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            詳細解析引起差壓式孔板流量計誤差的因素以及對應的解決措施

            作者: 來源: 發布時間:2018-04-23 10:39:07

              三暢從計量儀表誤差、使用條件變化誤差、氣質條件誤差、計算系數誤差和其他因素引起的誤差五個方面分析了引起計量誤差的主要因素;同時提出了嚴格按照標準加工孔板,正確安裝,合理選擇差壓量程、消除脈動流,減小脈動影響,合理解決超量、加強日常管理,對參數進行合理修正、量值溯源是確保天然氣計量準確度的有效措施、采用可換孔板節流裝置和定制節流裝置,擴展量程范圍、推進計量方式的自動化智能化發展和采用專用流量計算機的積算方案等八方面的改進措施,努力實現孔板流量計的zui精確測量。

            差壓式孔板流量計

              1 引起孔板流量計測量誤差的主要因素
             
              1.1 計量儀表自身引起的測量誤差
             
              采用孔板流量計測量,對孔板加工技術要求很高,一定要符合相關標準中的規定,否則,會給流量測量結果帶來很大的誤差。孔板的偏心和彎曲是孔板的制造安裝和使用中影響計量儀表精度的主要因素。
             
              1.1.1 孔板安裝不當引入的誤差
             
              盡管安裝規范一般都能夠掌握,但有些細節往往沒有引起重視,導致較大的計量誤差。如密封墊片內孔未按環室尺寸加工,墊片伸出環室,干擾流體穩定流動;導壓管走向不合理,差壓無法順利傳導;平衡器不水平,直接產生計量誤差等。
             
              1.1.2 孔板偏心和孔徑比大小引起的誤差
             
              根據標準的要求,孔板應與節流裝置中的直管段對中。一般說來,孔徑比β值越高,偏心率對測量準確度影響越大。另外根據體積流量不確定度公式:
             
              (1)
             
              式中:β———孔徑比;
             
              ——流出系數的不確定度;
             
              ——可膨脹系數的不確定度;
             
              ——測量管內徑的不確定度,其值±0.4%;
             
              ——孔板開孔直徑的不確定度,其值±0.07%;
             
              ——差壓測量的不確定度,其值±0.4%;
             
              ——天然氣流動熱力學溫度的不確定度;
             
              ——天然氣流動時上游側的絕對壓力測量不確定度;
             
              ——天然氣相對密度測量的不確定度,其值±0.5%;
             
              ——天然氣壓縮因子測量的不確定度,其值±0.5。
             
              從公式(1)可以計算得出孔徑比β與流量不確定度的關系:流量不確定度基本隨著β增減而增減,當β<0.6時,不確定度的變化很小,基本為一條直線;隨著β的增大,不確定度迅速增大,當β=0.75時,不確定度達到zui大。因此應避免采用孔徑比大的孔板。
             
              1.1.3 孔板彎曲引起的測量誤差
             
              節流裝置中伸入管內的墊片、焊縫等也會引起測量誤差,誤差大小與突出物位置、孔板與突出物的距離等有關。有關實驗表明,當β=0.7,突出物位于孔板上游管徑2倍時,產生誤差zui大;若突出物位于孔板上游處,誤差為16%~50%。若位于下游,則對計量精度的影響相對較小。
             
              1.2 使用條件變化引起的測量誤差
             
              這種誤差主要是由脈動流現象和超量程、流程頻繁波動等問題引起的。管道中氣體流速和壓力發生突然變化,造成脈動流,引起差壓波動,當節流裝置上出現明顯的脈動流時,計量可能產生較大誤差,有關文獻指出脈動流引起的誤差zui大可達20%~30%。當前,輸氣干線脈動主要來源:一是,天然氣氣井為氣水同產,這些井的計量差壓均發生波動;二是,長輸管道或氣田管道積液造成差壓波動;三是,氣井之間的壓力干擾造成差壓波動;四是,由于小用戶用氣不均衡,氣量瞬間發生急劇變化,供氣閥突開或突關都會導致差壓波動。
             
              超量程問題大多數是由于季節不同,用量發生變化引起的,特別是蒸氣計量,冬天時流量大,夏天時流量小,有可能超過所選儀表的量程,從而引起誤差。同時,城市用氣而無調峰設施的計量裝置,當流量隨時間頻繁波動時,將會直接影響對天然氣計量的準確度。
             
              1.3 測量介質條件引起的誤差
             
              1.3.1 天然氣中的雜質
             
              天然氣從地層中采出來,雖然經過分離、除塵或過濾,但由于處理不徹底或集氣管網和輸氣干線內腐蝕物的影響,使得天然氣中混有少量的液體或固體雜質,這些雜質易聚集在孔板截面收縮、流速突變的孔口銳邊上,而孔板流量計對孔板銳邊、截面及流線的變化非常的敏感。此外,天然氣中的雜質還會對孔板產生沖刷和腐蝕,特別是對孔板直角入口邊緣和測量管內壁的沖刷腐蝕特別嚴重,這將影響到孔板直角入口邊緣圓弧半徑和測量管內壁相對粗糙的規定標準,孔板流出系數也將發生變化,使測量準確度達不到要求。
             
              1.3.2 天然氣的含水量
             
              天然氣的含水量也對天然氣計量準確度有著很大的影響。美國雪佛龍公司和科羅拉多工程實驗站用注水后的孔板流量計進行計量得到了:
             
              1)孔板流量計測量氣體流量,當氣體中央帶少量液體時,流量測量不確定度偏高,測量的濕氣流量隨β的增加而減少,在β比為0.7時,測得的流量偏差為-1.7%。
             
              2)夾帶少量液體時,在β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zui佳的計量性能。
             
              3)舊的孔板流量計測量濕氣,流量計量值將降低3%。
             
              1.4 計量系數引起的誤差
             
              1.4.1 流出系數C對計量精度的影響
             
              流出系數C是在上游直管段充分長的試驗條件下,并且孔板節流裝置在滿足規定的技術指標下進行校準標定才有效。當R較小時,流出系數會變大,當R較大時,流出系數會變小。流出系數C隨流量的增大而減小,實際流量越小于刻度流量,流出系數C引起的流量誤差則越大。孔板流量計的流出系數C不是一個定值,它隨R的變化而變化,但是當R增大到某一數值時,變化量減小。對于法蘭取壓,R應該在106以上,對于角接取壓,R應在2×105以上。
             
              1.4.2 可膨脹系數ε對流量計量的影響
             
              可膨脹系數ε是因氣體流經孔板時密度產生變化而引入的修正系數,這是流量誤差的一個重要來源。當天然氣流量低于設計流量時,實際的ε低于設計的ε,導致測量結果偏小;反之,測量結果偏大。當實際流量與設計流量一致,而靜壓P1低于設計壓力,實際的ε小于設計的ε,使流量測量偏大,反之偏小。
             
              1.4.3 天然氣壓縮因子對流量計量的影響
             
              流量計量結果是以工作狀態下的流量形式給出,由于各地工況不同,需將流量轉化為統一標準下的氣體流量。在壓力不高、溫度不低的情況下,可以按照理想氣體方程進行體積流量換算。然而,實際氣體和理想氣體總有一定差別,尤其是在管道壓力較大或是溫度變化較大的情況下,氣體并不遵循理想氣體狀態方程。天然氣壓縮系數的求解有卡茨曲線圖求解法、卡茨表求解法、查《天然氣壓縮系數速查手冊》法。比較而言,《速查手冊》能迅速、方便地計算出壓縮系數,但誤差更大。
             
              卡茨表zui精確,但由于卡茨表的壓縮系數太少,當表內沒有對應數值,還需用內插法算出,使用較麻煩。
             
              1.5 其他原因引起的誤差
             
              其他誤差因素有:管道泄露、人為破壞、管理不嚴、不合理的積算和取值方法、計量工況偏離標準規定條件等。積算方法本身不合理,對溫度、壓力、氣體組成的變化沒有自動補償以及突發事件等毫無疑問也是引起天然氣計量誤差的原因。特別是管道泄露引起的誤差相當大。例如節流裝置前后的差壓一般都很小(有的僅為kPa-60kPa),管道壓力往往是它的幾十倍,如發生導壓管泄漏或堵塞,不僅給計量帶來誤差,而且會損壞差壓變送器。

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