天然气流量计量的误差分析_防止措施

　　摘要：我国的天然气流量计量一直以体积流量作为结算的依据, 而流量计量以差压式的孔板流量计为主。虽然说它结构简单、制造容易、安装和使用、维护方便, 但存在着由许多因素引起的各种各样的误差, 如节流装置设计、制造、安装和使用不符合标准要求、参数选择不当, 用户负荷变化、人工取值不准等。主要有计量仪产生的误差、使用条件变化引起的误差、气质条件引起的误差。

 

　　自20世纪70年代以来, 我国开始引进国外先进的计量设备。并依据我国的计量设备以及技术进行改进, 研发出属于自己的新型计量设备, 提高了天然气计量设备的精度, 解决了计量仪使用过程中大量问题。尽管如此, 和发达的计量设备比较, 我国的计量设备仍然处在比较落后的处境。我国的天然气流量计量一直以体积流量作为结算的依据, 而流量计量以差压式的孔板流量计为主。虽然说它结构简单、制造容易、安装和使用、维护方便, 但存在着由许多因素引起的各种各样的误差, 如节流装置设计、制造、安装和使用不符合标准要求、参数选择不当, 用户负荷变化、人工取值不准等。主要有计量仪产生的误差、使用条件变化引起的误差、气质条件引起的误差。引起计量仪产生误差的原因主要有孔板安装、孔板弯曲、节流装置内突出物。脉动流现象和超量程、流程频繁波动问题是引起使用条件变化误差的因素。而引起气质条件误差的因素主要是天然气中的杂质、天然气的含水量等等。保障天然气计量的准确性, 能有效的避免企业之间的麻烦。解决天然气计量的误差问题, 能有效的加快我国天然气行业的发展速度, 并保证天然气的企业以及消费者之间的利益。

 

　　1、天然气计量的误差来源分析：

 

　　天然气计量的误差来源主要有几个方面:计量仪表产生的误差、使用条件变化引起的误差、气质条件引起的误差。以下是对造成误差的因素的分析。

 

　　由于天然气计量中常采用孔板流量计, 所以对孔板加工的技术要求是十分严格的, 必须要严格符合标准中制定的规定。其中孔板的偏心和弯曲是主要因素。孔板流量计的加工过程十分的复杂, 加工过程一旦出现很微小的差别, 都会对天然气的计量产生很大的影响。在孔板流量计的整个过程中产生的误差来源主要有:孔板的安装过程会产生变形, 那么必然会有变形带来的误差。有时变形引起的误差竟然可达到3.5%。另外, 安装的过程当中有时也会因为粗心忽略掉一些细微的细节。如密封垫圈内孔未能按照尺寸加工、垫片伸出环室, 干扰流体稳定的流动。还有节流装置中深入管中的垫片、焊缝等也会引起测量的误差。根据相关的实验, 突出物在孔板中的位置不同时会引起不同程度的误差。脉动流现象和超量程等产生使用条件误差。管内的气体流速和压力发生突然变化造成脉动流现象, 从而引起差压波动。此时计量就会产生较大误差。这种情况产生的误差有时可达20%左右。另外一方面, 由于四季温度的不同, 会引发超量程。气质误差是由于天然气中的杂志和含水量引起的。天然气从地层中采集出来之后, 虽然经过很多道工序处理, 但由于处理的不彻底, 或是输气干线内的腐蚀物的影响, 以至于天然气内含有很多的杂质。这些杂质会对孔板产生一定的冲刷和腐蚀, 从而产生计量误差。当天然气中含有水分时, 流量测量的不确度比较高。还有一些其他的误差因素, 比如管道泄漏、人工破坏等。

　　2、天然气计量误差防止措施：

 

　　首先需要正确地加工和安装计量仪表, 孔板的制作要按照标准, 并且节流装置要留有一定的长度。孔板入口端面必须与管道轴线垂直, 其偏差不能超过1度。安装孔板时要注意装入管道的方向, 严禁反装, 必须符合标准对不同轴度的公差的要求。安装时禁止反向安装孔板, 随时注意压差计的变化。其次消除脉动流, 脉动流对误差的影响较大, 固此必须消除脉动流。采取的措施可以是将天然气中的水分脱去, 降低压差, 以及安装脉动消除器等装置。采用控水采气, 保持气井在不产地层水的条件下生产, 消除脉动源。采用高效分离器, 加强气水分离等方法。至于人为引起的误差, 应加强管理工作, 需要对设备进行周期性的检查。在日常的生产中应定期对孔板进行清洗, 维修或撤换并且修正。在天然气物性参数波动时应及时对测量误差进行修正, ***好做到时时测量, 时时修正。确保至少每月一次清洗工作。同时, 也应定期排污, 防止管道发生泄漏。

1故障产生及分析
1.1站场介绍
  在这个计量分输站里使用的是德国RMG公司生产的TRZ－03－LDN80G400ANSI600型天然气流量计，现场工艺流程如图1。

1.2天然气流量计的工作原理
  流量计表体内部设置测量系统。测量元件上游安装整流器，能够充分消除气体不规则流动引起的扰动和漩涡，使气体平稳通过测量元件。气体通过流量计，在流体作用下，叶轮在气体作用下产生旋转运动，通过涡轮杆和磁耦合系统传至表头，叶轮旋转经
过齿轮机构被减速，减速比通过适当的调节齿轮进行调整，用机械计数器显示出工况条件下的体积流量，同时，输出相应的低脉冲信号。天然气流量计装有一个凸状辅助叶轮，与涡轮系统共轴，与主叶轮同步工作。主叶轮和辅助叶轮分别装有感应式高频脉冲信号发生器HF3和HF2，能输出高频脉冲信号给流量计算机(如图2所示)。

1.3故障的发生
  故障是这样发现的，根据生产单位贸易交接计量内部管理规定每个月要对下游做一个气量统计和输差分析，2009年2、3两个月里，根据下游汇报的气量统计表计算出输差都在－5%，根据计量管理规定要求输差不得超过±3%，由此判断此天然气流量计有问题，将流量计拆卸下来后，通过外观检查并没有发现里面的零部件出现什么故障，叶轮、轴承等精密设备没有发现粉碎和破损现象，但是经过标定，发现流量计确实误差很大。标定数据如表1、表2所示。

1.4故障原因的分析
  经过分析主要由以下三个方面导致天然气流量计误差。
(1)工艺流程操作的不合理
  根据图1可以看到流量计前后有两个阀门，做生产工艺流程切换时主要就是这两个阀门的开关操作，在工艺上这两阀门都是球阀，一般阀门2这个位置安装的是电动球阀，阀门1位置安装的是手动球阀，操作员在做流程操作时对阀门1和阀门2的开阀速度控制不好导致了天然气流量计瞬间产生高流速致使内部叶轮打碎或其他零部件故障，致使流量计不能正常工作。
(2)下游用户用气量不稳
  有的时候在正常向下游供气，并且用气量不大时，而且与下游门站距离很近的情况下，若下游用户突然瞬间加大用气量必然导致流量计后到下游门站这段管道压力瞬间降低产生很大压差，这时根据流体力学原理大量的天然气会向下游补充，致使天然气流量计会瞬间增加转速而且这个转速超出它的额定工作转速，这样就会使某个零部件故障，这种由于下游用气量不稳定，产生突发性压差也会导致天然气流量计故障。
(3)气质的影响
  此计量分输站是一个陕京线过路分输计量中间站，除了满足下游用户供气外，夏季通过干线管道正输向储气库注气，冬季反输从储气库采气，但是冬季从储气库采气气质较差，天然气里面夹杂着杂质，虽然工艺设计在流量计前加了分离器但是有时还是不能完全将天然气进化干净，这些气体中的杂质颗粒就会频繁击打叶轮等零部件，时间长了就会造成部分零部件损坏或位置偏移，导致计量不准确。
2解决办法
2.1更换流量计内部损坏部件后重新检定经过对流量计内部更换磁耦合器和齿轮后标定结果如表3、表4所示。

2.2预防措施
(1)工艺流程操作的调整
  操作员在做流程操作时，先确认阀门2是否关闭，如果没有关闭要先关闭阀门2，然后缓慢用手动开启阀门1开启时间大约5min，尤其是刚开启时越缓慢越好，开阀过快使管线内形成速度极快的涡流冲击涡轮系统，整流器不能在很短的时间内调整急速状态中的气体流态，叶轮被极不规则的气流冲击造成损坏，同时轴承也因此微变，涡轮系统原有的动平衡被
破坏。让气体通过天然气流量计速度不要超过25m/s，zui大过负荷不超过30s，zui大流量不超过1.2qmax，让阀门1和阀门2之间的管段缓慢冲压。
上游压力与阀门1和阀门2之间的管段冲压完成后，缓慢用手动开启阀门2，开启阀门2所用时间根据下游需要冲压管线的长度1km内4min为好，超过1km在4～8min内调整。尤其是刚开启时越缓慢越好，避免瞬间产生高流速致使涡轮内部叶轮损坏。阀门2决不能使用电动方式，除非需要紧急关断才使用
电动方式。
(2)下游用户用气量的稳定
  下游非正常用气也是导致涡轮损坏原因之一。如果下游用户的场站和我们的场站非常近，影响因素更大。所以我们与下游用户签定稳定供气和用气协议。
其中对下游用户的操作提出要求，如果下游场站出现紧急关断情况，启输的操作步骤参考我方新编的操作规程，避免管道内流速的突然增加。如果下游是大的用气单位，其启输的操作步骤也要参考我方编制的操作流程。这样可以根本上解决下游用气突然增加出现的瞬间大流量可能对天然气流量计造成的损坏。
(3)增加过滤效果
  在流量计前加了过滤器并提高过滤器的滤芯技术指标，使天然气进化的更干净，避免气体中的杂质颗粒打击叶轮时造成的损坏。
  经过半年的观察，与下游气量对比天然气流量计工作正常，目前在天然气流量计的工艺流程的设计里都取消了对天然气流量计的旁通流程设计，笔者认为这种设计不应该取消，应该增加天然气流量计自诊断功能这样可以随时判断天然气流量计工作是否正常。天然气流量计的日常维护工作每30天注油一次，在气质较差的情况下增加注油次数，以保证轴承充分润滑，涡轮系统动平衡保持***佳状态。

 

　　3、结语：

 

　　影响天然气计量误差的因素主要为计量仪产生的误差、使用条件变化引起的误差、气质条件引起的误差。针对这些误差应采取相应的措施去防止计量误差。随着社会的发展, 对天然气的需求量也在大大增加, 天然气计量的准确性影响着贸易的公平性。同时, 计量的准确性也有利于天然气的发展, 也是绿色经济发展急需解决的问题。