標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量附加誤差分析解決

　　流量測量用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的歷史悠久，應(yīng)用廣泛。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命長，適應(yīng)性較廣。目前，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，有可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，只要嚴(yán)格遵照GB/T21446-2008《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量天然氣流量》標(biāo)準(zhǔn)中的加工和安裝要求，就可以根據(jù)計(jì)算結(jié)果制造和使用，不必單獨(dú)檢定就能保證計(jì)量裝置的準(zhǔn)確性。但由于標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的設(shè)計(jì)安裝要求及氣質(zhì)要求比較苛刻，在實(shí)際的工況條件下很難符合標(biāo)準(zhǔn)要求，容易造成流量計(jì)產(chǎn)生計(jì)量附加誤差。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，對(duì)產(chǎn)生計(jì)量附加誤差的原因進(jìn)行分析并探討解決方法。
上下游直管段長度不夠
1 產(chǎn)生誤差的原因
上下游直管段長度不夠，氣流得不到充分發(fā)展，將使計(jì)量結(jié)果造成較大誤差。計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最短直管段長度，在現(xiàn)場實(shí)際中一般很難得到滿足，特別是由于輸氣工藝等原因，計(jì)量裝置的上游往往都存在彎頭。如果是單彎頭或平面雙彎頭將使計(jì)量結(jié)果偏高[1];對(duì)于多個(gè)彎頭，將使計(jì)量結(jié)果偏低。
2 解決措施
應(yīng)該在節(jié)流裝置之前加裝整流器，避免旋轉(zhuǎn)流、渦流對(duì)計(jì)量的影響。
天然氣的氣質(zhì)和氣流條件
1 產(chǎn)生誤差的原因
GB/T21446-2008《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量天然氣流量》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，通過孔板的天然氣是經(jīng)凈化處理后的天然氣，氣流的流動(dòng)應(yīng)是保持亞音速的、穩(wěn)定的或僅隨時(shí)間緩慢變化的。氣流是均勻單相的牛頓流體。若氣體含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過2%的固體或液體微粒，且成均勻分散狀態(tài)，也可以認(rèn)為是均勻單相的牛頓流體。氣流流經(jīng)孔板以前，其流束應(yīng)與管道軸線平行，氣流流動(dòng)應(yīng)為充分發(fā)展紊流且無旋渦，管道橫截面所有點(diǎn)上的旋渦角小于2°即認(rèn)為無旋渦。
通過計(jì)量調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前在油田天然氣計(jì)量中約50%的計(jì)量點(diǎn)其氣流條件具有以下兩個(gè)特點(diǎn)。
(1)氣體流量不穩(wěn)定，并隨時(shí)間周期性地大幅度變化，屬脈動(dòng)流體。產(chǎn)生脈動(dòng)源的原因[2]：①往復(fù)式壓縮機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)和葉片式增壓機(jī);②調(diào)壓閥猛開關(guān)或者閥芯松動(dòng)和磨損;③大量水或油的冷凝物在管線中不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。
(2)氣質(zhì)中含水量大，并夾帶原油及微量顆粒雜質(zhì)，氣流流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生凝析液。氣質(zhì)、氣流條件達(dá)不到GB/T21446-2008《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量天然氣流量》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的要求，必將產(chǎn)生計(jì)量附加誤差。為了獲得準(zhǔn)確的計(jì)量值，必須抑制氣流的脈動(dòng)及消除氣質(zhì)中的水分和雜質(zhì)。
2 解決措施
進(jìn)入流量計(jì)的氣體必須先通過氣液分離器、過濾器。
(1)把測量管裝在對(duì)消除脈動(dòng)來說較為有利的位置，例如裝在調(diào)壓閥的入口或遠(yuǎn)離脈動(dòng)源處。
(2)為了減少脈動(dòng)幅度，可在脈動(dòng)源和測量管之間的管線上加裝一個(gè)容器，或者設(shè)計(jì)專門的脈動(dòng)衰減器。把節(jié)流閥或限流器裝在脈動(dòng)源和測量管之間是減少脈動(dòng)的最有效方法，但是這種方法壓力下降過大，除非條件許可，否則不宜采用。
(3)在差壓仍然保持較高的操作前提下，可用較小的測量管，而孔板開孔直徑基本不變。
(4)在流量計(jì)前、后取壓管出口處分別加裝一個(gè)具有一定容積的氣液分離器，使進(jìn)入流量計(jì)的差、靜壓信號(hào)達(dá)到先氣液分離及緩沖后再進(jìn)入計(jì)量裝置。
(5)導(dǎo)壓管路上的上、下游導(dǎo)壓閥應(yīng)選用大通徑的球型閥。
(6)為了防止導(dǎo)壓管的凍堵，必須對(duì)導(dǎo)壓管路進(jìn)行保溫，并增加加熱補(bǔ)償保溫措施。
(7)對(duì)于因下游波動(dòng)源而引起計(jì)量點(diǎn)氣流脈動(dòng)的情況，可通過調(diào)整流量計(jì)下游側(cè)閥門的閥位(關(guān)小)，使計(jì)量點(diǎn)氣流脈動(dòng)幅度減小。試驗(yàn)證明，采用關(guān)小計(jì)量管下游閥的方法來控制氣流的脈動(dòng)，效果是十分明顯的，此方法在實(shí)際使用時(shí)，必須在確保安全生產(chǎn)的情況下進(jìn)行。
試驗(yàn)證明通過上述方法能有效地抑制氣流的脈動(dòng)、消除氣質(zhì)中的水分及雜質(zhì)，減少流量計(jì)的計(jì)量附加誤差。
標(biāo)準(zhǔn)孔板
1 產(chǎn)生誤差的原因
(1)在長時(shí)間的使用過程中，標(biāo)準(zhǔn)孔板由于被天然氣的侵蝕或機(jī)械磨損而產(chǎn)生變形，孔板的光潔度下降，入口的尖銳程度變圓，使其圓弧半徑不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求;尖銳度變圓后對(duì)計(jì)量的影響是使計(jì)量數(shù)據(jù)比實(shí)際流量偏低，最多可能偏低10%。
(2)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定孔板厚度E應(yīng)介于孔板開孔厚度е與0.05D之間。如果超出這個(gè)范圍，將使氣流流過孔板的阻力損失增大，使計(jì)量值比實(shí)際流量高，造成1%以內(nèi)的附加計(jì)量誤差。
(3)孔板孔徑尺寸測量不準(zhǔn)確。沒有及時(shí)送到檢定部門進(jìn)行檢定，而是用游標(biāo)卡尺在現(xiàn)場進(jìn)行測量。由于沒有在標(biāo)準(zhǔn)狀況下(絕對(duì)壓力為101.325kPa、熱力學(xué)溫度為293.15K)進(jìn)行檢定，當(dāng)現(xiàn)場溫度較高時(shí)，所測孔板孔徑值將偏高，造成流量計(jì)算值比實(shí)際流量值偏高。
(4)孔板裝反，使差壓降低，造成計(jì)量氣量比實(shí)際氣量偏小約10%～17%。
2 解決措施
(1)在孔板設(shè)計(jì)、加工、檢驗(yàn)、安裝和使用中，一定要確保符合標(biāo)準(zhǔn)。如確保孔板平整干凈、不變形、無缺口和無撞擦傷，直角入口邊緣尖銳，正確安裝等都是十分重要的。
(2)定期對(duì)孔板進(jìn)行檢查、清洗，按檢定周期及時(shí)送到檢定部門進(jìn)行檢定。
(3)為了避免人為過失造成的計(jì)量誤差，要加強(qiáng)對(duì)計(jì)量的管理和對(duì)人員的培訓(xùn)工作。
差壓變送器
1 產(chǎn)生誤差的原因
差壓變送器的準(zhǔn)確度及性能對(duì)流量計(jì)的計(jì)量結(jié)果影響較大。實(shí)際工作中，由于沒有按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行差壓變送器的選型、安裝和使用中的維護(hù)保養(yǎng)，導(dǎo)致流量計(jì)產(chǎn)生計(jì)量附加誤差的情況是經(jīng)常發(fā)生的。
(1)差壓變送器的準(zhǔn)確度等級(jí)和量程范圍的選擇不正確，沒有按照GB/T18603-2001《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》要求進(jìn)行選型，造成“小馬拉大車或大馬拉小車”現(xiàn)象的出現(xiàn)，導(dǎo)致了計(jì)量附加誤差。
(2)差壓變送器的零位偏高(或低)，造成靜、差壓值偏大(或小)，使計(jì)算氣量比實(shí)際氣量偏大(或小)。
(3)差壓變送器的三閥組漏氣或堵塞。高壓閥漏氣，將導(dǎo)致計(jì)算氣量比實(shí)際氣量偏小;低壓閥漏氣將導(dǎo)致計(jì)算氣量比實(shí)際氣量偏大;平衡閥內(nèi)漏將導(dǎo)致計(jì)算氣量比實(shí)際氣量偏小。
2 解決措施
(1)嚴(yán)格按照GB/T18603-2001《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》要求進(jìn)行選型、安裝。
(2)定期對(duì)差壓變送器進(jìn)行回零檢查，發(fā)現(xiàn)有異?；虺钋闆r，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)，到期檢定。
(3)定期對(duì)差壓變送器進(jìn)行排污驗(yàn)漏檢查。
(4)冬季氣溫下降，特別是油田伴生氣含水量增多，易發(fā)生凍堵，需增加排污次數(shù)，給差壓變送器加裝保溫設(shè)備(如加保溫箱和伴熱帶)。
差壓信號(hào)傳遞失真
1 產(chǎn)生誤差的原因
差壓信號(hào)傳送失真使得差壓變送器上接收到的差壓信號(hào)與節(jié)流裝置所產(chǎn)生的差壓信號(hào)不相等，從而引起計(jì)量附加誤差[3]。差壓信號(hào)傳送失真包括穩(wěn)態(tài)值失真和動(dòng)態(tài)失真。在穩(wěn)定流條件下只存在穩(wěn)態(tài)值失真，在脈動(dòng)流條件下既可能存在穩(wěn)態(tài)值失真又會(huì)有動(dòng)態(tài)失真。穩(wěn)態(tài)值失真可能引起的部位和原因有導(dǎo)壓管引向不合理、切斷閥設(shè)置不當(dāng)、隔離液液位高度不相等、正負(fù)壓引壓管坡度不合理、管內(nèi)介質(zhì)密度不相等、三閥組積液等。
(1)切斷閥設(shè)置不當(dāng)引起的誤差。標(biāo)準(zhǔn)要求導(dǎo)壓管路上的閥門除排污閥以外應(yīng)采用與導(dǎo)壓管同內(nèi)徑高密封性能的閥門，優(yōu)選直通球閥，但有的節(jié)流裝置廠家提供的取壓閥門卻是針形閥，很容易造成堵塞和凍堵，需要在定貨時(shí)讓廠家直接配備球閥或進(jìn)行現(xiàn)場更換。
(2)隔離液液位高度不相等引起的誤差。導(dǎo)壓管線中帶隔離器是為了利用隔離液將腐蝕性介質(zhì)同差壓變送器隔離。隔離液剛剛充罐時(shí)，通過三閥組的平衡閥能使兩只隔離容器中的隔離液液位高度相等，但是運(yùn)行一段時(shí)間后由于隔離液泄漏或在運(yùn)行時(shí)誤開平衡閥，易導(dǎo)致隔離液液位高度不相等，從而引入附加差壓。
(3)導(dǎo)壓管線引起的傳送失真。節(jié)流裝置導(dǎo)壓管的作用是將節(jié)流裝置所產(chǎn)生的差壓信號(hào)不失真地傳遞到差壓變送器，但從現(xiàn)場的實(shí)際情況看，導(dǎo)壓管的配置仍存在很大問題：①上游或下游導(dǎo)壓管漏氣主要發(fā)生在焊縫、閥門盤根、排污閥處，將使計(jì)量誤差增大;②導(dǎo)壓管路過長，產(chǎn)生靜、差壓信號(hào)的失真，造成計(jì)量附加誤差;③導(dǎo)壓管過細(xì)，造成管路堵塞，冬季凍堵，計(jì)量儀表不能正常運(yùn)行;④上、下游導(dǎo)壓管方向接反，造成差壓信號(hào)嚴(yán)重偏小，計(jì)量誤差約30%;⑤保證導(dǎo)壓管線合理的坡度是為了使管內(nèi)可能出現(xiàn)的氣泡較快地升到氣體收集器內(nèi)或母管內(nèi)，使管內(nèi)可能出現(xiàn)的凝液較快地下沉到沉降器、排污閥或母管內(nèi)。導(dǎo)壓管線的內(nèi)徑和被測流體的性質(zhì)與總長度有關(guān)，如表1所示，導(dǎo)壓管線應(yīng)垂真或傾斜敷設(shè)，其坡度應(yīng)不少于1∶12，對(duì)黏度較高的流體其坡度還應(yīng)增大。當(dāng)導(dǎo)壓管線的傳送距離大于30m時(shí)，應(yīng)分段傾斜，并在最低點(diǎn)設(shè)置沉降器和排污閥。在不出現(xiàn)凝液時(shí)可酌情降低傾斜度。為了避免由于正負(fù)壓信號(hào)管內(nèi)介質(zhì)溫度不一致，導(dǎo)致密度出現(xiàn)差異，引起傳送失真，正負(fù)壓管線應(yīng)盡量靠近敷設(shè)，尢其是導(dǎo)壓管線中出現(xiàn)凝液時(shí)，導(dǎo)壓管線中的凝液會(huì)因環(huán)境溫度太低而凝固、結(jié)晶或結(jié)冰，因此需要伴熱保溫。
2 解決措施
(1)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行導(dǎo)壓管的設(shè)計(jì)安裝。
(2)對(duì)新建計(jì)量裝置的施工質(zhì)量要高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求，加強(qiáng)現(xiàn)場技術(shù)監(jiān)督。
(3)加強(qiáng)計(jì)量裝置的日常管理，加強(qiáng)對(duì)計(jì)量裝置、計(jì)量儀表的檢查維護(hù);確保計(jì)量裝置無跑、冒、滴、漏現(xiàn)象的發(fā)生。
(4)對(duì)氣質(zhì)可能出現(xiàn)凝析液或環(huán)境溫度較低時(shí)，應(yīng)定期對(duì)儀表的導(dǎo)壓管路進(jìn)行放空、排污及蒸汽吹掃，確保導(dǎo)壓管暢通。