标准孔板流量计积算系统误差浅议

　　本文从孔板流量计流量积算仪的计量参数管理、校验和参数补偿等方面，分析了计量过程中误差产生的原因，并且针对存在的问题提出解决措施。

 

　　1 概述

 

　　孔板流量计是目前应用***广，技术成熟的流量计。流量积算仪做为孔板计量的***终处理单元，对天然气计量中误差的影响尤为重要。

 

　　天然气孔板流量积算仪误差主要分为：一是计量参数引入的误差；二是流量补偿引入误差；三是气体组分参数等引入误差 。

 

　　2 误差产生的原因

 

　　2.1 计量参数

 

　　孔板是孔板流量计的关键部件，直接影响流出系数，对系统的准确度影响较大，必须加以修正。

 

　　2.1.1孔板尖锐度修正

 

　　（1）存在问题。孔板在使用过程中，被天然气侵蚀，入口尖锐度变化，影响流出系数。为确保计量的准确性，在积算系统中需进行修正，依据为孔板使用年限。孔板使用年限不同，在同等工况下，比实际流量偏低，按孔板***长使用年限 10 年计，可偏低 10%。

 

　　（2）孔板尖锐度的修正。若发现肉眼可见的划痕、冲蚀和撞擦伤等缺陷，建议更换新孔板。如无新孔板更换，应对原孔板开孔直角入口边缘的尖锐度（rk）进行实测或者粗略修正。之后，根据孔板尖锐度和孔板开孔直径的比，来选择尖锐度修正系数，从而直接对流出系数直接修正。

 

　　( 式 1）孔板1.jpg

 

　　式中，t- 为孔板使用年限。

 

　　2.1.2 孔板开孔直径的修正

 

　　孔板开孔直径是在标准状况下所得，当现场温度较高时，考虑到膨胀系数，孔板孔径值将变化，

 

　　造成孔板实际大小与系统参数不一致。在部分积算系统中，没考虑温度原因造成的孔板开孔直径的补偿，从而引进了计量附加误差。同等材质的孔板，温度越高，计量误差也就越高，造成的计量数据比实际产量要低。

 

　　孔板开孔直径温度补偿积算公式：

 

　　（式 2）

 

　　孔板2.jpg

 

　　2.2流量补偿引入误差

 

　　2.2.1积算仪补偿引入误差

 

　　流量补偿是指在清洗孔板等操作过程中，对现场信号中断流量漏失的补偿。

 

　　补偿方式有两种：一是人工补偿，二是系统补偿。系统补偿根据时间划分为三种：一是前补偿，二是后补偿，三是前后补偿。前补偿、后补偿适用于供气稳定的计量点，前后补偿适用于供气不稳定的计量点。

 

　　在用部分流量积算系统未根据供气类型，选择补偿方式。以某外销点为例，从一年的孔板清洗记录分析，孔板清洗前后，气体流量的差别达到了 2.6%。如果采用前补偿的方式，造成了流量积算系统累积产量比实际产量偏低。

 

　　2 .2.2 积算仪补偿系数引入误差

 

　　孔板清洗期间，由于无阻流件，流量是要增加的，流量增加的幅度与孔板的孔径、管线运行压力都有关系。通过两套并联计量装置试验，瞬时流量增加幅度在 30％～ 40％。

 

　　目前而言，行业内对流量补偿系数无相应的参照值，系统补偿系数可在 1.0 ～ 1.6 之间修改。补偿系数的不确定，为系统引入误差，且随孔板清洗的频率和时间而增加。

 

　　3 校验及修正

 

　　流量积算系统的校验包括：通道信号转换误差校验、流量积算相对误差校验和流量积算回路合成误差校验。

 

　　3.1 转换误差校验

 

　　通道信号转换误差校验，是对安全栓、隔离器及采集卡等端子柜内设备进行校验。每一通道的信号转换误差（A\D 转换、软件信号转换以及隔离器等）不超 ±0.2%。

 

　　校验方法：

 

　　包括上、下行程，每行程平均取 5 个点，改变电压信号至各校验点，读取积算机显示，之后算出通道转换误差：

 

　　孔板3.jpg

 

　　3.2 相对误差校验

 

　　流量积算相对误差的进行应在通道校验合格后进行，且标准和被检积算仪参数一致。积算系统的流量相对误差不超 ±0.25%。同时给标准和被检流量积算仪一组温度、压力和差压信号，根据二者流量数据的差异来计算流量相对误差。校验点至少包括温度 1 个点、压力 2 个点、差压 3 个点。

 

　　孔板4.jpg

 

　　3.3 合成误差校验

 

　　流量积算系统各组成仪表、流量积算仪等单体校验合格后，方可进行系统回路合成误差校验，即联校。分别在温度、压力和差压变送器加载响应信号，进行上下行程校验，每行程不少于 5 个点，校验点尽量均匀，读取显示值和理论值。

 

　　孔板5.jpg

 

　　式中，

 

　　△ Sn——各校验点合成误差；As——各校验点实际输出值 ；A——各校验点理论输出值 ；S——变送器量程。

 

　　3.4 误差分析

 

　　通道信号转换误差、流量积算相对误差和流量积算回路合成误差的侧重点不同，前者侧重于 A/D 转换器、隔离板和积算软件等误差的综合分析。该误差可以和回路合成误差同时进行，若回路的联校误差在误差容许范围之内，可不进行该误差的校验。中者侧重于流量程序的验算误差，包括计量参数管理、压缩因子、真实相对密度的计算等。后者包含现场仪表和通道信号转换误差两部分，是一个综合误差，该误差***为关键。

 

　　4 建议

 

　　（1）制定计量积算系统校验规范，明确校验内容、误差积算方法等，对计量系统特别是外销计量管理规范化。

 

　　（2）制定流量积算软件考核程序，明确计量参数设定等功能，建立软件验证机制，降低由于人为问题，造成的流量软件层次不齐。

 

　　（3）对关键或气源复杂计量点，安装气相色谱仪录取实时物性参数；无条件计量点，可适当调节取样周期，及时修改组分，提高计量准确度，防止纠纷发生。