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孔板流量计计量误差的识别与对策



摘 要:本文介绍了孔板流量计计量原理, 提出一种新的方法:“人、机、料、环、法” , 用以识别孔板计量误差, 然后采取有效措施消除或减小孔板计量误差, 从而提高天然气流量计量的准确度。

孔板流量计计量误差的识别与对策
1、前言:
  天然气流量计量已经成为天然气工业生产发展的重要组成部分 ,在企业生产和经营管理中, 流量计量是一项日常进行的重要的技术基础工作。流量计量既是天然气供需双方贸易结算的依据 ,又是生产部门采输和衡量天然气用气效率的主要技术指标。天然气的准确计量不但能实现公平的贸易结算, 而且能为改进生产工艺, 提高产品质量 ,降低产品生产成本, 确保安全生产等提供依据 , 提高经济效益和社会效益。目前国内天然气输送贸易结算流量计有许多种, 而标准孔板计量是最广泛的采用的计量方式。如何识别、消除或减少孔板计量误差, 提高孔板计量的准确度是我们计量工作的重点。
 
2、孔板计量的测量原理:
2.1、计量原理:
  天然气流经节流装置时, 流速将在孔板处形成局部收缩, 从而使流速增加, 静压力降低 , 于是在孔板前后便产生了压差, 气流的流速愈大 , 孔板前后产生的压差愈大,从而通过测量压差来衡量天然气流过节流装置的流量大小。这种测量流量方法是以流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)为基础的。

2.2 、计算公式:
  标准 SY/T 6143 -2004 的流量计算实用公式为:
  qvn =AvnCEd 2FGεFZF T    P 1  p式中:qvn —天然气在标准参比条件下的体积流量 ;Avn —体积流量计量系数视采用单位而定;C —流出系数;FT —流动温度系数 ;P 1 —孔板上游侧取压孔气流绝对静压 ,单位为兆帕(M Pa);Δp —气体流经孔板时产生的差压,单位为帕(Pa)。
孔板流量计计量误差的识别与对策
3 、孔板计量误差的识别与对策:
  误差指的是测量结果与被测量真值(约定真值)的差异,要准确识别孔板计量误差, 首先需要清楚孔板计量误数;E —渐进速度系数 ;d —孔板开孔直径 ,单位为毫米 ;
  差产生的原因 ,我们通常采用“人、机、料、环、法” 查找孔板计量误差。“人”指的是测量人员,“机”指的是孔板计量系统 ,“料”指的是天然气 ,“环”指的是环境 ,“法”指的是测量方法。通过“人、机、料、环、法” 识别出孔板计量误差,然后采取有效措施消除或减小孔板计量误差。
  从“人”入手 ,识别人为误差。由于测量人员的操作不当而造成计量误差是人为误差。如:供气差压控制不当 ,出现低量程或超量程情况,孔板脏污没有及时清洗等情况都将出现人为误差。另外由于现场安装很大一部分仪表在露天或者室外工作条件恶劣的情况下 , 节流装置与差压变送器及其连接部分引压管线使用维护不到位 , 也容易产生人为误差。要消除人为误差,就需要加强计量管理,规范计量操作规程,强化计量人员培训,提高操作人员技术素质,积极引进吸收国内外先进的天然气计量技术。
  从“机”入手 ,识别孔板计量系统误差。标准孔板计量系统产生误差的原因主要有以下几个方面:
  (1)孔板阀上下游直管段长度不够导致产生系统误差。标准 SY/ T 6143 -2004 规定了孔板上下游最短直管段长度,见表 1 。
  根据标准规定的上下游最短直管段长度 , 检查孔板计量系统是否存在孔板阀上下游直管段长度不够的现象 ,若存在则需要对计量系统进行改造,在孔板阀前加装流动调整器 ,以符合计量标准的要求。
  (2)导压管路。它是孔板流量计的薄弱环节, 据统计孔板流假信号等等, 约占全部故障率的 70 %。要消除差压信号管路带来的系统误差主要从三方面入手, 一是导压管应垂直或倾斜敷设 ,起倾斜度不小于 1∶12 ,粘度高的流体 , 其倾斜度应更增大。二是正负导压管应尽量靠近敷设 , 防止两管子温度不同使信号失真。三是严寒地区导压管应加防冻保护 ,用电或蒸汽加热保温, 要防止过热 ,导压管中流体汽化会产生假差压。四是导压管的长度和内径 应按表 2 规定选用。
      表 1 孔板(不配流动调整器)上下游最短直管段长度(以管径 D 倍数表示)          
                               
              上游直管段                
                                 
  单个 90° 在同一           单个 45°                
      在同一   在垂直 在垂直   弯头在                
  弯头两 平面上             渐缩管 渐扩管     温度计    
    平面上   平面上 平面上   同一平           其它任  
  个 90° 的两个         单个   在2 D ~ 0.5D ~ D 球阀全 对称骤 套管或  
                             
                                 
      的两个   的两个 的两个   面上的           何阻流
弯头在 90°弯         90°   D 超过 , 超过 开或闸 缩异径 插孔直    
      90°弯   90°弯 90°弯   两个 45°           件(所
β                              
  任意平 头(30D 头(10 D 头,(30D 头,(5D 三通 弯头,  1.5D ~ 3D  D ~ 2D 阀全开 径小于 有种类)
  面(L > ≥L ≥L)  ≥L ≥5 D) >L)   S 形状 的长度 的长度     0.03D      
  30D) >10D)                      
              (L >2D)                
                               
                                 
0.20 6 10 10   19 34 9 7 5 6 12 30 5 70   4
0.40 16 10 10   44 50 9 30 5 12 12 30 5 145   6
0.50 22 18 22   44 75 19 30 8 20 12 30 5 145   6
0.60 42 30 42   44 65 29 30 9 26 14 30 5 145   7
0.67 44 44 44   44 60 36 44 12 28 18 30 5 145   7
0.75 44 44 44   44 75 44 44 13 36 24 30 5 145   8
表2 导压管的长度和内径表  
       
导压管长度/ mm <16000 16000 ~ 45000 45000 ~ 90000
导压管直径/ mm 7 ~ 9 10 13
(3)直管段粗糙度增加导致系统误差。由于天然气含有少量腐蚀气体和杂质 ,这将对管道内壁产生一定的腐蚀, 时间一长 ,管道粗糙度将增加。要消除直管段粗糙度增加导致系统误差的方法一是定期对直管段进行清洗,二是若直管段内壁腐蚀太厉害 ,就需更换直管段, 三是增加直管段粗糙度修正系数减少误差。
(4)仪表自身误差 。测量压力 、差压 、温度等计量仪表以及孔板本身都具有一定误差, 要减少仪表自身带来的计量误差可以从以下几个方面入手 :一是选用仪表要综合考虑仪表性能、流体特性、安装条件、环境条件和经济五个方面的因素正确选取合适的计量仪表。二是仪表量程选用合适 ,差压仪表量程宜在满量程 10 %~ 90 %, 压力仪表量程宜在满量程 30 %~ 75 %,温度测量仪表量程宜在满量程 30 %~ 70 %。根据输气流量选择合适内径的标准孔板。三是在使用过程中必须定期做好计量仪表的校检、维护工作 ,对于实际使用中的压力、温度、流量等工况参数的变化, 应进行及时修正。
 
3.3、从“料”入手,识别天然气实际物理性质的不确定度因素带来的计量误差
(1)多相、非牛顿流体带来的计量误差。标准 SY/T6143 -2004 要求流经流量计的流体必须是均匀单相的牛顿流体。但是实际输送的天然气不能完全满足条件。美国雪佛龙公司和科罗拉多工程试验站的试验研究结果表明:用孔板流量计测量气体流量, 当气体中夹带少量液体时 ,流量测量不确定度偏高 ,测量的湿气流量随 β 的增加而减少 ,在β 比为 0.7 时, 测得的流量偏差为 -1.7 %。要消除多相、非牛顿流体带来的计量误差 ,需要对天然气进行分离过滤后再进行计量。
度参数是天然气测量中极为重要的物性参数 , 密度测量的不准确度对整个测量系统的不准确度有着很大影响。所以为了准确进行天然气计量 ,选用在线色谱仪进行组分在线分析是十分必要的。
3.4、从“环”入手 ,识别环境影响带来的计量误差外界环境对孔板计量影响主要有 :
(1)外界温度与天然气温度温差过大时造成的温度测量误差。要减少温度测量误差需要对温度计规范安装 :温度计套管或插孔管要伸入管道至公称内径的三分之一到三分之二处 ,并将温度计安装在孔板下游侧直管段以外的地方。
(2)雷电影响 。加装浪涌保护器保护计量仪表不受损坏。
  2.5 从“法”入手 ,识别测量方法带来的计量误差。标准 SY/T 6143 -2004 明文规定不适用于脉动流的流量测量。而输气管道中由于气体的流速和压力发生突然变化 ,造成脉动流,它能引起差压的波动, 而节流装置的流量计算公式是以兰孔板的稳定流动为基础的 , 当测量点有脉动现象时 ,稳定原理不能成立, 从而影响测量精度 , 产生计量误差。为了保证天然气计量精度, 必须抑制脉动流。常用的措施有:(1)在满足计量能力的条件下 ,应选择内径较小的测量管, 提高差压和孔径比;(2)采用短引压管线,减少管线中的阻力件 ,并使上下游管线长度相等 ,减少系统中产生谐振和压力脉动振幅增加 ;(3)从管
线中消除游离液体 ,管线中的积液引起的脉动可采用自动清管系统或低处安装分液器来处理。
 
4 、结论:
  孔板流量计是一种从设计、制造到安装使用要求很严格的仪表, 任何一个环节的失误都会产生很大的误差 ,但是孔板流量计是最为成熟的天然气计量仪表 , 标准化程度最高,如果严格遵循标准规定,它的精确测量是可保证的。文章通过产生一种常用的方法 :“ 人、机、料、环、法” ,识别出孔板计量误差 ,然后采取有效措施消除或减小孔板计量误差 ,从而提高天然气流量计量的准确度。