提高標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量準(zhǔn)確度措施
提高標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量準(zhǔn)確度的措施
隨著我國天然氣工業(yè)的不斷發(fā)展, 天然氣流量計量既是天然氣供需雙方貿(mào)易結(jié)算的依據(jù), 又是生產(chǎn)部門用氣效率的技術(shù)指標(biāo)。天然氣流量的準(zhǔn)確計量是與供需雙方經(jīng)濟效益密切相關(guān)的問題, 因此天然氣供需企業(yè)都很重視天然氣計量工作, 十分注意計量的準(zhǔn)確度。20 世紀(jì)初, 標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計就應(yīng)用于天然氣流量測量, 目前已成為最主要的天然氣流量計。據(jù)統(tǒng)計, 目前在國外孔板流量計約占天然氣流量計的60% , 而在國內(nèi)占90% 以上。孔板流量計的主要特點為結(jié)構(gòu)簡單, 加工安裝方便, 性能穩(wěn)定可靠, 使用期限長, 價格低廉等。可以分別由不同廠家生產(chǎn), 易于形成規(guī)模, 經(jīng)濟效益高, 各部分組合非常靈活, 但是孔板流量計也存在一些缺點, 主要包括輸出信號為模擬信號, 重復(fù)性不高, 測量范圍窄, 壓損大, 現(xiàn)場安裝條件要求高。針對標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計存在的問題, 分析影響測量準(zhǔn)確度的主要因素, 提出了提高標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量準(zhǔn)確度的具體措施。
一、影響標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量準(zhǔn)確度的因素
標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計由標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置與測量差壓、溫度及相關(guān)參數(shù)的二次測量儀表、信號引線組成標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計計量系統(tǒng)組成。正常情況下, 測量準(zhǔn)確度能滿足SY/ T 6143 .. 1996《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計量方法》標(biāo)準(zhǔn)的要求。在實際計量工作中, 影響天然氣流量測量準(zhǔn)確度有以下幾種因素。
1、.. 天然氣實際流動狀態(tài)對計量的影響
根據(jù)SY/ T 6143 .. 1996《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計量方法》規(guī)定, 氣流通過節(jié)流裝置的流動必須是保持亞音速穩(wěn)定的或僅隨時間緩慢變化的單相牛頓流體。在氣流流經(jīng)孔板前, 其流束必須與管道軸線平行, 不得有旋轉(zhuǎn)流, 特別不適用于脈動流的流量測
量。但是在現(xiàn)場使用中, 實際流動狀態(tài)根本達(dá)不到這種理想的實驗室的參比條件要求, 由于氣井產(chǎn)水、壓縮機的增壓、用戶不均勻用氣、輸氣管道中未設(shè)置集液器、聚集在管道低處的天然氣凝液不均勻流動、調(diào)壓閥性能不穩(wěn)、閥心彈動以及分離器放液閥的開關(guān)等干擾因素, 都會使計量管道中出現(xiàn)脈動流或渦流。從試驗中發(fā)現(xiàn), 在孔板上游40D 的直管段產(chǎn)生渦流, 會使流量值示值低9%〔1〕。
2、.. 標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置偏離標(biāo)準(zhǔn)的影響
孔板流量計的流出系數(shù)C 是在上游直管段充分長的實驗室的參比條件下, 即孔板節(jié)流裝置在滿足規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)下進行校準(zhǔn)標(biāo)定的, 應(yīng)做到幾何尺寸相似和流體力學(xué)相似, 才具有其計量的特性曲線。當(dāng)孔板前后的直管段長度、孔板和孔板夾持器未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求時, 特別是孔板入口直角尖銳度和測量管內(nèi)壁粗糙度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求時, 都會引起氣流流態(tài)的畸變而使流出系數(shù)C 值改變, 從而影響流量計準(zhǔn)確度。據(jù)文獻(xiàn)[ 1] 可知, 對于小孔徑孔板, 入口邊緣只要有輕微的磨圓就會引起流量測量值5% 的負(fù)偏差, 嚴(yán)重磨蝕和中等沾污的孔板也會引起12% 的負(fù)偏差。
3、.. 流量積算方法不當(dāng)對計量的影響
標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置與配置不同的二次測量儀表構(gòu)成不同的流量積算方法。采用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量天然氣流量, 其流量值與天然氣組分、差壓、壓力、溫度等有關(guān)。流量測量系統(tǒng)未能嚴(yán)格按計量標(biāo)準(zhǔn)要求配置相應(yīng)的測量儀表, 流量積算時氣體壓力溫度和天然氣組分的變化未能得到*補償, 從而造成流量計準(zhǔn)確度下降。
4、.. 計量管理對計量的影響
由計量現(xiàn)場調(diào)查和歷年來的經(jīng)驗表明, 計量過程中沒有嚴(yán)格執(zhí)行計量管理規(guī)程中要求定期維修和檢驗, 會造成計量準(zhǔn)確度下降。如節(jié)流裝置沒有定期地進行檢查清洗, 孔板取壓裝置嚴(yán)重污染, 孔板迎流面污物堆積, 使計量結(jié)果偏低, 附加誤差無法估計; 計量旁路管道閥門內(nèi)漏, 使計量值偏低; 計量檢測器具使用和維護不當(dāng), 造成測量參數(shù)的附加誤差等。同時在流量各參數(shù)的測量和計算過程中有意或無意地滲進了人為因素, 造成不同程度的傾向性計量, 在校準(zhǔn)、取值和計算過程中都向已方有利方面傾斜, 這無形中擴大了流量測量的不確定度。
二、提高標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計準(zhǔn)確度的措施
標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計流量測量的準(zhǔn)確度除取決于標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置的設(shè)計、加工制造、檢驗、安裝和使用維護外, 還取決于合理的儀表配置和選型、計量工況條件、流量積算方法和計量技術(shù)管理水平等。為了提高標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的準(zhǔn)確度, 可采取以下措施。
1、.. 標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置的制造與安裝
利用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量天然氣流量必須嚴(yán)格按照SY/ T 6143 .. 1996 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各項技術(shù)指標(biāo), 對標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置進行設(shè)計、加工制造、檢驗、安裝和使用。特別是孔板直角入口邊緣尖子度和測量管內(nèi)壁粗糙度的加工和檢驗; 孔板前后直管段長度
的保證, 直管段圓度、臺階以及孔板與測量管同軸度的保證。另外, 開發(fā)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的設(shè)計軟件, 可提高節(jié)流裝置設(shè)計和儀表選型的技術(shù)水平。
2、.. 采用可換孔板裝置與定值節(jié)流裝置
可換孔板節(jié)流裝置是一種新型節(jié)流裝置, 節(jié)流元件精確地安裝在固定的座體內(nèi)( 座體通過法蘭與管道連接) , 在不拆動管道或不停止流體輸送的情況下, 可方便地提升孔板, 進行檢查、清洗或更換, 從保證了計量準(zhǔn)確度。采用液壓升降的裝置, 孔板提升輕便, 特別適用于大口徑孔板。這種節(jié)流裝置還配有清洗室和清洗機構(gòu), 為解決污垢介質(zhì), 特別是單井天然氣的準(zhǔn)確計量提供了有效手段。定值節(jié)流裝置改變了現(xiàn)有節(jié)流裝置根據(jù)計算結(jié)果加工其孔徑的方法, 對每種通徑測量管道配以有限數(shù)量的節(jié)流件, 孔徑系列按優(yōu)先數(shù)系選用, 每種通徑配3~ 5 種不同孔徑比..值的孔板。目前節(jié)流裝置設(shè)計猶如量體裁衣, 定值節(jié)流裝置則變成成衣選用, 采用定值節(jié)流裝置有利于產(chǎn)品批量生產(chǎn), 降低生產(chǎn)成本, 方便選用和使用, 便于監(jiān)督生產(chǎn)。可換孔板節(jié)流裝置和定值孔板相配套, 將改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)式, 實現(xiàn)了節(jié)流裝置產(chǎn)品系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化, 有利于提高標(biāo)準(zhǔn)孔板裝置計量的準(zhǔn)確度〔2〕。標(biāo)準(zhǔn)孔板存在的缺點是入口直角銳利度易在流體沖刷下發(fā)生鈍化。據(jù)估計, 鈍化嚴(yán)重的可能使流出系數(shù)偏移1% ~ 2% , 鈍化后其流出系數(shù)較為穩(wěn)定, 這在流量計算中給孔板入口直角銳利度的精確修正帶來很大的困難。標(biāo)準(zhǔn)噴嘴的流出系數(shù)是穩(wěn)定的, 另外, 在同樣流量和相同..值時噴嘴的壓力損失只有孔板的30% 。影響標(biāo)準(zhǔn)噴嘴推廣使用的主要原因是噴嘴制造成本高, 在標(biāo)準(zhǔn)中噴嘴的流出系數(shù)不確定度較大( 約2%) 。采用定值節(jié)流件, 專用加工設(shè)備實現(xiàn)批量生產(chǎn), 降低生產(chǎn)成本, 而個別校準(zhǔn)則可得到高精確度的流出系數(shù), 在天然氣流量測量中用噴嘴代替孔板, 其優(yōu)點是明顯的。
3、.. 應(yīng)用合理的流量積算方案
根據(jù)天然氣計量工況條件和用戶對計量精度的要求, 應(yīng)采用對壓力、溫度和天然氣組分變化對流量自動部分補償或全補償?shù)姆e算方案, 計量系統(tǒng)測量儀表配備和精度的選用應(yīng)符合《天然氣計量系統(tǒng)技術(shù)要求》。用智能差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器和流量計算機組成在線檢測系統(tǒng), 使溫度和壓力變化得到補償, 可以提高測量準(zhǔn)確度, 降低流態(tài)脈動( 或波動) 引起的流量測量附加誤差。孔板流量計量程比一般為1 .. 3, 而實際測量天然氣流量變化有時會超過這個范圍。在這種情況下, 其測量準(zhǔn)確度顯著下降, 如果采用定值節(jié)流裝置, 寬量程智能差壓變送器與流量計算機配套使用, 可方便地擴展流量量程或遷移量程, 進而實現(xiàn)傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的智能化。
4、.. 采取有效措施減小脈動流的影響
在實際計量管路過程中, 由于許多原因促使氣流脈動, 用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量有脈動流存在的天然氣流量會帶來難以估計的附加誤差, 而目前可采取以下措施降低脈動流對計量準(zhǔn)確度的影響。
( 1) 利用緩沖裝置衰減脈動。
( 2) 選用計量管道內(nèi)徑縮小的縮管測量方法, 使孔徑比.. 和差壓..P 都在高雷諾數(shù)范圍內(nèi)進行測量。
( 3) 采用短引壓管道減少引壓管道系統(tǒng)中的阻力條件。
( 4) 采用自動清管系統(tǒng), 將管道中的游離液體清除, 將孔板節(jié)流裝置安裝于遠(yuǎn)離脈動源的有利位置。
5、.. 定期進行量值溯源
要確保標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計的準(zhǔn)確度必須進行量值溯源, 溯源方式可以是單參數(shù)量值溯源( 如長度、壓力、溫度、時間、質(zhì)量和氣分析等) , 也可以是單參數(shù)量值和天然氣流量量值的雙重溯源。在設(shè)計天然氣計量站時, 應(yīng)根據(jù)不同規(guī)模測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度要求, 考慮如何向*標(biāo)準(zhǔn)( 基準(zhǔn)) 裝置的溯源問題。對于天然氣流量測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度要求高于或等于.. 1% , 只采用單參數(shù)量值溯源鏈?zhǔn)遣粔虻? 必須采用標(biāo)準(zhǔn)流量計( 或裝置) 作為溯源( 或量傳) 媒介( 或稱次級標(biāo)準(zhǔn)) , 建立起與國家天然氣流量一級標(biāo)準(zhǔn)( 基準(zhǔn)) 裝置流量值的溯源鏈, 定期通過次級標(biāo)準(zhǔn)向*標(biāo)準(zhǔn)( 基準(zhǔn)) 進行天然氣流量測量系統(tǒng)流量值的溯源。
6、.. 建立健全各項規(guī)章制度
加強計量管理, 建立健全各項規(guī)章制度, 嚴(yán)格執(zhí)行計量法規(guī), 是確保孔板流量計測量天然氣流量準(zhǔn)確度的關(guān)鍵。按照GB/ T 18603 .. 2001《天然氣計量系統(tǒng)技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn), 統(tǒng)一孔板流量計測量系統(tǒng)按照不同規(guī)模規(guī)定的測量系統(tǒng)配置二次測量儀表, 從
設(shè)計開始, 經(jīng)施工、驗收、投產(chǎn)、操作和維護等都按統(tǒng)一的技術(shù)要求執(zhí)行, 使天然氣流量測量、流量積算方法、流量計算程序軟件都在嚴(yán)格的技術(shù)要求控制中, 抓好全面質(zhì)量管理, 才能確保流量測量的準(zhǔn)確度。嚴(yán)格按照SY/ T 6143 .. 1996 標(biāo)準(zhǔn), 編制.. 流量
計算值的檢驗標(biāo)準(zhǔn)程序.., 對各種不同的流量積算方法計算出的流量值進行嚴(yán)格的檢驗。對標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量系統(tǒng)進行流量測量不確定度評估, 其測量系統(tǒng)總的流量測量不確定度應(yīng)低于允許誤差。完善計量管理制度, 制訂一項與SY/ T 6143 .. 1996
標(biāo)準(zhǔn)配套切合實際需要的孔板流量計操作使用和管理規(guī)程。其內(nèi)容包括, 建立健全各級計量管理責(zé)任制度、標(biāo)準(zhǔn)計量器具周期送檢和維護制度、工作儀表檢驗、調(diào)校和維修制度、計量設(shè)備和計量儀表的資料檔案管理制度等。
在認(rèn)真貫徹執(zhí)行SY/ T 6143 .. 1996 標(biāo)準(zhǔn)及其有關(guān)的計量標(biāo)準(zhǔn)的同時, 應(yīng)有各項計量管理規(guī)程和管理制度與之配套, 加強計量技術(shù)人員培訓(xùn), 提高計量人員的技術(shù)管理水平。
三、結(jié).. 論
按照SY/ T6143 .. 1996 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置進行設(shè)計、制造、檢驗和安裝, 開發(fā)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計設(shè)計和儀表選型計算軟件, 采用可換孔板裝置與定值節(jié)流裝置, 應(yīng)用合理的流量積算方案, 按照GB/ T 18603 .. 2001《天然氣計量系統(tǒng)技術(shù)要
求》規(guī)定, 對計量系統(tǒng)進行儀表配備和選用, 采取有效措施減小脈動流的影響, 定期進行量值溯源, 加強計量管理和計量技術(shù)人員培訓(xùn), 建立和完善各項計量規(guī)章制度, 必將有效提高標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量準(zhǔn)確度。
