差壓式孔板流量計計量天然氣流量的誤差分析
差壓式孔板流量計計量天然氣流量的誤差分析
孔板流量計結構簡單 ,操作較方便 ,使用技術成熟,使得其在管道計量中得到廣泛應用 ,根據調查 ,在超聲波流量計使用之前 ,差壓式孔板流量計在整個油氣管道貿易結算中占到了 70%以上。隨著儀表技術和計量技術的快速發展 ,許多新型計量設備得到廣泛應用 ,但是孔板流量計仍然是目前我國天然氣管道計量用得最多的計量設備 ,占整個貿易計量的 50%左右。為了規范孔板流量計量 ,國家專門制定了 GB 2628和 SY/T6143計量標準 ,對計量系統進行了說明和要求 ,同時 ,也出臺天然氣場站儀表配備指南 ,對計量系統儀器儀表精度等級進行了要求。但是由于孔板流量計量系統的結構特點 ,決定了會產生兩種誤差 ,一種是基本誤差 ,這是流量計本身所存在的誤差 ,第二種是附加誤差 ,是由于流量計在使用時偏離了標準條件產生的。由于人為操作的環節多 ,且天然氣這一物質的計量是一種連續的、不可重復的計量,若不加以適時監控 ,所引起的計量附加誤差相當大,尤其當天然氣作為商品進行貿易結算時 ,為供需雙方帶來不利影響 ,本文分析了產生誤差的主要原因,提出精心管理 ,細致操作以減小計量誤差的重要性。
計量原理
(1)差壓式孔板流量計包括 3部分 :①現場取壓部分 ,包括高級孔板閥、前后直管段、導壓管 ;②溫度、壓力、組分補償部分 ,包括現場用溫度變送器、壓力變送器、天然氣組分分析儀計量的實時數據 ;③流量計算部分 ,指專用流量計算機 (或計算儀 )所安裝
的計量標準程序。
(2)在實際應用過程中 ,當充滿管道的流體流經管道內的節流件時 流線將在節流件處形成局部收縮 ,因而流速增加,靜壓力降低 ,于是在節流件前后便產生了壓差。流體流量愈大 ,產生的壓差愈大 ,這樣可依據壓差來衡量流量的大小。這種計量方法是以流動連續性方程(質量守恒定律 )和伯努利方程 (能量守恒定律 )為基礎的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關 ,例如當節流裝置形式或管道內流體的物理性質(密度、粘度 )不同時 ,在同樣大小的流量下產生的壓差也是不同的。
基本誤差
(1)由計量裝置本身精確度所決定的誤差。由于孔板流量計測得的流量是根據差壓信號間接求得的。從公式可以看出 ,影響計量精確度的主要因素是 α、F、ε等值。必須保持 α、F、ε均為恒定值 ,才能達到差壓和流量之間有恒定的對應關系。但在實際生產中 ,α、F、ε都與某些因素有關 ,特別是流量系數 α,它是一個影響因素復雜 ,變化范圍大的重要系數,如果在計量過程中不能保證 α為恒定值 ,則計量誤差將會較大。從資料和實驗證明 ,流量系數 α值與取壓點位置、孔板的開孔截面積和管道截面積比(m=d2/D2)、雷諾數、管壁粗糙度、孔板入口邊緣尖銳度有關。所以,標準孔板的選用應符合下列技術要求 : "孔板相對于開孔直徑 d的軸線中心對稱 ; "孔板上游端面 A應于下游端面 B平行 ,并且與開孔直徑 d的軸線垂直 ; "孔板 A面、B面應無可見的損傷 ; "孔板開孔直徑 d的上游測直角入口邊緣 應銳利 ,無毛刺和劃痕。 "孔板開孔直徑 d的內圓柱表面長度 e應符合:0.005D≤e≤0.02D; "孔板的厚度應符合 :e≤F≤0.005D; "孔板下游側出口邊緣 H和孔板開孔圓柱形下游側出口邊緣 I應無毛刺、劃痕和可見損傷 ; "標準孔板在使用過程中 ,會由于天然氣的侵蝕而產生變形 ,從而引起流量系數增大而產生計量誤差。因此孔板的材質也是保證孔板工作可靠和計量準確的一個因素。用于天然氣計量的孔板采制一般為 :Cr17、1Cr18Ni9TiC以及其他耐酸鋼。
(2)變送器和流量顯示儀表的精確度對整套流量計系統的精確度也很重要。目前 ,變送器大多數采用的都是 4~20MA信號 ,顯示儀表采用數字信號 ,只要變送器現場安裝和系統接地沒有問題 ,整個系統誤差不會受到影響。為了減小誤差 ,標準明確了配套儀表的技術要求 。
(3)流量積算部分之間的誤差 ,當溫度、壓力、差壓、組分等數據傳到流量積算器后目前 ,積算器結合已經輸入的節流裝置基本信息計算流量 ,積算器所安裝的計量標準程序主要有 SY/T6143標準、AGA 3標準、ISO5167標準 ,在計量參數一致的情況下 ,通過幾個標準換算出的中間參數和最終的計量結果不超過萬分之一。
附加誤差
如果儀表的制造、選型都嚴格按照標準執行 ,而在安裝和使用過程中 ,沒有嚴格遵守技術要求執行 ,就會造成附加誤差 ,這種誤差的大小是無法估計的。但是通過對造成誤差因素的分析 ,可以將誤差降低。孔板計量系統安裝使用時 ,必須符合下列技術要求
:
(1)孔板安裝時 ,他的開孔中心和管道中心軸線同心 ,而且它的端面與管道軸線垂直。
(2)孔板上、下游側取壓孔軸線符合距孔板上、下游端面的距離為 25.4±0.8mm的要求 (目前國內絕大部分取壓方式采用法蘭取壓 )。
(3)取壓孔的軸線應與孔板上下游側 2D計量管長度的內圓柱的軸線垂直 ,取壓孔的軸線與孔板兩端面向外傾斜角的夾角不大于 3度。取壓孔直徑不應大于 0.08D。
(4)孔板安裝需要前后直管段 ,直管段的長度必須滿足標準要求 ,必要時安裝整流器。
(5)導壓管應采用耐腐蝕材料 ,其內徑不小于 6mm,長度在 16mm以內 ,導壓管應垂直或傾斜敷設 ,起傾斜度不小于 1:12。
(6)計量氣體溫度的溫度計安裝在孔板下游側直管段以外的地方 ,計算氣量時應將此時所測的氣流溫度換算成孔板上游側的氣流溫度 ,如果溫度計安裝在孔板上游側 ,則溫度計套管與孔板之間的直管段長度 L應滿足下列規定 :當溫度計套管直徑不大于0.03D時 (D為計量管內徑 ),L≥5D;當溫度計套管直徑在 0.03D至 0.13D范圍內時 (D為計量管內徑 ),L≥20D。
除了技術要求之外 ,孔板節流裝置在長期運行后,節流裝置容易產生堵塞、結垢、磨損、腐蝕等現象,這些都會帶來附加誤差 ,同時由于受溫度等因素的影響 ,變送器接頭容易產生泄漏 ,造成壓力 (或差壓)損失 ,使用者必須根據計量介質的情況確定檢查周期。
