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。

(2)極低溫流體流且測且的特點

①容易引起狀態變化

    構成極低溫流體(以液化天然氣為例)的物質具有表4.5所示的物理常數。這些流體通常以飽和狀態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，飽和狀態的極低溫流體一會兒變為過冷狀態，一會兒變為沸騰狀態，狀態容易變化。因此，配管設計和流量計設計需要采取措施。

②有因濃縮而出現的物態變化

    液化天然氣是由表4.5所示的物質組成的混合物。由于從外部向儲存容器或配管內加熱，所以，先從甲烷開始蒸發，發生稱為濃縮的如圖4.46所示那樣的成分變化。液化天然氣的成分物質甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的液態密度如圖4.47所示。由于濃縮，液化天然氣的液態密度變大，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。

④要求考慮因冷縮而產生的應力、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，配管和儀器會產生異常應力，有被破壞的危險。因此，必須進行預冷作業，冷卻到所定的溫度狀態，然后開始使用。

⑥必須注意因高凝固點物質的凝固而產生故障。

    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，發生故障。

⑦在氣液分界面引起對流

    在氣液分界面內產生的對流，會出現微弱的脈動現象，發生因煙霧而產生的故障。

(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;

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勢，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。

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