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渦街流量計在管道瓦斯流量計量技術存在的問題及解決方案
 1 渦街流量計管道瓦斯流量计量技术存在的问题
    管道瓦斯气体存在湿度大、杂质多、气液固混合、压力低、流量变化范围宽、流速下限低、现场安装环境局限性大等特点,这就要求测量其流量的流量计具有如下特征:无可转动部件,测量量程比宽,可测量多项流,不易堵塞磨损,特性压损小,测量下限低,直管段要求短。虽然渦街流量計气体流量计种类很多,但适用于管道瓦斯流量测量的流量计并不是很多。当前应用更为广泛的孔板流量计、渦街流量計、皮托管流量计、V锥流量计等在测量管道瓦斯时也存在相应的问题。
    孔板流量计存在的问题:(1)测量量程比窄,约为1∶3,相对煤矿流量变化范围来说,测量范围较高窄;(2)采用边缘截止、中间流通的锐角节流方式,使管道瓦斯气体中的液体或固体杂质无法顺利流过,造成孔板前方液体和固体杂质堆积的现象,需要经常清洗管道;(3)对流场的分布要求较高高,直管段要求长,现场安装局限性大;(4)对管道介质造成的特性压损较高大,特别是负压端会影响井下抽放压力,同一条管道上不适宜串联使用多台孔板。
    渦街流量計存在的問題:(1)對環境振動較高爲敏感,現場長期運行穩定性較高差;(2)測量下限較高高,特別是對于低密度介質,如氣體介質,特別是負壓狀態下的氣體介質,測量下限一般不低于5ms/;(3)采用插入式點測量方式,插入的深度不同,測量的流量結果也不相同,無法保證現場與實驗室的測量精度一致;(4)直管段要求高長,現場安裝局限性大。
渦街流量計
    皮托管流量计由于插入杆较高细,取压孔较高小,容易堵塞,不适宜长期在线测量瓦斯流量。
    旋进漩涡流量计存在的问题:(1)适用管径范围小,一般一只能测量300mm管径,适用面较高窄;(2)给管道带来的特性压力损失较高大,影响瓦斯抽放效果,主要应用于油田井口平台中压油、气的流量测量;(3)现场适应性差,同一管径的每台仪表都具有相同的流速测量范围,且改,只能通过现场管道的扩管或缩管来滿足流量计的流速测量要求,即以现场工况条件来适应并满足流量计的需要;(4)易受被测介质影响,特别在介质脏污的情况下,其导流器(旋转导流槽、在入口处的螺旋浆形叶片)容易结垢,严重时可能封闭叶片面积,需要经常清理。
    V锥流量计主要是为了解决孔板流量计和渦街流量計存在的问题而引入的,具有测量量程比宽、自整流等优点,但它整体结构较高为复杂,运输、安装较高为不便。
    2.2 提高管道瓦斯流量计量准确度的方法
    瓦斯流量的测量准确度是管道瓦斯流量测量过程中存在的一个主要问题。瓦斯气体里含有大量的液态水以及固体杂质,并且瓦斯体积分数会实时变化,这些因素会严重影响气体的物理性质,如密度、黏度等,特别是对气体密度影响较高大。
    渦街流量計解决该问题可采用以下办法:
(1)對瓦斯體積分數進行實時檢測並*終轉換爲對瓦斯氣體密度的實時修正,從而解決瓦斯體積分數變化帶來的密度誤差;
(2)在管道上多加放水器,使氣體中的液態水和固體雜質能夠在經過高段距離的輸送之後,*終排除到管道之外,從而盡可能保證到達流量計的氣體爲較高爲潔淨和幹燥的瓦斯氣體,減小液態水和固體雜質對氣體密度的影響;
(3)注意現場的輸氣管道布置,應保證靠近水源端的管道處于高處,使得液態水不能夠流入後端管道內,同時流量計應遠離水源端;
(4)采取措施使輸氣管道的溫度變化保持在一定範圍內,從而減少瓦斯氣體中的水分在流量計處冷凝的情況;
(5)在有條件的地方增加氣體預處理裝置,直接濾除氣體中的液態水和固體雜質。
    3 管道瓦斯流量计量技术发展方向
    《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》第十四条规定:煤与瓦斯突出矿井和瓦斯矿井必须建立地面固定抽采瓦斯系统,其他应当抽采瓦斯的矿井可以建立井下临时抽采瓦斯系统;同时具有煤层瓦斯预抽和采空区瓦斯抽采方式的矿井,根据需要分别建立一、低负压抽采瓦斯系统渦街流量計。从这些信息可以看出,瓦斯抽放流量计量将是未来国家相关部门考核煤矿瓦斯抽放达标的一个重要手段,如何保证抽放效果良好并达到要求将是煤矿瓦斯抽放领域必须考虑的问题。
    《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》第十六条规定:瓦斯抽采矿井应当配备瓦斯抽采监控系统,渦街流量計实时监控管网瓦斯浓度、压力或压差、流量、温度参数及设备的开停状态等;抽采瓦斯计量仪器应当符合相关计量标准要求;计量测点布置应当满足瓦斯抽采达标评价的需要,在泵站、主管、干管、支管及需要单独评价的区域分支、钻场等布置测点。从上述规定可以看出,在瓦斯抽放管网系统中的各高段均要设置监测点,作为考察抽采达标的一个重要指标,各高段的瓦斯流量监测也将是重点考察对象。
      考虑到主管、干管、支管不经常移动,渦街流量計且要求测量仪器稳定性一、测量精度高,建议采用V锥流量计。汇流管以及各评价单元建议采用插入式流量计,但当前插入式流量计多采用点式测量方式,以测量特点的流量来代替整个管道截面的流量,而一个管道界面上每特点的流速是不相同的。理想状态(紊流状态)下的流速分布为一个抛物面形式,即越靠近管壁位置流速越低,而越靠近管道中央位置流速越,因此以点带面的插入式测量方式的测量精度相对较高低。这种情况宜在一个界面下采用多点测量的方式来改善,但这样做无疑又会增加成本和安装维护复杂度,故推荐采用多点采样的插入式流量计作为在线式流量测量设备,如匀速管流量计。
    不同高段的输气管可能有不同的现场状况,如管径不同、是否经常移动、周围空间大小不同、直管段长度不同等。不同高段的瓦斯气体也可能有不同的工况条件,如含水量大小不同、脏污介质多少不同、气体压力大小不同等。考察不同高段管道瓦斯流量的目的不同,对每个高段管道瓦斯流量测量的准确度要求也不相同。故煤矿管道瓦斯流量计量应根据不同的现场状况、工况条件及测量需求选择相应的流量计。
     阐述了渦街流量計煤矿管道瓦斯流量计量技术的发展现状,渦街流量計分析了各种技术存在的问题并提出了解决办法;建议煤矿瓦斯抽放管网中的主管、干管、支管采用V锥流量计,汇流管以及各评价单元采用多点采样的插入式流量计;指出煤矿管道瓦斯流量计量应根据不同的现场状况、工况条件及测量需求选择相应的流量计。
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