標準孔板流量計的設(shè)計安裝要求及氣質(zhì)要求比較苛刻，在實際工況條件下，因很難符合因GB/T21446--2008《用標準孔板流量計測量天然氣流量》國家標準的要求，因此必會產(chǎn)生流量計計量附加誤差。本文結(jié)合現(xiàn)場實際情況，對產(chǎn)生計量附加誤差的原因進行分析及解決方法進行探討。
一、孔板流量計測量原理.
當流體流經(jīng)管道中的孔板時,流束將在孔板處形成局部收縮(像河流中的狹小處一樣),流速增加、靜壓力降低,在孔板前后產(chǎn)生微小的靜壓力差(稱為差壓)。流體的流速增快,孔板前后產(chǎn)生的差壓相應(yīng)增大,從而可以通過測量差壓來間接測量天然氣流量的大小。流量測量系統(tǒng)原理如圖1所示,(a)為流量測量儀表流程圖;(b)為流量主參數(shù)記錄和流量計算積算系統(tǒng)方框圖。
二、產(chǎn)生計量附加誤差的原因分析
1.上下游直管段長度不夠,彎頭過多
直管段長度不夠，氣流得不到充分發(fā)展,將造成計量結(jié)果的較大誤差。GB/T21446--2008規(guī)定的最短直管段長度,在現(xiàn)場實際中一般很難得到滿足,特別是由于輸氣工藝等原因,計量裝置的.上游往往都存在彎頭。如果是單彎頭或平面雙彎頭將使計量結(jié)果偏高，對于多個彎頭,將使計量結(jié)果偏低。因此應(yīng)該在節(jié)流裝置之前加裝整流器,避免旋轉(zhuǎn)流、渦流對計量的影響。
2.天然氣的氣質(zhì)和氣流條件
GB/T21446--2008規(guī)定,通過孔板的天然氣是經(jīng)凈化處理后的天然氣,氣流的流動應(yīng)是保持亞音速的穩(wěn)定的或僅隨時間緩慢變化的，氣流是均勻單相的牛頓流體。若氣體含有質(zhì)量分數(shù)不超過2%的固體或液體微粒,且呈均勻分散狀態(tài)，也可以認為是均勻單相的牛頓流.體。氣流流經(jīng)孔板以前,其流束應(yīng)與管道軸線平行,氣流流動應(yīng)為充分發(fā)展紊流且無漩渦，管道橫截面所有點上的漩渦角小于20,即認為無漩渦。
通過計量調(diào)查發(fā)現(xiàn),目前，在油田天然氣計量中約50%的計量點其氣流條件具有以下兩個特點:
(1)氣體流量不穩(wěn)定,并隨時間周期性地大幅度變化,屬脈動流體。
產(chǎn)生脈動源的原因:
①往復式壓縮機、發(fā)動機和葉片式增壓機。
②調(diào)壓閥猛開關(guān)或者閥芯松動和磨損。
③大量水或油的冷凝物在管線中不規(guī)則運動。
(2)氣質(zhì)中含水量大,并夾帶原油及微量顆粒雜質(zhì),氣流流經(jīng)節(jié)流裝置時產(chǎn)生凝析液。
氣質(zhì)、氣流條件達不到GB/T21446--2008中規(guī)定的要求,必將產(chǎn)生計量附加誤差。為了獲得正確的計量值,必須抑制氣流的脈動及消除氣質(zhì)中的水分及雜質(zhì)。
解決措施:
進入流量計的氣體必須先通過氣液分離器、過濾器。
①把測量管裝在對消除脈動來說較為有利的位置,例如裝在調(diào)壓閥的入口或遠離脈動源。
②為了減少脈動幅度,可在脈動源和測量管之間的管線.上加裝-一個容器,或者設(shè)計專門的脈動衰減器。把節(jié)流閥或限流器裝在脈動源和測量管之間是減少脈動的最有效方法,但是這種方法壓力降過大,除非條件許可,否則不宜采用。
③在差壓仍然保持較高的前提下，操作可用較小的測量管,而孔板開孔直徑基本不變。
④在流量計前后取壓管出口處分別加裝-一個具有-定容積的氣液分離器,使進入流量計的差.靜壓信號達到先氣液分離及緩沖后再進入計量裝置。
⑤導壓管路.上的.上、下游導壓閥應(yīng)選用大通徑的球型閥。
⑥為了防止導壓管的凍堵，必須對導壓管路進行保溫,并增加加熱補償保溫措施。
⑦對于因下游波動源而引起計量點氣流脈動的情況,可通過調(diào)整流量計下游側(cè)閥門的閥位(關(guān)小),使計量點氣流脈動幅度減小。試驗證明,采用關(guān)小計量管下游閥的方法來控制氣流的脈動效果十分明顯。此方法在實際使用時，必須在確保安全生產(chǎn)的情況下進行。試驗證明,通過上述方法能有效地抑制氣流的脈動消除氣質(zhì)中的水分及雜質(zhì),減少流量計的計量附加誤差。
3.標準孔板
(1)在長時間的使用過程中，標準孔板由于被天然氣侵蝕或機械磨損而產(chǎn)生變形，孔板的光潔度下降,入口的尖銳程度變圓，使其圓弧半徑不能滿足標準要求。尖銳度變圓后對計量的影響是使計量數(shù)據(jù)比實際流量偏低,最大可能達到偏低10%。
(2)標準中規(guī)定孔板厚度E應(yīng)介于孔板開孔厚度e與0.05D之間。如果超出這個范圍，將使氣流流過孔板的阻力損失增大,使計量值比實際流量高，造成1%以內(nèi)的附加計量誤差。
(3)孔板孔徑尺寸測量不準確。沒有及時送到檢定部門進行檢定,而是用游標卡尺在現(xiàn)場進行測量,由于沒有在標準狀況下(絕對壓力為101.325kPa,熱力學溫度為293.15K)進行檢定.當現(xiàn)場溫度較高時,所測孔板孔徑值將偏高,造成流量計算值比實際流量值偏高。
(4)孔板裝反.使差壓降低.造成計量氣量比實際氣量偏小約10%-17%。
解決措施:
以上分析了產(chǎn)生計量附加誤差的原因，為了消除或減少附加誤差,必須做如下幾項工作:
①根據(jù)誤差產(chǎn)生的原因,采取相應(yīng)的措施。為了正確測量流量,孔板板面必須平整、干凈,并且與管道的軸線垂直�？装彘_孔與管道軸線同軸同心,上游邊緣必須是矩形,直角入口G+分尖銳.銳緣如果形成圓弧rk,則rk必須小于等于0.0004d。當有斜邊開孔的孔板被使用時,必須把斜邊面向下游安裝,否則會測量不準,造成8%以上的負誤差。應(yīng)當記住很重要的一-點,孔板即使僅有細微的不標準(如孔板開孔d入口邊緣缺口,板面彎曲、加工粗糙,邊緣不尖銳,no>.004d,板面臟,板面方向安裝不當?shù)?,也會引入嚴重的測量附加誤差。所以在孔板設(shè)計加工.檢驗.安裝和使用中,--定要確保符合標準。確�？装迤秸蓛舨蛔冃�、無缺口和無撞擦傷、直角入口邊緣尖銳,以及正確安裝都是十分重要的。
②定期對孔板進行檢查、清洗，按檢定周期及時送到檢定部門進行檢定。
③為了避免人為過失造成的計量誤差，要加強計量管理和人員的培訓工作。
4.差壓變送器
差壓變送器是指能將差壓值變換成(4~20)mA標.準模擬信號輸出至流量管理器或工業(yè)控制機的儀表。很大程度上,其精度的高與低、性能的好與壞,對流量計的計量結(jié)果影響十分大。實際工作中，由于沒有按照設(shè)計要求進行差壓變送器的選型.安裝和使用中的維護保養(yǎng),導致流量計產(chǎn)生計量附加誤差的情況經(jīng)常發(fā)生。
(1)差壓變送器的精度等級和量程范圍的選擇不正確,沒有按照GB/T18603--2001《天然氣計量系統(tǒng)技術(shù)要求)進行選型，就會造成“小馬拉大車或大馬拉小車”現(xiàn)象的出現(xiàn).進而引入計量附加誤差。
(2)差壓變送器的零位偏高(或低),造成差壓值偏大(或小),使計算氣量比實際氣量偏大(或小)。
(3)差壓變送器的三閥組漏氣或堵塞。高壓閥漏氣，將導致計算氣量比實際氣量偏小，低壓閥漏氣將導致計算氣量比實際氣量偏大,平衡閥內(nèi)漏將導致計算氣量比實際氣量偏小。
解決措施:
①嚴格按照GB/T18603-2001的要求進行選型、安裝。
②定期對差壓變送器進行回零檢查,發(fā)現(xiàn)有異�；虺钋闆r時,及時進行校準到期檢定。
③定期對差壓變送器進行排污驗漏檢查。
④冬季氣溫下降，特別是油田伴生氣含水量增多，易發(fā)生凍堵,需增加排污次數(shù),給差壓變送器加裝保溫設(shè)備(如加保溫箱和伴熱帶)。
5.差壓信號傳遞失真及引入的誤差
差壓信號傳送失真使得差壓變送器上接收到的差壓信號與節(jié)流裝置所產(chǎn)生的差壓信號不相等,從而引起計量附加誤差。差壓信號傳送失真包括穩(wěn)態(tài)值失真和動態(tài)失真。在穩(wěn)定流條件下只存在穩(wěn)態(tài)值失真,在脈動流條件下,既可能存在穩(wěn)態(tài)值失真又會有動態(tài)失真。穩(wěn)態(tài)值失真可能引起的部位和原因有導壓管引向不合理、切斷閥設(shè)置不當、隔離液液位高度不相等、正負壓引壓管坡度不合理.管內(nèi)介質(zhì)密度不相等、三閥組積液等。
(1)切斷閥設(shè)置不當引起的誤差
GB/T21446-2008要求導壓管路上的閥門除排污閥以外應(yīng)采用與導壓管同內(nèi)徑高密封性能的閥門,優(yōu)選直通球閥。但有的節(jié)流裝置廠家提供的取壓閥門卻是針形閥,很容易造成堵塞和凍堵,需要在訂貨時讓廠家直接配備球閥或進行現(xiàn)場更換。
(2)隔離液液位高度不相等引起的誤差
導壓管線中帶隔離器是為了利用隔離液將腐蝕性介質(zhì)同差壓變送器隔離。隔離液剛剛充罐時.通過三閥組的平衡閥能使兩只隔離容器中的隔離液液位高度相等,但是運行-段時間后由于隔離液泄漏或在運行時誤開平衢閥,導致隔離液液位高度不相等,從而引入附加差壓。
(3)導壓管線引起的傳送失真
節(jié)流裝置導壓管的作用是將節(jié)流裝置所產(chǎn)生的差壓信號不失真地傳遞到差壓變送器，但從現(xiàn)場的實際情況看,導壓管的配置還存在很大問題。
①上游或下游導壓管漏氣主要發(fā)生在焊縫、閥門盤根.排污閥處,將使計量誤差增大。
②導壓管路過長,產(chǎn)生靜、差壓信號的失真.造成計量附加誤差。
③導壓管過細，造成管路堵塞,冬季凍堵,計量儀表不能正常運行。
④上、下游導壓管方向接反,造成差壓信號嚴重偏;小,計量誤差約30%。
⑤保證導壓管線合理的坡度是為了使管內(nèi)可能出現(xiàn)的氣泡較快地升到氣體收集器內(nèi)或母管內(nèi)，使管內(nèi)可能出現(xiàn)的凝液較快地下沉到沉降器排污閥或母管內(nèi)。導壓管線的內(nèi)徑和被測流體的性質(zhì)與總長度有關(guān)，如表1所示。導壓管線應(yīng)垂真或傾斜敷設(shè),其坡度應(yīng)不少于1:12,對黏度較高的流體,其坡度還應(yīng)增大,當導壓管線的傳送距離大于30m時.應(yīng)分段傾斜，并在最低點設(shè)置沉降器和排污閥。當不出現(xiàn)凝液時可酌情降低傾斜度。
為避免正負壓信號管內(nèi)介質(zhì)溫度不-致，導致密度出現(xiàn)差異,引起傳送失真，正負壓管線應(yīng)盡量靠近敷設(shè)，尤其是導壓管線中出現(xiàn)凝液時,導壓管線中的凝液會因環(huán)境溫度太低而凝固、結(jié)晶或結(jié)冰，因此需要伴熱保溫。
以上分析了產(chǎn)生計量誤差的原因，要解決問題還必須做好以下工作:
(1)嚴格按照標準的要求進行導壓管的設(shè)計安裝。
(2)新建計量裝置時對施工質(zhì)量要高標準嚴要求，加強現(xiàn)場技術(shù)監(jiān)督。
(3)加強計量裝置的日常管理,加強對計量裝置、計量儀表檢查維護，確保計量裝置無跑、冒、滴、漏現(xiàn)象的發(fā)生。
(4)對氣質(zhì)可能出現(xiàn)凝析液或環(huán)境溫度較低時,應(yīng)定期對儀表的導壓管路進行放空排污及蒸汽吹掃,確保導壓管暢通。
三、結(jié)束語
解決了上述問題就能極大地消除流量計的計量附加誤差。但影響流量計的計量誤差因素很多,如天然氣的組分影響.管道粗糙的影響、電信號引線的影響.上下游用戶計量方式不同等。因此,不僅要解決上述問題,還要改進工藝流程，加強計量監(jiān)督檢查,提升計量人員的業(yè)務(wù)水平,讓他們熟悉計量法律法規(guī)及計量交接協(xié)議的規(guī)定。只有這樣,才能使流量計的計量附加誤差降至最低,提高標準孔板流量計的計量正確率。
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