差压式孔板流量计在天然气计量中的应用

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
  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
  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：

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。

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。