標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣計(jì)量附加誤差分析

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)際工況條件下，因很難符合因 GC/T214462008
《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求，因此必會(huì)產(chǎn)生流量計(jì)計(jì)量附加誤差。本文結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)產(chǎn)生計(jì)量附加誤差的原因進(jìn)行分析及解決方法進(jìn)行探討。
一、孔板流量計(jì)測(cè)量原理
當(dāng)流體流經(jīng)管道中的孔板時(shí)，流束將在孔板處形成局部收縮，流速增加、靜壓力降低，在孔板前后產(chǎn)生微小的靜壓力差（稱(chēng)為差壓）。流體的流速增快，孔板前后產(chǎn)生的差壓相應(yīng)增大，從而可以通過(guò)測(cè)量差壓來(lái)間接測(cè)量天然氣流量的大小。

二、產(chǎn)生計(jì)量附加誤差的原因分析

1.上下游直管段長(zhǎng)度不夠，彎頭過(guò)多
直管段長(zhǎng)度不夠，氣流得不到充分發(fā)展，將造成計(jì)量結(jié)果的較大誤差。 GC／ T21446－2008規(guī)定的最短直管段長(zhǎng)度，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中一般很難得到滿(mǎn)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，對(duì)于多個(gè)彎頭，將使計(jì)量結(jié)果偏低。因此應(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。
2.天然氣的氣質(zhì)和氣流條件
GC/T21446-2008規(guī)定，通過(guò)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(guò) 2%的固體或液體微粒，
且呈均勻分散狀態(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(wú)漩渦，管道橫截面所有點(diǎn)上的漩渦角小于 20，即認(rèn)為無(wú)漩渦。
通過(guò)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： 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(kāi)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 GC/T21446-2008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)中的水分及雜質(zhì)。

解決措施：
進(jìn)入流量計(jì)的氣體必須先通過(guò)氣液分離器、過(guò)濾器。 ①把測(cè)量管裝在對(duì)消除脈動(dòng)來(lái)說(shuō)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。 ②為了減少脈動(dòng)幅度，可在脈動(dòng)源和測(cè)量管之間的管線上加裝一個(gè)容器，或者設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的脈動(dòng)衰減器。把節(jié)流閥或限流器裝在脈動(dòng)源和測(cè)量管之間是減少脈動(dòng)的最有效方法，但是這種方法壓力降過(guò)大，除非條件許可，否則不宜采用。 ③在差壓仍然保持較高的前提下，操作可用較小的測(cè)量管，而孔板開(kāi)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(guò)調(diào)整流量計(jì)下游側(cè)閥門(mén)的閥位（關(guān)?。?，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(lái)控制氣流的脈動(dòng)效果十分明顯。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(guò)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。
3.標(biāo)準(zhǔn)孔板
（1）在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中，標(biāo)準(zhǔn)孔板由于被天然氣侵蝕或機(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(mǎn)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，最大可能達(dá)到偏低 10%。
（2）標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定孔板厚度 E應(yīng)介于孔板開(kāi)孔厚度 e與 0.05D之間。如果超出這個(gè)范圍，將使氣流流過(guò)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?xún)?nèi)的附加計(jì)量誤差。
（3）孔板孔徑尺寸測(cè)量不準(zhǔn)確。沒(méi)有及時(shí)送到檢定部門(mén)進(jìn)行檢定，而是用游標(biāo)卡尺在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，由于沒(méi)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(chǎng)溫度較高時(shí)，所測(cè)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%。解決措施：
以上分析了產(chǎn)生計(jì)量附加誤差的原因，為了消除或減少附加誤差，必須做如下幾項(xiàng)工作：
①根據(jù)誤差產(chǎn)生的原因，采取相應(yīng)的措施。為了準(zhǔn)確測(cè)量流量，孔板板面必須平整、干凈，并且與管道的軸線垂直?？装彘_(kāi)孔與管道軸線同軸同心，上游邊緣必須是矩形，直角入口 G十分尖銳，銳緣如果形成圓弧 rk，則 rk必須小于等于 0.0004d。當(dāng)有斜邊開(kāi)孔的孔板被使用時(shí)，必須把斜邊面向下游安裝，否則會(huì)測(cè)量不準(zhǔn)，造成 8%以上的負(fù)誤差。應(yīng)當(dāng)記住很重要的一點(diǎn)，孔板即使僅有細(xì)微的不標(biāo)準(zhǔn)（如孔板開(kāi)孔 d入口邊緣缺口，板面彎曲、加工粗糙，邊緣不尖銳，rk>0.0004d，板面臟，板面方向安裝不當(dāng)?shù)龋矔?huì)引入嚴(yán)重的測(cè)量附加誤差。所以在孔板設(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)。確?？装迤秸蓛?、不變形、無(wú)缺口和無(wú)撞擦傷、直角入口邊緣尖銳，以及正確安裝都是十分重要的。 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(mén)進(jìn)行檢定。 ③為了避免人為過(guò)失造成的計(jì)量誤差，要加強(qiáng)計(jì)量管理和人員的培訓(xùn)工作。
4.差壓變送器
差壓變送器是指能將差壓值變換成（4~20）mA標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)輸出至流量管理器或工業(yè)控制機(jī)的儀表。很大程度上，其準(zhǔn)確度的高與低、性能的好與壞，對(duì)流量計(jì)的計(jì)量結(jié)果影響十分大。實(shí)際工作中，由于沒(méi)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)量附加誤差的情況經(jīng)常發(fā)生。（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(méi)有按照 GC/T18603-2001《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》進(jìn)行選型，就會(huì)造成 “小馬拉大車(chē)或大馬拉小車(chē) ”現(xiàn)象的出現(xiàn)，進(jìn)而引入計(jì)量附加誤差。（2）差壓變送器的零位偏高，造成差壓值偏大，使計(jì)算氣量比實(shí)際氣量偏大。（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。
解決措施： ①?lài)?yán)格按照 GC/T18603-2001的要求進(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時(shí)，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。
5.差壓信號(hào)傳遞失真及引入的誤差
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。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 GC／ T21446－2008要求導(dǎo)壓管路上的閥門(mén)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(mén)，優(yōu)選直通球閥。但有的節(jié)流裝置廠家提供的取壓閥門(mén)卻是針形閥，很容易造成堵塞和凍堵，需要在訂貨時(shí)讓廠家直接配備球閥或進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(kāi)平衡閥，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(chǎng)的實(shí)際情況看，導(dǎo)壓管的配置還存在很大問(wèn)題。
①上游或下游導(dǎo)壓管漏氣主要發(fā)生在焊縫、閥門(mén)盤(pán)根、排污閥處，將使計(jì)量誤差增大。 ②導(dǎo)壓管路過(guò)長(zhǎng)，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(guò)細(xì)，造成管路堵塞，冬季凍堵，計(jì)量?jī)x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(cè)流體的性質(zhì)與總長(zhǎng)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。當(dāng)不出現(xiàn)凝液時(shí)可酌情降低傾斜度。為避免正負(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)，尤其是導(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。
以上分析了產(chǎn)生計(jì)量誤差的原因，要解決問(wèn)題還必須做好以下工作：
（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）新建計(jì)量裝置時(shí)對(duì)施工質(zhì)量要高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)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?jī)x表檢查維護(hù)，確保計(jì)量裝置無(wú)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。
三、結(jié)束語(yǔ)
解決了上述問(wèn)題就能極大地消除流量計(jì)的計(jì)量附加誤差。但影響流量計(jì)的計(jì)量誤差因素很多，如天然氣的組分影響、管道粗糙的影響、電信號(hào)引線的影響、上下游用戶(hù)計(jì)量方式不同等。因此，不僅要解決上述問(wèn)題，還要改進(jìn)工藝流程，加強(qiáng)計(jì)量監(jiān)督檢查，提升計(jì)量人員的業(yè)務(wù)水平，讓他們熟悉計(jì)量法律法規(guī)及計(jì)量交接協(xié)議的規(guī)定。只有這樣，才能使流量計(jì)的計(jì)量附加誤差降至最低，提高標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確性。