差壓式孔板流量計(jì)計(jì)量天然氣流量的誤差分析
差壓式孔板流量計(jì)計(jì)量天然氣流量的誤差分析
孔板流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,操作較方便 ,使用技術(shù)成熟,使得其在管道計(jì)量中得到廣泛應(yīng)用 ,根據(jù)調(diào)查 ,在超聲波流量計(jì)使用之前 ,差壓式孔板流量計(jì)在整個(gè)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(jì)量技術(shù)的快速發(fā)展 ,許多新型計(jì)量設(shè)備得到廣泛應(yīng)用 ,但是孔板流量計(jì)仍然是目前我國(guó)天然氣管道計(jì)量用得最多的計(jì)量設(shè)備 ,占整個(gè)貿(mào)易計(jì)量的 50%左右。為了規(guī)范孔板流量計(jì)量 ,國(guó)家專門制定了 GB 2628和 SY/T6143計(jì)量標(biāo)準(zhǔn) ,對(duì)計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行了說(shuō)明和要求 ,同時(shí) ,也出臺(tái)天然氣場(chǎng)站儀表配備指南 ,對(duì)計(jì)量系統(tǒng)儀器儀表精度等級(jí)進(jìn)行了要求。但是由于孔板流量計(jì)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ,決定了會(huì)產(chǎn)生兩種誤差 ,一種是基本誤差 ,這是流量計(jì)本身所存在的誤差 ,第二種是附加誤差 ,是由于流量計(jì)在使用時(shí)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(jì)量是一種連續(xù)的、不可重復(fù)的計(jì)量,若不加以適時(shí)監(jiān)控 ,所引起的計(jì)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(shí) ,為供需雙方帶來(lái)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(jì)量誤差的重要性。
計(jì)量原理
(1)差壓式孔板流量計(jì)包括 3部分 :①現(xiàn)場(chǎng)取壓部分 ,包括高級(jí)孔板閥、前后直管段、導(dǎo)壓管 ;②溫度、壓力、組分補(bǔ)償部分 ,包括現(xiàn)場(chǎng)用溫度變送器、壓力變送器、天然氣組分分析儀計(jì)量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) ;③流量計(jì)算部分 ,指專用流量計(jì)算機(jī) (或計(jì)算儀 )所安裝
的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)程序。
(2)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中 ,當(dāng)充滿管道的流體流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時(shí) 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(lái)衡量流量的大小。這種計(jì)量方法是以流動(dòng)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(shí) ,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(jì)量裝置本身精確度所決定的誤差。由于孔板流量計(jì)測(cè)得的流量是根據(jù)差壓信號(hào)間接求得的。從公式可以看出 ,影響計(jì)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(duì)應(yīng)關(guān)系。但在實(shí)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(gè)影響因素復(fù)雜 ,變化范圍大的重要系數(shù),如果在計(jì)量過(guò)程中不能保證 α為恒定值 ,則計(jì)量誤差將會(huì)較大。從資料和實(shí)驗(yàn)證明 ,流量系數(shù) α值與取壓點(diǎn)位置、孔板的開(kāi)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(duì)于開(kāi)孔直徑 d的軸線中心對(duì)稱 ; "孔板上游端面 A應(yīng)于下游端面 B平行 ,并且與開(kāi)孔直徑 d的軸線垂直 ; "孔板 A面、B面應(yīng)無(wú)可見(jiàn)的損傷 ; "孔板開(kāi)孔直徑 d的上游測(cè)直角入口邊緣 應(yīng)銳利 ,無(wú)毛刺和劃痕。 "孔板開(kāi)孔直徑 d的內(nèi)圓柱表面長(zhǎng)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(kāi)孔圓柱形下游側(cè)出口邊緣 I應(yīng)無(wú)毛刺、劃痕和可見(jiàn)損傷 ; "標(biāo)準(zhǔn)孔板在使用過(guò)程中 ,會(huì)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(jì)量誤差。因此孔板的材質(zhì)也是保證孔板工作可靠和計(jì)量準(zhǔn)確的一個(gè)因素。用于天然氣計(jì)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(duì)整套流量計(jì)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(hào) ,顯示儀表采用數(shù)字信號(hào) ,只要變送器現(xiàn)場(chǎng)安裝和系統(tǒng)接地沒(méi)有問(wèn)題 ,整個(gè)系統(tǒng)誤差不會(huì)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(jì)算流量 ,積算器所安裝的計(jì)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(jì)量參數(shù)一致的情況下 ,通過(guò)幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)換算出的中間參數(shù)和最終的計(jì)量結(jié)果不超過(guò)萬(wàn)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(guò)程中 ,沒(méi)有嚴(yán)格遵守技術(shù)要求執(zhí)行 ,就會(huì)造成附加誤差 ,這種誤差的大小是無(wú)法估計(jì)的。但是通過(guò)對(duì)造成誤差因素的分析 ,可以將誤差降低?？装逵?jì)量系統(tǒng)安裝使用時(shí) ,必須符合下列技術(shù)要求
:
(1)孔板安裝時(shí) ,他的開(kāi)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(guó)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(jì)量管長(zhǎng)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(zhǎng)度必須滿足標(biāo)準(zhǔn)要求 ,必要時(shí)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(zhǎng)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(jì)量氣體溫度的溫度計(jì)安裝在孔板下游側(cè)直管段以外的地方 ,計(jì)算氣量時(shí)應(yīng)將此時(shí)所測(cè)的氣流溫度換算成孔板上游側(cè)的氣流溫度 ,如果溫度計(jì)安裝在孔板上游側(cè) ,則溫度計(jì)套管與孔板之間的直管段長(zhǎng)度 L應(yīng)滿足下列規(guī)定 :當(dāng)溫度計(jì)套管直徑不大于0.03D時(shí) (D為計(jì)量管內(nèi)徑 ),L≥5D;當(dāng)溫度計(jì)套管直徑在 0.03D至 0.13D范圍內(nèi)時(shí) (D為計(jì)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(zhǎng)期運(yùn)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(huì)帶來(lái)附加誤差 ,同時(shí)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(jì)量介質(zhì)的情況確定檢查周期。
會(huì)員1.png)