差壓式孔板流量計(jì)的誤差來(lái)源
差壓式孔板流量計(jì)的誤差來(lái)源
我國(guó)天然氣流量計(jì)量目前仍以差壓式孔板流量計(jì)為主, 僅長(zhǎng)慶氣田目前就有近300 套。由于孔板流量計(jì)的誤差影響因素較多, 往往造成計(jì)量不確定度增大。筆者通過(guò)在長(zhǎng)慶氣田近幾年的使用與研究, 在孔板流量計(jì)的誤差研究方面積累了一些使用經(jīng)驗(yàn), 提出了相應(yīng)的對(duì)策予以改善或消除, 以期對(duì)同行有所裨益。
誤差來(lái)源分析
天然氣流量測(cè)量中的不確定度主要來(lái)源于以下3 個(gè)方面: .. 流量計(jì)算方程中描述流體流動(dòng)狀態(tài)的真實(shí)性不確定度因素; .. 被測(cè)介質(zhì)實(shí)際物理性質(zhì)( 物性因素) 的不確定度因素; .. 測(cè)量中重要設(shè)備的不確定度因素。
針對(duì)以上3 方面因素做具體分析如下。
1. 流量計(jì)算方程中描述流體流動(dòng)狀態(tài)的真實(shí)性的不確定度因素
2. 孔板粗糙度、銳利度、平整度的影響
SY/ T6143- 1996 對(duì)孔板的直角入口做了嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)定, 即: 無(wú)卷口、無(wú)毛邊、無(wú)目測(cè)可見(jiàn)的異?，F(xiàn)象, 并且是尖銳的直角, 若邊緣形成圓弧, 其圓弧半徑r k .. 0. 0004 d , 孔板開(kāi)孔內(nèi)圓柱面與孔板上游端面垂直, 誤差小于.. 1.., 粗糙度高度參數(shù)Ra .. 0. 0004 d , 且不影響尖銳度測(cè)試。
對(duì)于孔板性能對(duì)流量的影響, 筆者做過(guò)相應(yīng)的對(duì)比試驗(yàn): 分別取DN100 mm 的標(biāo)準(zhǔn)孔板, 編號(hào)為GKF75761, 經(jīng)檢測(cè)其r k 為0. 05 mm( 允許值小于等于0. 04 mm) , GKF78790 其粗糙度高度參數(shù)為Ra 為45 ..m ( 允許值小于等于40 ..m) 。編號(hào)為KF75007 的各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求的孔板進(jìn)行一相對(duì)穩(wěn)定的氣流測(cè)量, 測(cè)試中將不符合規(guī)格孔板放在氣井單量裝置, 標(biāo)準(zhǔn)孔板放入氣井外輸裝置, 忽略裝置之間的差異。實(shí)驗(yàn)表明, 忽略氣流的微小波動(dòng), 對(duì)于r k 超差的不合格孔板其計(jì)量誤差范圍為- 2. 81% ~ 3. 14%, Ra 超差的不合格孔板計(jì)量誤差為- 2. 58% ~ 2. 72%, 若r k、Ra 超差嚴(yán)重則氣量偏差更大, 甚至可達(dá)到10%。
3. 被測(cè)介質(zhì)實(shí)際物理性質(zhì)的不確定度因素
( 1) 標(biāo)準(zhǔn)中要求流經(jīng)天然氣的流體為氣流必須是單相的牛頓流體。若氣體含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò)2%的固體或液體微粒, 且呈均勻分散狀態(tài), 也可被認(rèn)為是單相的牛頓流體。
在實(shí)際使用中, 從井口到計(jì)量管線的過(guò)程中, 天然氣通常攜帶一定量的水、脫水劑和凝結(jié)液。這些液體來(lái)自分離效果差的分離器和負(fù)荷大的脫水單元, 當(dāng)流動(dòng)溫度和壓力變化時(shí), 氣體中的重?zé)N組分也會(huì)凝析出來(lái)。
美國(guó)雪佛龍公司和科羅拉多工程實(shí)驗(yàn)站分別對(duì)此進(jìn)行了研究, 實(shí)驗(yàn)為將經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)計(jì)量的天然氣在通過(guò)注水管注水后用孔板流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。其結(jié)論為: .. 用孔板流量計(jì)測(cè)量氣體流量, 當(dāng)氣體中夾帶少量液體時(shí), 流量測(cè)量不確定度偏高, 測(cè)量的濕氣流量隨..的增加而減少, 在..比為0. 7 時(shí), 測(cè)得的流量偏差為- 1. 7%; .. 當(dāng)夾帶少量液體時(shí), 在..比為0. 5 時(shí)表明孔板性能較好, 但是應(yīng)將夾帶液體在孔板上游脫出, 以獲得的計(jì)量性能; .. 用舊的孔板流量計(jì)測(cè)量濕氣, 流量計(jì)量值將降低3% 。.. .. 這項(xiàng)研究結(jié)果說(shuō)明, 天然氣在進(jìn)入計(jì)量裝置以前, 如果要獲得非常好的計(jì)量性能, 應(yīng)*脫除天然氣中所含的水分, 對(duì)于日處理氣量近百萬(wàn)立方米的集氣站, 這一點(diǎn)非常重要。
( 2) 可膨脹系數(shù)
可膨脹系數(shù)的百分誤差為: ( .. 4..p / p 1)% 。由于誤差系數(shù)的影響, 如被測(cè)系統(tǒng)壓力低到4..p / p 1 可以和..比較, 被測(cè)系統(tǒng)壓力將直接影響到測(cè)試準(zhǔn)確度。當(dāng)被測(cè)系統(tǒng)壓力為高壓系統(tǒng)時(shí), 可以忽略該項(xiàng)誤差。目前在天然氣計(jì)量中差壓一般在500~ 50000 Pa 范圍內(nèi), 靜壓在1~ 10 MPa 范圍內(nèi)。因此..的誤差最小為.. 0. 0002% , 為.. 0. 2% ( 甚至?xí)? 。
( 3) 天然氣相對(duì)密度的影響
密度參數(shù)是天然氣測(cè)量中極為重要的物性參數(shù), 密度測(cè)量的不確定度對(duì)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的不確定度有著很大影響, 目前國(guó)內(nèi)普遍采用測(cè)量氣流壓力、氣流溫度和定時(shí)取樣得到氣流全組分, 由于壓力溫度的波動(dòng), 天然氣的相對(duì)密度并不是一個(gè)固定值。
根據(jù)計(jì)量條件估算密度帶來(lái)的不確定度: 當(dāng)儀表精度較低且運(yùn)行在下*, 不確定度為.. 1. 818% ; 反之不確定度則在.. 0. 793%, 由此可見(jiàn)密度在流量測(cè)量中至關(guān)重要。所以為了準(zhǔn)確進(jìn)行天然氣計(jì)量, 選用在線氣相色譜儀進(jìn)行組分在線分析是十分必要的。長(zhǎng)慶氣田在向北京、陜西、寧夏以及西氣東輸供氣的外貿(mào)計(jì)量裝置上均采用了在線色譜, 平均5 min 采樣分析一次, 能夠及時(shí)檢測(cè)到組分的變化情況, 提高了計(jì)量精度。
4. 測(cè)量中重要設(shè)備的不確定度因素
二次儀表的不確定度
由于目前天然氣計(jì)量大多采用計(jì)算機(jī)智能化數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理A/ D 轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度高, 量化誤差的影響可以忽略, 差壓、壓力、溫度的測(cè)量由于大量高精度智能化變送器的應(yīng)用使二次儀表對(duì)整個(gè)流量系統(tǒng)的誤差成為了非主要影響因素。
1) 壓力儀表測(cè)量誤差: 主要由壓力測(cè)量?jī)x表的精確度引起( 儀表準(zhǔn)確度受溫度變化影響) 。采用3051T 型變送器在5. 0 MPa 工作, 溫度變化在30 .. 左右。
溫度影響: .. 0. 15% ; 最終精確度為: ..= .. 0. 225% ( 儀表校驗(yàn)誤差為.. 0. 075% ) 。
2) 差壓儀表測(cè)量誤差: 主要由儀表精確度、儀表安裝位置、導(dǎo)壓管引起。采用3051CD 型變送器在5. 0 MPa 工作, 溫度變化在30 .. 左右。溫度影響: .. 0. 075% ; 靜壓力影響: .. 0. 15%; 安裝位置可通過(guò)零點(diǎn)調(diào)整予以消除。其最終精確度為: ..= .. 0. 30% ( 儀表校驗(yàn)誤差為.. 0. 075%) ; 導(dǎo)壓管引起誤差為: .. 0. 2%; 總體差壓誤差為: .. 0. 36% 。
3) 溫度儀表測(cè)量誤差: 主要由儀表精確度和安裝位置正確性影響。
溫度儀表精確度為: ..= .. 0. 5%。安裝位置的影響在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定范圍內(nèi)忽略不計(jì)。
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