提问

液氮、液氧、液化天然气等极低温流体流量如何测量?

解答

(1)极低温流体的定义

    工业上的极低温流体一般是指在大气压力下沸点为-50℃以下的流体代表性的极低温流体有LNG(液化天然气)、LN2(液氮)、LO2(液氧)、液化乙烯、液氢、液氦以及这些低温气体，LPG(液化石油气)不包括在极低温流体内。

(2)极低温流体流且测且的特点

①容易引起状态变化

    构成极低温流体(以液化天然气为例)的物质具有表4.5所示的物理常数。这些流体通常以饱和状态储存在绝热的储存容器里。用泵升压、送出，开始过程处理，并反复进行加压、减压。在此过程中，饱和状态的极低温流体一会儿变为过冷状态，一会儿变为沸腾状态，状态容易变化。因此，配管设计和流量计设计需要采取措施。

②有因浓缩而出现的物态变化

    液化天然气是由表4.5所示的物质组成的混合物。由于从外部向储存容器或配管内加热，所以，先从甲烷开始蒸发，发生称为浓缩的如图4.46所示那样的成分变化。液化天然气的成分物质甲烷、乙烷、丙烷、丁烷的液态密度如图4.47所示。由于浓缩，液化天然气的液态密度变大，所以测量流量时必须修正密度。

③对材料有限制

    金属材料在极低温度下的屈服点、拉伸强度、延伸率、冲击试验值等机械性质与常温下有很大不同。在极低温下，金属材料的拉伸强度上升，但延展性降低，冲击值也随材料而显著下降。因此，在极低温下所使用的仪器的材料，应是有充分抗破坏韧性的材料，使之不引起脆性破坏，这些材料就叫做低温材料.但是，现在使用的非常一般的材料有不锈钢、铝合金、90%的镍钢、35%的镍钢(镍铁合金).表4.6示出了低温材料的机械性质。

④要求考虑因冷缩而产生的应力、间隙的变化后进行设计。由于流体温度极低，用金属材料设计测量仪表时，必须充分考虑冷缩的影响。

⑤需要预冷

    如果使极低温流体急剧地流入处于温暖状态的配管和仪器的局部，则不能控制从法兰漏出极低温流体，这样，配管和仪器会产生异常应力，有被破坏的危险。因此，必须进行预冷作业，冷却到所定的温度状态，然后开始使用。

⑥必须注意因高凝固点物质的凝固而产生故障。

    开始使用前，如果不消除水分、油分，那么，在极低温下，固化的水分、油分、二氧化碳等会增大可动部分的摩擦，使过滤器堵塞，发生故障。

⑦在气液分界面引起对流

    在气液分界面内产生的对流，会出现微弱的脉动现象，发生因烟雾而产生的故障。

(3)流量测量仪器的种类

目前使用非常多的极低温流体的流量测量仪器是孔板流量计，可靠性也非常高，设计和制造时应注意下列事项:

①材料采用316L;

②为了防止冷缩引起的流体泄漏，建议采用焊接方法连接，孔板和管道采用相同材质;

③多孔孔板在液化天然气等极低温度流体的流量测量中具有优势，因为可能生成的气体可以从孔板上部的小孔中顺畅地流向下游，而不致在孔板前积气。

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