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(jié)構(gòu)簡單 ,操作較方便 ,使用技術(shù)成熟,使得其在管道計量中得到廣泛應(yīng)用 ,根據(jù)調(diào)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(mào)易結(jié)算中占到了 70%以上。隨著儀表技術(shù)和計量技術(shù)的快速發(fā)展 ,許多新型計量設(shè)備得到廣泛應(yīng)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(shè)備 ,占整個貿(mào)易計量的 50%左右。為了規(guī)范孔板流量計量 ,國家專門制定了 GB 2628和 SY/T6143計量標(biāo)準(zhǔn) ,對計量系統(tǒng)進(jìn)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(tǒng)儀器儀表精度等級進(jìn)行了要求。但是由于孔板流量計量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點 ,決定了會產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)條件產(chǎn)生的。由于人為操作的環(huán)節(jié)多 ,且天然氣這一物質(zhì)的計量是一種連續(xù)的、不可重復(fù)的計量,若不加以適時監(jiān)控 ,所引起的計量附加誤差相當(dāng)大,尤其當(dāng)天然氣作為商品進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算時 ,為供需雙方帶來不利影響 ,本文分析了產(chǎn)生誤差的主要原因,提出精心管理 ,細(xì)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(xiàn)場取壓部分 ,包括高級孔板閥、前后直管段、導(dǎo)壓管 ;②溫度、壓力、組分補償部分 ,包括現(xiàn)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(shù)據(jù) ;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(biāo)準(zhǔn)程序。
(2)在實際應(yīng)用過程中 ,當(dāng)充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時 流線將在節(jié)流件處形成局部收縮 ,因而流速增加,靜壓力降低 ,于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大 ,產(chǎn)生的壓差愈大 ,這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。這種計量方法是以流動連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律 )和伯努利方程 (能量守恒定律 )為基礎(chǔ)的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關(guān) ,例如當(dāng)節(jié)流裝置形式或管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)(密度、粘度 )不同時 ,在同樣大小的流量下產(chǎn)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(jù)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(dá)到差壓和流量之間有恒定的對應(yīng)關(guān)系。但在實際生產(chǎn)中 ,α、F、ε都與某些因素有關(guān) ,特別是流量系數(shù) α,它是一個影響因素復(fù)雜 ,變化范圍大的重要系數(shù),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(shù) 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(shù)、管壁粗糙度、孔板入口邊緣尖銳度有關(guān)。所以,標(biāo)準(zhǔn)孔板的選用應(yīng)符合下列技術(shù)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(yīng)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(yīng)無可見的損傷 ; "孔板開孔直徑 d的上游測直角入口邊緣 應(yīng)銳利 ,無毛刺和劃痕。 "孔板開孔直徑 d的內(nèi)圓柱表面長度 e應(yīng)符合:0.005D≤e≤0.02D; "孔板的厚度應(yīng)符合 :e≤F≤0.005D; "孔板下游側(cè)出口邊緣 H和孔板開孔圓柱形下游側(cè)出口邊緣 I應(yīng)無毛刺、劃痕和可見損傷 ; "標(biāo)準(zhǔn)孔板在使用過程中 ,會由于天然氣的侵蝕而產(chǎn)生變形 ,從而引起流量系數(shù)增大而產(chǎn)生計量誤差。因此孔板的材質(zhì)也是保證孔板工作可靠和計量準(zhǔn)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(tǒng)的精確度也很重要。目前 ,變送器大多數(shù)采用的都是 4~20MA信號 ,顯示儀表采用數(shù)字信號 ,只要變送器現(xiàn)場安裝和系統(tǒng)接地沒有問題 ,整個系統(tǒng)誤差不會受到影響。為了減小誤差 ,標(biāo)準(zhǔn)明確了配套儀表的技術(shù)要求 。
(3)流量積算部分之間的誤差 ,當(dāng)溫度、壓力、差壓、組分等數(shù)據(jù)傳到流量積算器后目前 ,積算器結(jié)合已經(jīng)輸入的節(jié)流裝置基本信息計算流量 ,積算器所安裝的計量標(biāo)準(zhǔn)程序主要有 SY/T6143標(biāo)準(zhǔn)、AGA 3標(biāo)準(zhǔn)、ISO5167標(biāo)準(zhǔn) ,在計量參數(shù)一致的情況下 ,通過幾個標(biāo)準(zhǔn)換算出的中間參數(shù)和最終的計量結(jié)果不超過萬分之一。
附加誤差
如果儀表的制造、選型都嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行 ,而在安裝和使用過程中 ,沒有嚴(yán)格遵守技術(shù)要求執(zhí)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(tǒng)安裝使用時 ,必須符合下列技術(shù)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(cè)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(nèi)絕大部分取壓方式采用法蘭取壓 )。
(3)取壓孔的軸線應(yīng)與孔板上下游側(cè) 2D計量管長度的內(nèi)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)要求 ,必要時安裝整流器。
(5)導(dǎo)壓管應(yīng)采用耐腐蝕材料 ,其內(nèi)徑不小于 6mm,長度在 16mm以內(nèi) ,導(dǎo)壓管應(yīng)垂直或傾斜敷設(shè) ,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(cè)直管段以外的地方 ,計算氣量時應(yīng)將此時所測的氣流溫度換算成孔板上游側(cè)的氣流溫度 ,如果溫度計安裝在孔板上游側(cè) ,則溫度計套管與孔板之間的直管段長度 L應(yīng)滿足下列規(guī)定 :當(dāng)溫度計套管直徑不大于0.03D時 (D為計量管內(nèi)徑 ),L≥5D;當(dāng)溫度計套管直徑在 0.03D至 0.13D范圍內(nèi)時 (D為計量管內(nèi)徑 ),L≥20D。
除了技術(shù)要求之外 ,孔板節(jié)流裝置在長期運行后,節(jié)流裝置容易產(chǎn)生堵塞、結(jié)垢、磨損、腐蝕等現(xiàn)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(chǎn)生泄漏 ,造成壓力 (或差壓)損失 ,使用者必須根據(jù)計量介質(zhì)的情況確定檢查周期。
