液氮、液氧、液化天然氣等極低溫流體流量如何測量?

上海自儀公司提問

液氮、液氧、液化天然氣等極低溫流體流量如何測量?

解答

(1)極低溫流體的定義

工業(yè)上的極低溫流體一般是指在大氣壓力下沸點為-50℃以下的流體代表性的極低溫流體有LNG(液化天然氣)、LN2(液氮)、LO2(液氧)、液化乙烯、液氫、液氦以及這些低溫氣體，LPG(液化石油氣)不包括在極低溫流體內(nèi)。

(2)極低溫流體流且測且的特點

①容易引起狀態(tài)變化

構(gòu)成極低溫流體(以液化天然氣為例)的物質(zhì)具有表4.5所示的物理常數(shù)。這些流體通常以飽和狀態(tài)儲存在絕熱的儲存容器里。用泵升壓、送出，開始過程處理，并反復進行加壓、減壓。在此過程中，飽和狀態(tài)的極低溫流體一會兒變?yōu)檫^冷狀態(tài)，一會兒變?yōu)榉序v狀態(tài)，狀態(tài)容易變化。因此，配管設計和流量計設計需要采取措施。

②有因濃縮而出現(xiàn)的物態(tài)變化

液化天然氣是由表4.5所示的物質(zhì)組成的混合物。由于從外部向儲存容器或配管內(nèi)加熱，所以，先從甲烷開始蒸發(fā)，發(fā)生稱為濃縮的如圖4.46所示那樣的成分變化。液化天然氣的成分物質(zhì)甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的液態(tài)密度。由于濃縮，液化天然氣的液態(tài)密度變大，所以測量流量時必須修正密度。

③對材料有限制

金屬材料在極低溫度下的屈服點、拉伸強度、延伸率、沖擊試驗值等機械性質(zhì)與常溫下有很大不同。在極低溫下，金屬材料的拉伸強度上升，但延展性降低，沖擊值也隨材料而顯著下降。因此，在極低溫下所使用的儀器的材料，應是有充分抗破壞韌性的材料，使之不引起脆性破壞，這些材料就叫做低溫材料.但是，現(xiàn)在使用的非常一般的材料有不銹鋼、鋁合金、90%的鎳鋼、35%的鎳鋼(鎳鐵合金).表4.6示出了低溫材料的機械性質(zhì)。

④要求考慮因冷縮而產(chǎn)生的應力、間隙的變化后進行設計。由于流體溫度極低，用金屬材料設計測量儀表時，必須充分考慮冷縮的影響。

⑤需要預冷

如果使極低溫流體急劇地流入處于溫暖狀態(tài)的配管和儀器的局部，則不能控制從法蘭漏出極低溫流體，這樣，配管和儀器會產(chǎn)生異常應力，有被破壞的危險。因此，必須進行預冷作業(yè)，冷卻到所定的溫度狀態(tài)，然后開始使用。

⑥必須注意因高凝固點物質(zhì)的凝固而產(chǎn)生故障。

開始使用前，如果不消除水分、油分，那么，在極低溫下，固化的水分、油分、二氧化碳等會增大可動部分的摩擦，使過濾器堵塞，發(fā)生故障。

⑦在氣液分界面引起對流

在氣液分界面內(nèi)產(chǎn)生的對流，會出現(xiàn)微弱的脈動現(xiàn)象，發(fā)生因煙霧而產(chǎn)生的故障。

(3)流量測量儀器的種類

目前使用非常多的極低溫流體的流量測量儀器是孔板流量計，可靠性也非常高，設計和制造時應注意下列事項:

①材料采用316L;

②為了防止冷縮引起的流體泄漏，建議采用焊接方法連接，孔板和管道采用相同材質(zhì);

③多孔孔板在液化天然氣等極低溫度流體的流量測量中具有優(yōu)勢，上海自儀公司因為可能生成的氣體可以從孔板上部的小孔中順暢地流向下游，而不致在孔板前積氣。