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差压式孔板流量计在天然气计量中的应用


文章日期:2018-04-23|阅读数:


摘 要: 天然气集输过程中,差压孔板式流量计使用较为广泛,差压孔板式流量计标准孔板材质选择、人工安装、日常维护管理往往影响计量的准确性。本文主要介绍差压孔板式流量计工作原理、计量误差分析及提出针对性计量误差消除措施,来提高差压孔板式流量计计量准确度,降低计量误差。
  天然气流量计量是天然气工业生产中十分重要的环节,计量准确与否不但影响天然气供需双方的经济利益,而且影响计量交接、气量结算和企业信誉,因此,天然气计量在生产、生活中尤为重要。本文针对普光、西气东输天然气气站计量情况,主要阐述差压孔板式流量计在材质选择、安装、维修过程中,易产生计量误差环节原因分析及相应措施防范。

1、差压孔板式流量计工作原理:
  差压孔板式流量计管道内的连续流动流体在经过孔板时,流体截面急剧收缩,在管壁处产生阻力***大,流速降低***大,流速较低,压力***高,而管道中心处流速***大,压力较低,其结果使流体在径向由孔板中心至边缘形成加速度。在这一径向加速度的影响下,靠近管壁的流体质点流向发生偏转向孔板口处流动,形成流束的局部收缩( 见图 1) 。在孔板开孔中心处流速***快,静压力较低,使流体在经过孔板节流前与在孔板节流时,出现压力差,此压力差与流体的流量平方成正比例关系,流体的流量依靠这种正比例平方关系进行计算。
图 1 流体在节流后流束收缩图

图 1 流体在节流后流束收缩图
  差压孔板式流量计使用优点: ①孔板按标准制造无须标定。结构牢固,性能稳定可靠,使用寿命长,维修方便、适应性强和价格较低; ②应用范围广泛; ③检测件与变送器、显示仪表可以由不同厂家生产提供,便于规模经济生产。
  缺点: ①测量精度普遍偏低; ②范围度窄,一般仅 3: 1 ~ 4: 1; ③现场安装条件要求高; ④压损大( 指孔板、喷嘴等) 。

2、计量误差分析:
2.1、材质对计量误差的影响:

  差压孔板式流量计标准孔板具有测量精度高、安装方便、使用范围广、造价低等特点,与三阀组、差压变送器配套,可广泛应用于各种介质的流量测量。但是国内孔板材质较差,孔板在***初使用时才可能符合标准要求,使用一段时间后孔板入口边缘的磨损加剧,发生钝化使流出系数 C 值改变,从而影响流量计准确度。轻微的会引起流量测量值 5% 的负偏差,严重的能达到 12% 的负偏差。

2.2、人工安装对计量误差的影响:
图 2 孔板变形对精度的影响
图 2 孔板变形对精度的影响
  差压孔板式流量计若安装或维修不当,使孔板产生变形,导致流量测量误差偏大。如图 2 在法兰取压的孔板上进行测试,变形后的孔板测量***大误差约为 3. 5% 。

2. 3、维护管理对计量误差的影响:
  差压孔板式流量计在计量过程中,未严格执行计量管理规程要求定期维修和检验,设备会老化、管线会腐蚀以及天然气中的油水和沙粒粉尘会造成计量准确度下降,产生计量误差大。如节流装置未定期地进行检查清洗,孔板取压装置会严重污染,孔板迎流面污物堆积,计量结果易偏低,附加误差无法估计; 计量旁路管道阀门内漏,计量值易偏低; 计量检测器具使用和维护不当,造成测量参数的附加误差等。

3、提高计量准确度的措施:
3. 1、标准孔板节流装置的制造与安装:

  一是开发统一的标准孔板流量计的设计软件,针对不同的使用环境提高装置设计和选型的技术水平; 二是严格按照管线规定的各项技术指标,对标准孔板节流装置进行设计、加工制造、检验、安装和使用。特别是孔板直角入口边缘尖子度和测量管内壁粗糙度的加工和检验; 孔板前后直管段长度的保证,直管段圆度、孔板与测量管同轴度的保证。
3. 2、采用可换孔板装置与定值节流装置:
  在符合技术特性和规范的前提下,应适当更新节流装置和新工艺。可换孔板节流装置是一种新型节流装置,节流元件可地安装在固定的座体内( 座体通过法兰与管道连接) ,在不拆动管道或不停止流体输送的情况下,可方便地提升孔板,进行检查、清洗或更换,从而保证了计量准确度。大口径孔板易采用带液压升降的,这种节流装置使孔板提升轻便,还配有清洗室和清洗机构,为解决准确计量提供了有效手段。
 **新工艺定值节流装置改变了现有节流装置根据计算结果加工其孔径的方法,对每种通径测量管道配以有限数量的节流件,孔径系列按优先数系选用,每种通径配 3 ~ 5 种不同孔径比 β 值的孔板。目前节流装置设计犹如量体裁衣,定值节流装置则变成成衣选用,采用定值节流装置有利于产品批量生产,降低生产成本,方便选用和使用,便于监督生产。老的计量管线建议改造,把可换孔板节流装置和定值孔板相配套,将改变传统的生产方式,实现了节流装置产品系列化、通用化和标准化,有利于提高标准孔板装置计量的准确度。
3. 3、天然气相对密度的影响:
  密度参数是天然气测量中极为重要的物性参数,密度测量的不准确对整个测量系统的准确度有着很大影响。根据计量条件估算密度带来的不确定度: 当仪表精度较低运行在下限时,不确定度为 ± 0.818% ; 反之,不确定度则在 ± 0. 793% ,由此可见密度在流量测量中至关重要,所以为了准确进行天然气计量,应选用在线色谱仪进行组分在线分析。

3. 4、应用合理的流量积算方案:
  根据天然气计量工况条件和用户对计量精度的要求,应采用对压力、温度和天然气组分变化对流量自动部分补偿或全补偿的积算方案,计量系统测量仪表配备和精度的选用应符合 GB /T18603—2001《天然气计量系统技术要求》。用智能差压变送器、压力变送器、温度变送器和流量计算机组成在线检测系统,使温度和压力变化得到补偿,可以提高测量准确度,降低流态脉动( 或波动) 引起的流量测量附加误差。孔板流量计量程比一般为 1∶ 3,而实际测量天然气流量变化有时会超过这个范围,在这种情况下,其测量准确度显著下降。如果采用定值节流装置,宽量程智能差压变送器与流量计算机配套使用,可方便地扩展流量量程或迁移量程,进而实现传统标准孔板流量计的智能化。
3. 5、避免人为计量误差:
  加强计量管理,提高操作人员技术素质,积极引进吸收国外先进的天然气计量技术。

4、结论:
  为实现天然气管线的准确计量,减小误差,首先要加强管理,提高人员素质。孔板流量计易于偏离标准的原因在于仪表本身的工作原理与结构特点,仪表自身的误差是制造时产生的,安装和使用误差则是在安装时或长期使用中由于流体介质腐蚀、磨损、污垢、堵塞等造成。因此,应严格按技术要求安装流量计量系统,消除安装误差。在使用过程中,操作人员应做好计量装置的数据监控、检修、清洗、解堵操作,尤其在发现流体中杂质较多时,应加大孔板的清洗频率,缩短导压管的吹扫时间间隔,环境温度较低时,应加装电伴热、蒸汽伴热等辅助加温装置,
确保导压管内不产生天然气水合物,***大限度的减少计量误差。


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