差壓式孔板流量計的誤差來源
差壓式孔板流量計的誤差來源
我國天然氣流量計量目前仍以差壓式孔板流量計為主, 僅長慶氣田目前就有近300 套。由于孔板流量計的誤差影響因素較多, 往往造成計量不確定度增大。筆者通過在長慶氣田近幾年的使用與研究, 在孔板流量計的誤差研究方面積累了一些使用經驗, 提出了相應的對策予以改善或消除, 以期對同行有所裨益。
誤差來源分析
天然氣流量測量中的不確定度主要來源于以下3 個方面: .. 流量計算方程中描述流體流動狀態的真實性不確定度因素; .. 被測介質實際物理性質( 物性因素) 的不確定度因素; .. 測量中重要設備的不確定度因素。
針對以上3 方面因素做具體分析如下。
1. 流量計算方程中描述流體流動狀態的真實性的不確定度因素
2. 孔板粗糙度、銳利度、平整度的影響
SY/ T6143- 1996 對孔板的直角入口做了嚴格的技術規定, 即: 無卷口、無毛邊、無目測可見的異常現象, 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 , 孔板開孔內圓柱面與孔板上游端面垂直, 誤差小于.. 1.., 粗糙度高度參數Ra .. 0. 0004 d , 且不影響尖銳度測試。
對于孔板性能對流量的影響, 筆者做過相應的對比試驗: 分別取DN100 mm 的標準孔板, 編號為GKF75761, 經檢測其r k 為0. 05 mm( 允許值小于等于0. 04 mm) , GKF78790 其粗糙度高度參數為Ra 為45 ..m ( 允許值小于等于40 ..m) 。編號為KF75007 的各項指標均符合要求的孔板進行一相對穩定的氣流測量, 測試中將不符合規格孔板放在氣井單量裝置, 標準孔板放入氣井外輸裝置, 忽略裝置之間的差異。實驗表明, 忽略氣流的微小波動, 對于r k 超差的不合格孔板其計量誤差范圍為- 2. 81% ~ 3. 14%, Ra 超差的不合格孔板計量誤差為- 2. 58% ~ 2. 72%, 若r k、Ra 超差嚴重則氣量偏差更大, 甚至可達到10%。
3. 被測介質實際物理性質的不確定度因素
( 1) 標準中要求流經天然氣的流體為氣流必須是單相的牛頓流體。若氣體含有質量分數不超過2%的固體或液體微粒, 且呈均勻分散狀態, 也可被認為是單相的牛頓流體。
在實際使用中, 從井口到計量管線的過程中, 天然氣通常攜帶一定量的水、脫水劑和凝結液。這些液體來自分離效果差的分離器和負荷大的脫水單元, 當流動溫度和壓力變化時, 氣體中的重烴組分也會凝析出來。
美國雪佛龍公司和科羅拉多工程實驗站分別對此進行了研究, 實驗為將經過標準渦輪流量計計量的天然氣在通過注水管注水后用孔板流量計進行計量。其結論為: .. 用孔板流量計測量氣體流量, 當氣體中夾帶少量液體時, 流量測量不確定度偏高, 測量的濕氣流量隨..的增加而減少, 在..比為0. 7 時, 測得的流量偏差為- 1. 7%; .. 當夾帶少量液體時, 在..比為0. 5 時表明孔板性能較好, 但是應將夾帶液體在孔板上游脫出, 以獲得的計量性能; .. 用舊的孔板流量計測量濕氣, 流量計量值將降低3% 。.. .. 這項研究結果說明, 天然氣在進入計量裝置以前, 如果要獲得非常好的計量性能, 應*脫除天然氣中所含的水分, 對于日處理氣量近百萬立方米的集氣站, 這一點非常重要。
( 2) 可膨脹系數
可膨脹系數的百分誤差為: ( .. 4..p / p 1)% 。由于誤差系數的影響, 如被測系統壓力低到4..p / p 1 可以和..比較, 被測系統壓力將直接影響到測試準確度。當被測系統壓力為高壓系統時, 可以忽略該項誤差。目前在天然氣計量中差壓一般在500~ 50000 Pa 范圍內, 靜壓在1~ 10 MPa 范圍內。因此..的誤差最小為.. 0. 0002% , 為.. 0. 2% ( 甚至會更大) 。
( 3) 天然氣相對密度的影響
密度參數是天然氣測量中極為重要的物性參數, 密度測量的不確定度對整個測量系統的不確定度有著很大影響, 目前國內普遍采用測量氣流壓力、氣流溫度和定時取樣得到氣流全組分, 由于壓力溫度的波動, 天然氣的相對密度并不是一個固定值。
根據計量條件估算密度帶來的不確定度: 當儀表精度較低且運行在下*, 不確定度為.. 1. 818% ; 反之不確定度則在.. 0. 793%, 由此可見密度在流量測量中至關重要。所以為了準確進行天然氣計量, 選用在線氣相色譜儀進行組分在線分析是十分必要的。長慶氣田在向北京、陜西、寧夏以及西氣東輸供氣的外貿計量裝置上均采用了在線色譜, 平均5 min 采樣分析一次, 能夠及時檢測到組分的變化情況, 提高了計量精度。
4. 測量中重要設備的不確定度因素
二次儀表的不確定度
由于目前天然氣計量大多采用計算機智能化數據采集、數據處理A/ D 轉換準確度高, 量化誤差的影響可以忽略, 差壓、壓力、溫度的測量由于大量高精度智能化變送器的應用使二次儀表對整個流量系統的誤差成為了非主要影響因素。
1) 壓力儀表測量誤差: 主要由壓力測量儀表的精確度引起( 儀表準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% ( 儀表校驗誤差為.. 0. 075% ) 。
2) 差壓儀表測量誤差: 主要由儀表精確度、儀表安裝位置、導壓管引起。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%; 安裝位置可通過零點調整予以消除。其最終精確度為: ..= .. 0. 30% ( 儀表校驗誤差為.. 0. 075%) ; 導壓管引起誤差為: .. 0. 2%; 總體差壓誤差為: .. 0. 36% 。
3) 溫度儀表測量誤差: 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準規定范圍內忽略不計。
