通道或者是环绕筒壁的切线流道。这些装置是属于专利性的，使用一个进口喷咀就足以产生一个围绕着内筒回转大约6m/s的液流速度，内筒的直径

9、不大于分离器直径的2/3。油（液）气分离器23燃气工程设备3. 波浪破碎器 在长的卧式分离器内，有必要安装波浪破碎器，波浪破碎器不过是一些垂直挡板横跨在气液界面之上并与流动方向垂直。油（液）气分离器24燃气工程设备4.除沫板 当气泡从液体中逸放出来时，在气液界面可能形成泡沫。在进口处加入化学处理剂就可以使泡沫稳定下来。更为有效的解决办法是迫使泡沫流经一系列倾斜的平行板片或管束，以便于泡沫聚结。油（液）气分离器25燃气工程设备5. 气相整流构件 当液流进入分离器后，在转向器旋风口或动能吸收器的作用下，进行了初步分离，初分的气相处于紊流状态，对液滴的自然重力沉降不利。 “整流”构件，即在分离器内某

10、一长度范围内设置一系列并有适当间距的平行薄板，气体通过狭窄的平行间隙时，作层状流动，促进了气相中液滴的重力沉降。该构件在气相负荷高、气速较大的场合十分有用。 油（液）气分离器26燃气工程设备6. 雾沫脱除器（除雾器） 两种最常用的雾沫脱除装置：丝网垫和叶板。 丝网垫是由很细的不锈钢丝缠绕成紧密的园柱形填料垫层。液滴碰击到丝网上，聚积起来。丝网的效果很大地依赖于气体有一个恰当的速度范围。如果速度太大，分离出来的液体将被再夹带到气流中，如果速度较低，烃蒸汽漂流经过丝网，这样就没有液滴的碰击和聚积。油（液）气分离器27燃气工程设备 丝网垫的结构，通常规定成某种厚度（一般是75到180mm）和某种筛网

11、密度（一般是每立方米160到190kg）。尺寸适宜的丝网除雾器可以脱除99%的10微米和更大些的液滴，但容易堵塞。油（液）气分离器28燃气工程设备 叶板除雾器迫使气体在平行板内为层流，并使流动方向改变。液滴碰击到板面上就聚积起来，并向下沉降到液体收集处，然后液体按规定路线进入分离器的液体收集段。叶板式除雾器在制造厂制成序列，以保证既是层流，又有某一最小的压力降。油（液）气分离器29燃气工程设备拱板除雾器 是由一系列同心波纹圆筒组成，这样就增大了液滴在圆筒表面的聚结面积。油（液）气分离器30燃气工程设备 除雾器的作用是把沉降分离不能除去的微小液滴去掉，因此，不能处理携带有大量液滴的气体，更不能代

12、替重力沉降分离段的作用。油（液）气分离器31燃气工程设备2.7 其它形式的分离器2.7.1 旋风分离器 旋风分离器的主要特点是天然气和被分离液体沿分离器筒体壁切线方向以一定速度进入分离器，并沿筒体内壁作旋转运动。由于被分离液滴的密度远大于气体，因而液滴在此旋转运动中被抛向筒体壁，并附着在筒体壁上，聚集成较大液滴而沿筒体壁向下流动，最后流入分离器的集流段而被排放出去。旋风分离器的工作与气体进入分离器的线速度密切相关，而线速度的大小又直接与气体处理量有关。油（液）气分离器32燃气工程设备 旋风分离器尽管有较高的分离效率，但却不适应负荷波动较大的场合，因而在负荷波动较大的集输站场与单井集气站中的应用

13、受到限制。图5 旋风分离器示意图油（液）气分离器33燃气工程设备压 缩 机34燃气工程设备1. 离心压缩机1.1 离心式压缩机的主要结构1.1.1 离心压缩机典型结构简介典型的离心压缩机DA120-62结构如图1所示。其型号中 “DA”代表单吸式离心压缩机；“120”表示吸入流量约120m3/min；“6”表示共有六级叶轮；“2”表示是该型号的第二次设计产品。压 缩 机35燃气工程设备压 缩 机36燃气工程设备1.1.2离心压缩机的特点 流量大 离心压缩机中气体是连续流动，流通截面较大，同时叶轮转速很高，故流量很大，进气量在5000m3/min以上。 转速高 离心压缩机中转子只作旋转运动，转动

14、惯量小，且与静止部件不接触。这不仅减少了摩擦，还可大大提高转速。结构紧凑 机组重量及占地面积都比同一气量的活塞压缩机小得多。压 缩 机37燃气工程设备运转可靠 由于转动部件与静止部件不直接接触摩擦，因而运转平稳、排气均匀、易损件少，一般可连续运转一年以上。不需备用机组，维修量小。 单级压力比不高 目前排气压力需在500105Pa以上时，只能使用活塞压缩机。效率稍低 由于离心压缩机中气流速度较大，造成能量损失较大，故效率较活塞压缩机稍低。离心压缩机转速高、功率大、无备机，一旦发生事故，后果是严重的，需有一系列紧急安全保障设施。 压 缩 机38燃气工程设备1.1.3 离心式压缩机的主要结构 离心式

15、压缩机本体由转子、定子、轴承等组成。转子由主轴、叶轮、联轴器等组成，有时还有轴套、平衡盘。定子由机壳、隔板、密封（级间密封和轴密封）、进气室和蜗室等组成。其中隔板由扩压器、弯道、回流器等组成。有时在叶轮进口前设有进气导流器（预旋器）。压 缩 机39燃气工程设备 垂直剖分型也称筒型（图1-5），壳体是圆柱形的整体，两端采用封头。这种结构最适用于压缩高压力和低分子量、易泄漏的气体，气缸是圆柱形的整体，能承受较高的压力。 1壳体 离心式压缩机的壳体结构主要有水平剖分型和垂直剖分型两种。水平剖分型的壳体分为上、下两半（图1-4），出口压力一般低于7.85MPa，是用途最广泛的一种结构型式。压 缩 机4

16、0燃气工程设备2叶轮 离心式压缩机的叶轮又称工作轮，是使气体提高能量的唯一元件。叶轮按其整体结构可分为开式、半开式和闭式三种，压缩机中实际应用的是半开式和闭式两种。叶轮随叶片出口角2（见1-6）的不同，可分为前向叶轮(不采用) 、径向叶轮和后向叶轮。 压 缩 机41燃气工程设备3扩压器 常在叶轮后设置流通面积逐渐扩大的扩压器，用以把速度能转化为压力能，以提高气体压力。 无叶扩压器效率较低，结构简单，同一无叶扩压器可与不同出口角的叶轮匹配工作。适于工况变化较大的情况。 叶片扩压器具有相同扩压度时，叶片扩压器的径向尺寸比无叶扩压器小，对于工况变化小的情况，为了提高效率，以采用叶片扩压器较好。压 缩

17、 机42燃气工程设备4轴封 在离心式压缩机的各级之间和主轴穿过机壳处，为了防止泄漏，安装轴封装置。轴封型式有迷宫密封、机械密封、浮环密封和抽气密封等。迷宫密封是在密封体上嵌入或铸入或用堵缝线固定多圈翅片，构成迷宫衬垫。浮环密封适用于大压差，高转速的离心式压缩机。 机械密封主要是用于清洁的气体、重烃气体和冷剂气体等。 压 缩 机43燃气工程设备1.1.4 离心式压缩机的辅助系统1. 润滑油和密封油系统 离心式压缩机的润滑油系统由油箱、油过滤器、油冷却器、安全阀、单向控制阀、油泵和驱动机、压力表等组成。 2. 其它辅助系统 离心式压缩机还包括有齿轮箱或联轴器、轴向位移安全器和冷却分离器等辅助设备。

18、压 缩 机44燃气工程设备1.1.5 驱动压缩机的动力机 电动机、蒸气轮机、燃气轮机、柴油机和天然气发动机等。 天然气输送管道内所输送的介质本身就是优质的动力燃料，使得燃气轮机和天然气发动机在天然气压缩机站的使用上占有绝对的优势。离心式压气机输气量大、转速高，普遍采用燃气轮机直接驱动。压 缩 机45燃气工程设备1.2 离心式压缩机的型号1.2.1 国产离心式压缩机的型号 1. 名称离心压缩机产品名称组成如下：压 缩 机46燃气工程设备2. 型号： 离心压缩机产品型号组成如下： 压 缩 机47燃气工程设备1.3 离心式压缩机的操作性能 离心式压缩机的特性基本上取决于速度而不取决于结构，即排气量的

19、变化与速度成正比，产生的压头与速度的二次方成正比，所需功率与速度的三次方成正比。 操作特性由系统阻力所决定。在选择压缩机之前必须先确定系统的能力和任务。 压 缩 机48燃气工程设备1.4 离心式压缩机的喘振和临界流速 1.4.1 喘振 任何离心压缩机按其结构尺寸，在某一固定的转速下，都有一个最高的工作压力，在此压力下有一个相应的最低的流量。当离心压缩机出口的压力高于此数值时，就会产生喘振。压 缩 机49燃气工程设备喘振的现象： 发生喘振时，机组开始强烈振动，伴随发生异常的吼叫声，而且是周期性地发生；和机壳相连接的出口管线也随之发生较大的振动；进口管线上的压力表指针大幅度摆动；出口止回阀处发生周

20、期性的开和关的撞击声响；主电动机的电流表指针大幅度的摆动；在操作仪表上，流量表等也发生大幅度的摆动。 压 缩 机50燃气工程设备喘振的危害：喘振对压缩机的迷宫密封损坏较大。 由于密封的损坏，将使润滑油窜入流道，影响冷却器和冷凝器的效率。严重的喘振很容易造成转子轴向窜动，烧坏止推轴瓦，叶轮有可能被打碎。极严重时，可使压缩机遭到破坏，会损伤齿轮箱，电动机以及连接压缩机的管线和设备等。压 缩 机51燃气工程设备2. 活塞式压缩机2.1 活塞式压缩机工作原理 活塞式压缩机由曲柄连杆机构将驱动机的回转运动变为活塞的往复运动，气缸和活塞共同组成实现气体压缩的工作腔。活塞在气缸内作往复运动，使气体在气缸内完

21、成进气、压缩、排气等过程，由进、排气阀控制气体进入与排出气缸。图21压 缩 机52燃气工程设备2.2 活塞式压缩机的特点优点（与离心式压缩机相比）：适用压力范围广。这种机器依靠工作容积变化的原理工作，因而不论其流量大小，都能达到很高的工作压力。目前工业上超高压压缩机的工作压力已可达350MPa。热力效率较高，功率消耗较其它型式压缩机低。对介质及排气量的适应性强。可用于较大的排气量范围，且排气量受排气压力变化的影响较小。当介质密度改变时，压缩机的容积排量和排气压力的变化较小。 压 缩 机53燃气工程设备主要缺点：往复惯性力大，使转速不能太高，故机器较笨重，大排量者尤甚。结构复杂、易损件多，使维修

22、工作量大。由于排气不连续，造成气流压力脉动，易产生气柱振动。 由于以上特点，活塞压缩机主要适用于中、小流量而压力较高的场合。在石油化工厂中，用压缩机输送工艺气体或动力气体。压 缩 机54燃气工程设备2. 3 活塞式压缩机的种类 按气缸中心线的相对位置分为以下几种型式。1. 立式压缩机 立式压缩机的气缸中心线和地面垂直。由于活塞环的工作表面不承受活塞的重量，因此气缸和活塞的磨损较小，活塞环的工作条件有所改善，能延长机器的使用年限。立式压缩机的机身形状简单、重量轻，不易变形。往复惯性力垂直作用在基础上，基础的尺寸较小，机器的占地面积小，但是要求厂房高，机体稳定性差，对大、中型结构的压缩机，安装、操

23、作维修都较困难。压 缩 机55燃气工程设备2. 卧式压缩机 卧式压缩机的气缸中心线和地面平行，分单列或双列，且都在曲轴的一侧。由于整个机器都处于操作者的视线范围之内，管理维护方便，曲轴、连杆的安装拆卸都较容易。其主要缺点是惯性力不能平衡，故转速的增加受到限制，导致压缩机驱动机和基础的尺寸及质量大，占地面积大。多级压缩时，只能采用多缸串联，因而气缸、活塞的装拆不方便。在大、中型压缩机领域内已被淘汰。但因有结构紧凑，零件少，缸与缸串联可避免采用高压填料等的优点，小型高压的机器中仍有采用。压 缩 机56燃气工程设备3. 角度式压缩机 角度式压缩机的各气缸中心线彼此成一定的角度，但不等于180。由于气

24、缸中心线相互位置的不同，又区分为L型、V型、W型、扇型等。该结构装拆气阀、级间冷却器和级间管道设置方便，结构紧凑、动力平衡性较好。多用作小型压缩机。 压 缩 机57燃气工程设备4. 对置式压缩机 气缸在曲轴两侧水平布置，相邻的两相对列曲柄错角不等于180。对置式压缩机分两种：一种为相对两列的气缸中心线不在一直线上，制成3、5、7等奇数列；另一种曲轴两侧相对两列的气缸中心线在一直线上，成偶数列，相对列上的气体作用力可以抵消一部分，用于超高压压缩机。压 缩 机58燃气工程设备5. 对称平衡式压缩机 对称平衡压缩机，如图所示。两主轴承之间，相对两列气缸的曲柄错角为180，惯性力可完全平衡，转速能提高

25、；相对列的活塞力能互相抵消，减少了主轴颈的受力与磨损。多列结构中，每列串联气缸数少，安装方便，产品变型较卧式和立式容易。压 缩 机59燃气工程设备2.4 活塞式压缩机的型号 国产活塞式压缩机型号由基本型号和辅助型号两部分组成，其间以短划“”隔开。基本型号表达其结构要素，辅助型号表达其主要性能参数和重大结构差异。 压 缩 机60燃气工程设备压 缩 机61燃气工程设备结构型式的代号：Z 气缸排列为直立式；P 气缸排列为卧式；W气缸排列为W型；L 气缸排列为L形；V 气缸排列为V形；S 扇形；M气缸排列为M型（对称平衡）；D 气缸排列为对称放置（对称平衡）；H 气缸排列为对称放置（对称平衡）； X

26、星型压缩机。压 缩 机62燃气工程设备举例说明 P40/2.57石油气压缩机P气缸为卧式排列；40换算到标准状态下的排气量，40标m3/min；2.5进气压力为2.5kgf/cm2（0.245MPa）（g）；7排气压力为7kgf/cm2（0.686MPa）（g）压 缩 机63燃气工程设备2.5 活塞式压缩机的附属系统2.5.1 冷却系统 压缩机需要冷却的部位有：气缸、中间和后冷却器、润滑油冷却器等。冷却系统配置原则是：进入中间冷却器的水温应在系统中为最低，而气缸和填料水套的进水温度不应过低，以免气缸中析出凝液，以及夏季气缸外结露、腐蚀；水量消耗小，管路简单，系统经济性好；检查和调节水量方便。压

27、 缩 机64燃气工程设备冷却系统配置方案有串联、并联和混联等。串联流程，耗水量小，管路简单，附件较少，但安装和检查不方便，各部位水量不能单独调节，管道的截面尺寸较大，这种流程适用两级压缩机。并联流程，各处水量能单独调节，检查较方便，但管路复杂，附件较多，并联流程适用于多级压缩机。混联流程兼有串联和并联流程的优点，因此，多级压缩机冷却系统配置多采用混联系统。 压 缩 机65燃气工程设备2.5.2 润滑油系统 活塞式压缩机气缸及填料处的润滑油由多头注油器注入。 运动机构的循环润滑油系统，一般由油泵、油箱、滤油器、油冷却器、止回阀等组成。图为外传动循环润滑系统。压 缩 机66燃气工程设备2.5.3气

28、体脉动控制 活塞式压缩机进气和排气的周期性，造成进气管和排气管（包括级间管道）内气流脉动，使压缩机耗功增加，威胁压缩机的安全运行。 脉动是活塞式压缩机的固有特性，必须对其进行控制，目的是：使进入和排出压缩机的气流平稳；避免压缩机过负荷或欠负荷；降低总的振动量。压 缩 机67燃气工程设备 缓冲器 降低气流脉动程度的简单有效措施，是在非常靠近气缸进、排气口处设置一个容积瓶或一个缓冲器，它是一个压力容器，其内部无挡板。 连接并联工作的气缸的进、排出口汇管，也可以作为一个容积瓶。 脉动阻尼器 脉动阻尼器是一个内部带隔板的装置。 脉动阻尼器也应尽可能的靠近气缸安装。压 缩 机68燃气工程设备燃 气 流

29、量 计69燃气工程设备 测量天然气的流量仪表种类很多，常用的主要有差压式流量计、容积式流量计、速度式流量计等。 我国目前使用最多的是标准孔板节流装置差压式流量计。测量天然气的速度式流量计目前使用较多的是涡轮流量计。 测量天然气流量的容积式流量计主要有罗茨流量计(腰轮流量计)和旋叶式流量计。 最近十几年来，涡街流量计、音速喷嘴和超声波流量计也逐步被采用。燃 气 流 量 计70燃气工程设备0. 流量测量的特点0.1 对流体流动状态的控制 流量测量的理论是建立在一定的流动状态下，不同类型的流量计有不同的工作原理，对流动状态的要求也各不一样。要准确测量流量，必须按所选择的流量计的要求控制好流态。燃 气

30、 流 量 计71燃气工程设备空间双弯头流态燃 气 流 量 计72燃气工程设备0.2 对流体物质属性的控制 不同的流体其物理化学性质不同，对流量计的要求也不同。流量计的结构设计、安装设计、检定和校准要求等要求适应被检流体的属性。0.3 对流体清洁程度的控制 气体中含有过多的液体和固体微粒，不但对流量计的正常工作有影响，同时也影响流量测量的准确度。不同类型的流量计对流体清洁度的要求不同。燃 气 流 量 计73燃气工程设备0.4 相关参数的准确测量 流量测量是组合量的测量，要准确测量流量，首先是准确测量各相关参数。0.5 应考虑节约能源 天然气的输送是靠压差进行的，必要时不要进行增压。在对其计量时，

31、所选流量计的压损也是必须考虑的因素之一。燃 气 流 量 计74燃气工程设备0.6 标准状态条件的规定无论是体积计量或能量计量，都要求有一个参比条件。目前各国的参比条件各不相同，但可进行换算。ISO13223规定的标准参比条件： 101.325 kPa, 15 美国的标准参比条件： 14.7 psi ,60 欧洲的标准参比条件： 101.325 kPa, 0 或 15我国的标准参比条件： 101.325 kPa, 20燃 气 流 量 计75燃气工程设备0.7 测量过程中的安全性 由于天然气是易燃、易爆的混合气体，某些天然气还含有有毒的硫化物，故在确保计量准确的同时，安全计量是极其重要的。燃 气

32、流 量 计76燃气工程设备1.1 工作原理 孔板流量计属于差压式流量计。当气体流经管道中的节流件孔板时，气体的流动截面在节流件处形成局部收缩，从而使流速增加，动能增加，静压能降低，于是在节流件的上、下游侧便产生压力差，流速越大，压力差越大，流速减小，压差将减小，这种现象就叫做流体的节流现象。 1.孔板流量计燃 气 流 量 计77燃气工程设备 实践证明，节流件前后的压差信号p与流量Q有如下的关系：流量Q与差压p的开平方成正比例关系，所以通过检测出流体流经节流件后产生的压差信号p，也就可以间接地测出对应的流量Q，这就是差压式节流装置的测量原理。燃 气 流 量 计78燃气工程设备 天然气流量计算的实

33、用公式Qn标准状态下天然气体积流量，m3/s；As秒计量系数，；C流出系数；E渐近速度系数；d孔板开孔直径，mm；FG相对密度系数；可膨胀性系数；Fz超压缩因子；FT流动温度系数；P1孔板上游侧取压孔气流绝对静压，MPa；P气流流径孔板时产生的差压，Pa. 燃 气 流 量 计79燃气工程设备2.2 组成和安装2.2.1 差压式流量计的组成 测量天然气流量的差压式流量计由标准节流装置(如标准孔板节流装置)、导压系统及记录差压的差压计这三部分组成。如图所示。 燃 气 流 量 计80燃气工程设备 孔板流量计大体上可分为一次仪表、二次仪表和上下游直管段。燃 气 流 量 计81燃气工程设备(1) 一次仪

34、表 一次仪表有孔板及孔板夹持器。根据取压方式不同可分为环室取压、 法兰取压、角接取压和D-D/2取压。SY/T 6143只有法兰取压和角接取压。燃 气 流 量 计82燃气工程设备(2) 二次仪表 二次仪表主要是温度压力测量设备和数据处理系统。典型的有双波纹和变送器两种配置方式。双波纹配置： 双波纹配置主要是由测量压力和差压的双波纹、温度计和求积仪组成。变送器配置：由压力、差压和温度变送器及数据采集/处理计算机组成燃 气 流 量 计83燃气工程设备2.2.2 上、下直管段 上游直管段对孔板流量计测量准确度影响较大，对于直管段的内径、同心度和管壁粗糙度都有一定要求，尤其是上游10D和下游4D的测量

35、管，要求更加严格。燃 气 流 量 计84燃气工程设备2.3 孔板流量计的特点使用历史悠久，在大量实验数据的基础上进行的标准化的产品经过几何检定后就可使用；孔板脏污、磨损和粉尘的沉积对计量准确度影响较大，一般都使计量偏低；要求前后直管段较长，占地多；量程比小，当采用高低量程的差压变送器时，也只有1:10。燃 气 流 量 计85燃气工程设备2.4 流动调整器（Flow Conditioner） 流动调整器分类：分为为流动整直器和真流动调整器。前者的功能仅消除或显著地减小旋涡而可能并不同时调整流动使接近充分发展的流速分布；后者在消除或减小旋涡的同时调整流速分布状况。 分为3大类： （1）类是以消除旋

36、涡为主，（2）类用于消除旋涡和改善中等程度速度分布畸变，（3）类用于消除旋涡和改善严重速度分布畸变。 燃 气 流 量 计86燃气工程设备87燃气工程设备2.5 阀式孔板节流装置 目前在生产中常用的阀式孔板节流装置分为三种类型，即高级式孔板节流装置（GKF型）、普通阀式孔板节流装置（PKF型）、简易阀式孔板节流装置（JKF型）三种。 (1) GKFF4型高级阀式 高级阀式孔板节流装置是结构新颖的流量测量节流装置。其特点是：在进行流量测量过程中不需要停止介质的输送，而可随时提取其孔板进行检查或更换，以确保计量的准确性。燃 气 流 量 计88燃气工程设备(2) PKFF4型普通阀式 进行流量测量过程

37、中可随时提取其孔板进行检查或更换，这时只须关闭上、下游截止阀，无须拆开管道，打开上盖并摇动提升机构手柄，孔板即能平稳取出，每次提取或更换孔板只需3-5分钟。特别适用于可短暂停气或设有旁通管路中作流量计量用。(3) JKF型简易阀式 简易阀式孔板节流装置特别适用于法兰取压、测量管径小于150mm的管路中作流量计量用。燃 气 流 量 计89燃气工程设备3. 超声流量计3.1 测量原理 通常将频率高于20kHz的声波叫作超声波。 超声波气体流量计有单声道与多声道之分。声道最多的已经可达6个。无论是单声道还是多声道，其基本工作原理都是相同的，即在管道的一侧或两侧嵌置两个能发射和接收声脉冲的探头。其中一

38、个探头发射的声脉冲能被另一个探头接收。燃 气 流 量 计90燃气工程设备图4.1 工作原理图 两个探头便构成了声道。在几个毫秒之内两个探头轮流发射和接收声脉冲。沿顺流方向的声道传播的声脉冲的声速增大。即叠加一个气流速的速度分量，而沿逆流方向声道上的声速会减小，因为要减去一个气体流速的速度分量，这就形成了顺流方向与逆流方向传输时间的时间差。燃 气 流 量 计91燃气工程设备式中：q流体在管道中的工况流量； A管道横截面积。 由此可见，超声流量计的测量精度取决于声道长度L和时间测量准确度。时差法流速计算公式燃 气 流 量 计92燃气工程设备结构五声道流量计燃 气 流 量 计93燃气工程设备结构五声

39、道流量计燃 气 流 量 计94燃气工程设备3.2 流量计特点工作原理简单，有望成为基准流量计；测量准确度高，量程比大，一般都是1:20，可达到1:100；适应性强，上游10D、下游5D，加上表体约20D，占地少；无可动部件，可直接进行清管作业；受压力变化影响小，在最低使用压力下校准后，就可在全范围内使用；为高科技产品，各厂家的产品都有其独特的专利技术，一次性投资高；多声道，尤其是五声道流量计能适用多种流态。燃 气 流 量 计95燃气工程设备4.涡轮流量计4.1 工作原理 由图可见，当被测流体流过传感器时，在流体作用下，叶轮受力旋转，其转速与管道平均流速成正比，叶轮的转动用期地改变磁电转换器的磁

40、阻值。检测线圈中的磁通随之发生周期性变化，产生周期性的感应电势，即电脉冲信号，经放大器放大后，送至显示仪表显示。 燃 气 流 量 计96燃气工程设备涡轮可转动计数器整流翼表体油泵高频信号发生器燃 气 流 量 计涡轮流量计内部结构97燃气工程设备4.2 计量特性准确度高，一般计量不确定度为0.51.0%，精选涡轮可达到0.25%；灵敏度高，量程宽，量程可达到1:30；仪表系数与雷诺数成比例关系而不受介质、压力、温度和流量计的影响，可校正性强；有可动部件，易于损坏；抗脏污能力差，对介质的干净程度要求高。燃 气 流 量 计98燃气工程设备5. 腰轮流量计 在天然气计量中使用的气体腰轮流量计是的容积式

41、气体流量计的一种。5.1 计量原理它 容积式流量计从原理上讲是一台从流体中吸收少量能量的水力发动机，这个能量用来克服流量检测元件和附件转动的摩擦力，同时在仪表流入与流出两端形成压力降。燃 气 流 量 计99燃气工程设备 容积式流量计的计量原理可用下式表示： Qv被测气体的总体积，m3； N转子转动的次数； K转子转动一周形成的计量腔个数； V0单个计量腔的容积，m3。 燃 气 流 量 计100燃气工程设备5.2 结构 腰轮流量计的结构图构造框图如图所示 。流量计由测量部和积算部两大部分组成，必要时可附加自动温度补偿器、自动压力补偿器、发信器和高温延伸（散热）件等。 燃 气 流 量 计101燃气

42、工程设备传动机构102燃气工程设备5.3 计量特性优点计量精确度高，基本误差一般为0.5%R，特殊的可达0.2%R或更高。在旋转流和管道阻流件流速场畸变时对计量精确度没有影响，没有前置直管段要求。可用于高粘度流体的测量。直读式仪表，无需外部能源，可直接获得累积总量燃 气 流 量 计103燃气工程设备缺点结构复杂，体积大，笨重，较大口径流量计体积庞大，一般只适用于中小口径。被测介质种类、介质工况（温度、压力）、口径局限性较大，适应范围窄。大部分只适用洁净单相流体。安全性差，如检测活动件卡死。部分形式仪表（椭圆齿轮式、腰轮式、卵轮式、旋转活塞式）在测量过程中会给流动带来脉动，较大口径仪表会产生噪声

43、，甚至使管道产生振动。燃 气 流 量 计104燃气工程设备6. 涡街流量计6.1 工作原理 如图所示，涡街流量计是基于卡门旋涡原理，在流体中垂直插入一个非流线型的柱状物体。当流速增大到一定值时，流线不再沿柱状物体表面附着流动，逐渐从柱状物体表面上分离出去，从而引起速度局部降低，使流线返回旋转而形成旋涡。燃 气 流 量 计105燃气工程设备 单位时间内产生的旋涡数量或频率与该时间内流过的流量或流速成正比。 在实际应用中，涡街是要求进行实流校准的，流量计算公式如下： 式中：qv工况体积流量，m3/s; f旋涡的发生频率为 ； k流量计仪表系数，脉冲数/m3 。 燃 气 流 量 计106燃气工程设备

44、6.2 结构 涡街流量计由传感器和转换器组成，如下图所示。传感器包括旋涡发生体（阻流体）、检测元件、仪表表体等； 转换器包括前置放大器、滤波整形电路、 D/A转换电路、输出接口电路、端子、支架和防护罩等。近年来智能式流量计还把微处理器、显示通讯及其他功能模块亦装在转换器内。 燃 气 流 量 计107燃气工程设备旋涡发生体是检测器的主要部件，它与仪表的流量特性（仪表系数、线性度、范围度等）和阻力特性（压力损失）密切相关 流量计检测旋涡信号有5种方式。根据这5种检测方式采用不同的检测技术（热敏、超声、应力、应变、电容、电磁、光电、光纤等）可以构成不同类型的VSF。 检测元件把涡街信号转换成电信号，

45、该信号既微弱又含有不同成分的噪声，必须进行放大、滤波、整形等处理才能得出与流量成比例的脉冲信号。 108燃气工程设备6.3 计量特性仪表的测量范围大；仪表适应的管道口径范围宽：252700mm；测量介质温度、压力范围大；输出信号与流量成线性关系，具有脉冲频率信号、模拟信号和定标脉冲信号输出；仪表准确度较高，再现性好，1.0%1.5%。 燃 气 流 量 计109燃气工程设备7. 旋进旋涡流量计7.1 工作原理 旋进旋涡流量计是属于旋涡流量计，是采用流体的强迫振荡原理产生旋涡。燃 气 流 量 计110燃气工程设备7.2 旋进旋涡智能流量计的结构 FTTTPT处理显示燃 气 流 量 计111燃气工程

46、设备燃 气 流 量 计112燃气工程设备7.3 流量计特点无机械磨损，提高了计量精度；不受介质物性影响，安全防爆；安装时只需较短的直管段；既可一体化安装又可将流量变送器与智能流量积算仪分离安装，实现远距离显示；信号输出可为脉冲信号或420mA模拟信号 。燃 气 流 量 计113燃气工程设备 科里奥利质量流量计（Coriolis Mass Flowmeter，以下简称CMF）是利用流体在直线运动的同时处于一旋转系中，产生与质量流量成正比的科里奥利力原理制成的一种直接式质量流量仪表。8.科里奥利质量流量计 燃 气 流 量 计114燃气工程设备8.1原理和结构 当流体流过以某一角速度旋转的管子时，流

47、体以一定速度动力，流体质量点会产生管子变位的科里奥利力。 科里奥利力FC与质点运动的速度矢量值（u）、角速度矢量值（w）和质量（m）的乘积成比例。即：科里奥利力产生的位移量与流体质量成正比。燃 气 流 量 计115燃气工程设备 CMF由流量传感器和转换器（或流量计算机）两部分组成。图3.41为流量传感器一例，主要由测量管及其支承固定桥架、测量管振动激励系统中的驱动线圈A、检测测量管挠曲的光学检测探头或电磁检测探头B、修正测量管材料杨氏模量温度影响的测温元件等组成。燃 气 流 量 计116燃气工程设备8.2 分类CMF按测量管形状可分为弯曲形和直形。按测量管段数可分为单管型和双管型。按双管型测量

48、管段的连接方式可分为并联型和串联型。按测量管流体流动方向和工艺管道流动方向间布置方式可分为并行方式和垂直方式。燃 气 流 量 计117燃气工程设备按测量管形状分类1）弯曲形 首先投入市场的仪表测量管弯成U字形，现已开发的弯曲形状有S字形、B字形、形、圆环形、长圆环形等。弯曲形测量管的仪表系列比直形测量管的仪表多。设计成弯曲形状是为了降低刚性，因与直形相比可以采用较厚的管壁，仪表性能受磨蚀腐蚀影响较小；但易积存气体和残渣引起附加误差。此外，弯形测量管的CMF的流量传感器整机重量和尺寸要比直形的大。燃 气 流 量 计118燃气工程设备燃 气 流 量 计119燃气工程设备燃 气 流 量 计120燃气

49、工程设备2）直形 直形测量管的CMF不易积存气体及便于清洗。垂直安装测量浆液时，固体颗粒不易在暂停运行时沉积于测量管内。流量传感器尺寸小，重量轻。但刚性大，管壁相对较薄，测量值受磨蚀腐蚀影响大。 近年国外原主张并生产弯曲形测量管的CMF制造厂，亦竞相开发直形测量管CMF，它有日益增加的趋势。燃 气 流 量 计121燃气工程设备燃 气 流 量 计122燃气工程设备8.3 特点优点CMF直接测量质量流量，有很高的测量精确度。可测量流体范围广泛，包括高粘度液的各种液体、含有固形物的浆液液体、有足够密度的中高压气体。测量管的振动幅小，可视作非活动件，测量管路内无阻碍件和活动件。对迎流流速分布不敏感，因

50、而无上下游直管段要求。测量值对流体粘度不敏感，流体密度变化对测量值的影响微小。可作多参数测量，如同期测量密度，并由此派生出测量溶液中溶质所含的浓度。燃 气 流 量 计123燃气工程设备缺点CMF零点不稳定，影响精确度的进一步提高。CMF不能用于测量低密度介质如低压气体；液体中含气量超过某一限值（按型号而异）会显著影响测量值。CMF对外界振动干扰较为敏感，为防止管道振动影响，大部分型号CMF的流量传感器安装固定要求较高。不能用于较大管径，目前尚局限于150（200）mm以下。测量管内壁磨损腐蚀或沉积结垢会影响测量精确度，尤其对薄壁管测量管的CMF更为显著。压力损失较大，与容积式仪表相当，有些型号

51、CMF甚至比容积式仪表大100%。大部分型号CMF重量和体积较大。价格昂贵。国外价格500010000美元一套。国内价格30000元人民币/套。燃 气 流 量 计124燃气工程设备燃 气 调 压 器125燃气工程设备1、调压器作用原理1.1 调压器的作用 燃气输配系统的压力工况是靠安装在气源厂、储配站、输配管网及用户处的调压器来控制的。作用是将较高的入口压力调至较低的出口压力，并随着燃气需用量的变化自动地保持其出口压力为定值。 燃 气 调 压 器126燃气工程设备通常调压器必须包含三个基本部件，如图1所示。敏感元件(薄膜、导压管等)：承受被控压力的作用，出口压力的任何变化通过薄膜使节流阀移动。

52、给定压力部件：给定压力值可以由固定的重块、弹簧或直接作用于薄膜上的燃气压力确定，它与被控压力作用方向相反。可调节流阀：它设置在燃气流中，受敏感元件(薄膜)的控制。该节流阀可以是提升阀、滑动阀、活塞阀、蝶阀、旋塞阀等。 燃 气 调 压 器127燃气工程设备出口处的用气量增加或入口压力降低，燃气出口压力下降，薄膜上下压力不平衡，薄膜下降，阀门开大，燃气流量增加，使压力恢复平衡状态；反之，出口处用气量减少或入口压力增大时，燃气出口压力升高此时薄膜上升，阀门关小，燃气流量减少，出口压力逐渐恢复原来状态。用气量及入口压力变化，调压器总能自动保持稳定供气压力。 图1燃 气 调 压 器128燃气工程设备1.

53、2 直接作用式调压器作用原理 直接作用式调压器只依靠敏感元件(薄膜)所感受的出口压力的变化移动节流阀进行调节，不需要利用外部能源。敏感元件就是传动装置的受力元件。 根据作用在薄膜的给定压力部件，直接作用式调压器可分为三种形式 重块式 弹簧式 压力作用式 燃 气 调 压 器129燃气工程设备1.2.1 重块式调压器 当出口压力P2发生变化时，通过导压管6使P2压力作用到薄膜1的下方，由于它与薄膜上方重块的给定压力值不相等，故薄膜失去平衡。薄膜的移动，通过阀杆带动节流阀3改变通过孔口的燃气量，从而恢复压力的平衡。 图2燃 气 调 压 器130燃气工程设备重块式调压器特点：导压管应能正确反应出口压力

54、P2之值，故必须远离阀门、弯头等不稳定气流段。改变重块的多少即可增加或减小给定压力值。重块调压器一般用于出口为低压的输配系统。 燃 气 调 压 器131燃气工程设备1.2.2 弹簧式调压器 弹簧式调压器与重块调压器的主要区别在于用弹簧代替重块，调节弹簧调节螺丝即可增加或减小给定压力值，比较灵活、经济，重量较轻。与重块调压器相比薄膜尺寸小一些，减小了调压器尺寸。可调节的进、出口压力范围也大。 图3燃 气 调 压 器132燃气工程设备弹簧式调压器与重块式的相同点 两种调压器薄膜上部空间均通大气，薄膜承受着出口压力P2与给定压力之差的作用。他们都不适用于高的出口压力，因为出口压力高，则作用到薄膜上的

55、压力就大，就需要把薄膜面积减得很小，这是不现实的。此外，被控压力增大，薄膜面积减小，重块及弹簧力要增大，则调压器灵敏度减小。当出口压力高时，可使用压力作用式调压器。 燃 气 调 压 器133燃气工程设备1.2.3 压力作用式调压器 压力作用式调压器的给定压力内薄膜上方小室内的压力P确定。克服了重块式及弹簧式调压器的不足之处，适用于较高的出口压力并达到足够的灵敏度。 图4燃 气 调 压 器134燃气工程设备1.3 间接作用式调压器作用原理 间接作用式调压器的敏感元件和传动装置的受力元件是分开的。当敏感元件感受到出口压力的变化后，使操纵机构（如指挥器）动作，接通外部能源或被调介质(压缩空气或燃气)

56、，调节阀门动作。多数指挥器能将所受的力放大，出口压力的微小变化也可导致主调压器的调节阀门动作。间接作用式调压器的灵敏度比直接作用式高。 燃 气 调 压 器135燃气工程设备带指挥器的间接作用式调压器图5燃 气 调 压 器136燃气工程设备2、我国常用调压器及其技术性能2.1 我国燃气调压器产品型号的组成 燃 气 调 压 器137燃气工程设备燃 气 调 压 器138燃气工程设备2.2 直接作用式用户调压器这种用户调压器可以直接与中压或高压管道相连，燃气减压至低压送入用户，便于进行“楼栋调压”，此外，也适用于小型工业用户、集体食堂、饮食服务行业及居民点。其构设如图6所示。 燃 气 调 压 器139

57、燃气工程设备图6 直接作用式用户调压器燃 气 调 压 器140燃气工程设备直接作用式用户调压器特点构造简单、体积小、重量轻、性能可靠、安装方便。通过调节阀门的气流不直接冲击到薄膜上，改善了由此引起的出口压力低于设计理论值的缺点。增加了薄膜上托盘的质量，减少了弹簧力变化对出口压力的影响。导压管引入点置于调压器出口管流速的最大处，当出口流量增加时，该处动压增大而静压减小，使阀门有进一步打开的趋势，能够抵消由于流量增大弹簧推力降低和薄膜有效面积增大而造成的出口压力降低的现象。 燃 气 调 压 器141燃气工程设备2.3 雷诺式调压器雷诺式调压器比其它类型的调压器结构复杂，占地面积较大，但通过流量大，

58、调节性能好，无论进口压力和管网负荷在允许范围内如何变化均能保持规定的出口压力，是国内应用最广泛的一种间接作用式中低压调压器。主要用于区域调压及大用户专用调压。它由主调压器、中压辅助调压器、低压辅助调压器、压力平衡器及针形阀组成。 燃 气 调 压 器142燃气工程设备图7 雷诺式调压器燃 气 调 压 器143燃气工程设备2.4 自力式调压器 广泛用于天然气供应系统的门站、分配站及调压计量站。自力式调压器由主调压器、指挥器、节流针阀及导压管组成。自力式调压器利用被调介质自身压力变化，直接改变阀门开度即改变阀的流通面积，即通过对流量的调节达到对压力的调节。燃 气 调 压 器144燃气工程设备影响阀开

59、度的主要因素是指挥器喷嘴与挡板的距离和节流针阀的开度。当节流针阀开度最大时，主调压器薄膜上下压差最小，主调压器阀门呈管壁状态；当节流针阀开度最小时，主调压器薄膜上下压差最大，阀门呈全开状态。调压器开始启动时，操作指挥器的手轮给定压力。调压器正常工作时，出口压力为给定值。 燃 气 调 压 器145燃气工程设备图8 自力式调压器燃 气 调 压 器146燃气工程设备2.5 T型调压器T型调压器可以作为高中压、高低压、中中压、中低压调压器。它是由主调压器、指挥器及排气阀三部分组成。T型调压器体积小，流量大，调压性能好，适用范围广。安装、调试、检修方便，当燃气的净化程度稍差时也能正常工作，不致被堵塞。

60、燃 气 调 压 器147燃气工程设备图9 T型调压器燃 气 调 压 器148燃气工程设备3、调压器的选择3.1 影响调压器通过能力的因素燃气通过调压器调节阀的节流过程中，压力损失是由摩擦阻力及阀孔处气流方向的改变引起的。当通过阀孔时压降不大，则燃气密度的变化可以忽略，不考虑燃气的可压缩性；但当阀孔压降相当大，燃气的膨胀过程会引起密度的变化，必须考虑燃气的可压缩性。 调压器的通过能力取决于阀孔的面积、阀门前后压力降及燃气的性质。 燃 气 调 压 器149燃气工程设备3.2 调压器的选择3.2.1 选择调压器应考虑的因素流量所选调压器的尺寸既要满足最大进口压力时通过最少流量，又要满足进口压力最小时