摘要：天然氣生產(chǎn)與貿(mào)易計量中仍然大量采用標準孔板流量計，其在實際應(yīng)用中需要規(guī)范操作、嚴格管理才能確保計量的有效和準確。重點介紹標準孔板流量計在實際應(yīng)用及日常管理中的注意事項。
一、引言
標準孔板流量計是天然氣行業(yè)中使用最多，并已標準化的檢測元件,在嚴格按標準制造、安裝和使用的條件下,無需進行實流檢定.也能在已知的不確定度范圍內(nèi)進行流量測量。這一突出的優(yōu)點使孔板流量計在今后-定時期內(nèi)，仍將在天然氣流量計量中占有重要地位。
二、孔板計量選型及優(yōu)缺點
1.孔板流量計計量儀表選型
孔板流量計由節(jié)流裝置、導(dǎo)壓管路系統(tǒng)、差壓計組成,具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易,安裝、使用和維護方便,可靠性高等特點。一般正常情況下,其測量精度能滿足GB/T2624-1993(流量測量節(jié)流裝置用孔板、噴嘴和文丘里管測量充滿圓管的流體流量(替代GB2624-1981))和石油部SYL04-1983(天然氣流量測量的標準孔板計量方法.升級為SYT6143-1996)標準的要求。使用孔板流量計時各計量點的主要區(qū)別在于二次儀表的選型配制，最常見的有兩種類型:--是采用雙波紋管差壓計記錄靜壓、差壓,求出靜壓和差壓的全天平均值,玻璃棒溫度計測量溫度,人工采樣的平均值作為溫度值;二是差壓變送器與溫度、壓力變送器加智能計算儀，實現(xiàn)天然氣流量測量和計算的自動控制及管理。雙波紋管差壓、靜壓記錄儀和玻璃棒溫度計是機械式熱工儀表,精度差;并且需要人工求積來計算小時、日平均值、累積值,人為涉及的因素太多,天然氣的流量計算無法嚴格按照標準執(zhí)行;而智能變送器則可以實現(xiàn)在線實時檢測積算,完全符合標準規(guī)定的數(shù)學(xué)模型和計算方法。
2.孔板流量計優(yōu)缺點
孔板流量計按照是否可以帶壓更換孔板，分為-體式孔板流量計和高級孔板流量計(高級孔板閥)。優(yōu)點:原理簡明,應(yīng)用技術(shù)成熟，容易掌握;適應(yīng)性強,更換孔板即可實現(xiàn)不同流量的測量;性能穩(wěn)定可靠,使用壽命長;孔板為標準節(jié)流件,標定方便簡單。缺點:量程比小,一-般為3:1-5:1;壓力損失較大;計量精度受影響因素較多;前后直管段要求長,占地面積大。
三、引起孔板計量誤差的主要因素
1.計量儀表誤差
采用孔板流量計,對孔板加工的技術(shù)要求十分嚴格,必須符合GB2624-1981或SY/T6143-2003(用標準孔板流量計測量天然氣流量)標準中的規(guī)定,否則,會給天然氣流量測量結(jié)果帶來很大的誤差�？装宓钠暮蛷澢强装宓闹圃彀惭b和使用中影響計量儀表精度的主要因素,有關(guān)實驗表明,孔板彎曲造成的最大誤差為3.5%。孔板安裝盡管安裝規(guī)范--般都能夠掌握,但有些細節(jié)往往沒有引起重視,導(dǎo)致較大的計量誤差。如密封墊片內(nèi)孔未按環(huán)室尺寸加工,墊片伸出環(huán)室,干擾流體穩(wěn)定流動:導(dǎo)壓管走向不合理,差壓無法順利傳導(dǎo);平衡器安裝水平精度低，直接產(chǎn)生計量誤差等。
2.節(jié)流裝置的突出物
節(jié)流裝置中伸入管內(nèi)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以及突出等有關(guān)。有關(guān)實驗表明，當(dāng)β=0.7,突出物位于孔板上游管徑2倍時,產(chǎn)生誤差最大;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。
3.使用條件變化引起的誤差
這種誤差主要是由脈動流現(xiàn)象和超量程、流程頻繁波動問題引起的。管道中氣體流速和壓力發(fā)生突然變化，造成脈動流，引起差壓波動，當(dāng)節(jié)流裝置上出現(xiàn)明顯的脈動流時,計量可能產(chǎn)生較大誤差，有關(guān)文獻指出脈動流引起的誤差最大可達20%-30%。此外,由于小用戶用氣不均衡，氣量瞬間發(fā)生急劇變化,都會導(dǎo)致差壓波動。超量程問題大多數(shù)是由于季節(jié)不同,用量發(fā)生變化引起的,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(diào)峰設(shè)施的計量裝置.當(dāng)流量隨時間頻繁波動時,將會直接影響對天然氣計量的精度。
4.氣質(zhì)條件引起的誤差
天然氣從地層中采出來,雖然經(jīng)過分離、除塵或過濾，但由于處理不徹底或集氣管網(wǎng)和輸氣干線內(nèi)腐蝕物的影響，使得天然氣中混有少量的液體或固體雜質(zhì)，這些雜質(zhì)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(zhì)還會對孔板產(chǎn)生沖刷和腐蝕,特別是對孔板直角人口邊緣和測量管內(nèi)壁的沖刷腐蝕特別嚴重,這將影響到孔板直角人口邊緣圓弧半徑和測量管內(nèi)壁相對粗糙的規(guī)定標準,孔板流出系數(shù)也將發(fā)生變化，使測量精度達不到要求。天然氣的含水量也對天然氣計量精度有著很大的影響。工程實驗站用注水后的孔板流量計進行計量得到了:①用孔板流量計測量氣體流量,當(dāng)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當(dāng)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(yīng)將夾帶液體在孔板上游脫出,以獲得最佳的計量性能;③用舊的孔板流量計測量濕氣,流量計量值將降低3%。
5.其他引起的誤差
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(guī)定條件。計算方法本身不合理,對溫度、壓力氣體組成的變化沒有自動補償?shù)龋彩且鹛烊粴庥嬃空`差的原因。特別是管道泄漏引起的誤差也相當(dāng)大。例如，節(jié)流裝置前后的差壓一般都很小(0~60kPa),管道壓力往往是它的幾十倍,如發(fā)生導(dǎo)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。輸氣系統(tǒng)的泄漏有3種類型:偶然性泄漏、長期性泄漏和普通運行泄漏。偶然性泄漏是指由于輸氣系統(tǒng)在長期運行過程中的腐蝕和輸配設(shè)備安裝不當(dāng)或設(shè)備發(fā)生故障所導(dǎo)致的泄漏。長期性泄漏是由于輸配氣站本身工藝設(shè)計的不合理或設(shè)備質(zhì)量不好導(dǎo)致的泄漏。普通運行泄漏是指由于某些站場管部件本身設(shè)計不當(dāng)造成腐蝕從而引發(fā)的泄漏,輸氣系統(tǒng)的泄漏絕大部分屬于偶然性泄漏。造成輸氣系統(tǒng)發(fā)生泄漏的主要原因包括:輸氣管道和部件長期暴露于酸性氣體環(huán)境中，造成硫化氫腐蝕;天然氣中的HS.CO2等酸性氣體和H20、O2等組分達不到輸氣系統(tǒng)對氣質(zhì)的要求造成輸氣管道和部件內(nèi)壁腐蝕;輸氣管道制管質(zhì)量差導(dǎo)致管道螺旋焊縫的斷裂;輸氣管道和部件安裝和焊接質(zhì)量差導(dǎo)致管道環(huán)行焊縫和管、件之間焊縫的斷裂等等。
四、消除計量誤差的改進措施
1.孔板加工及安裝
嚴格按照標準加工孔板,正確安裝,合理選擇壓差量程嚴格按照GB2624-1981或SY/Y6143-1996標準中的規(guī)定加工孔板�？装骞�(jié)流裝置在使用前的安裝中應(yīng)按照標準安裝設(shè)計,根據(jù)孔板前阻力件形式配接足夠長度的直管段，一般應(yīng)至少前30D。當(dāng)場地不允許時,必須在孔板前的直管段上安裝整流器。孔板人口端面必須與管道線垂直,其偏差不能超過10。安裝時孔板嚴禁反向，要正確使用和選擇壓差計，當(dāng)壓差計工作量程在30%以下時,必須及時更換壓差計的量程或孔板規(guī)格。法蘭取壓時β值應(yīng)在0.2~0.75,角接取壓時β值應(yīng)在0.4-0.6。
2.氣流脈動誤差消除
消除脈動流,減小脈動影響,合理解決超量可以采用以下方法消除脈動流.減小脈動流的影響。
(1)采用分離除塵器加強氣水分離;從管線中除去游離液體,及時吹掃排出管道內(nèi)積液,確保天然氣計量準確性。
(2)控制計量管段下流閥。實踐證明，控制下流閥能有效的抑制脈動流,同時對各類脈動源引起的壓差波動都有抑制作用。
(3)加裝緩沖罐或設(shè)置專門]脈動消減器，抑制脈動源引起的差壓波動;提高差壓和孔徑比;安裝調(diào)壓閥穩(wěn)定輸出壓力,從而減小脈動對計量的影響。
(4)在滿足計量能力的條件下,應(yīng)選擇內(nèi)徑較小的測量管，使Apβ在比較高的雷諾數(shù)下運行。
(5)采用短引壓管線,盡量減少引壓管線系統(tǒng)中的阻力件,并使上下游管線長度相等，以減少系統(tǒng)中產(chǎn)生諧振和壓力脈動振幅的增加。
五、孔板計量參數(shù)的上傳及流量計算
現(xiàn)場安裝孔板閥,差壓變送器，溫度變送器,壓力變送器。控制室內(nèi)站控PLC系統(tǒng)有專用的計量模塊，可讀取其他模擬量模板采集的流量相關(guān)參數(shù)，包括差壓、壓力、溫度，完成對流量的計算,溫度壓力補償,這種方式在控制成本的同時可保證一定的精度;控制室內(nèi)有1746系列PLC，模擬量采集模板1746-NI8負責(zé)采集差壓、壓力、溫度。MVI46-AFC流量計算機模板,支持8路流量計量,流量累積。PLC處理器將I/0模板采集的差壓、壓力、溫度數(shù)據(jù)通過槽架背板傳給MVI46--AFC，完成流量的計算后再通過背板將結(jié)果傳給處理器,供PLC邏輯程序使用、工控機顯示或上傳SCADA系統(tǒng)。
六、孔板流量計日常管理
(1)加強日常管理，對參數(shù)進行合理修正在日常生產(chǎn)中應(yīng)定期對孔板進行清潔、維修或撒換并且對測量流量進行修正,在孔板流量計日常使用過程中,要確保準確的計量,應(yīng)至少每月--次清洗檢測孔板、檢查儀表零點.儀表D/A轉(zhuǎn)換通道核對流量計算程序,對有坑蝕及劃痕的孔板應(yīng)及時更換。從節(jié)流裝置不確定度的計算公式可以看出,天然氣的壓力、密度、溫度和壓縮系數(shù)的變化將直接影響到測量的精度。因此,應(yīng)該選擇合適的儀表來測量天然氣的壓力、密度溫度等特性參數(shù)。
(2)孔板流量計測量范圍一般為3.5:1,而實際工況并不都在此范圍,一旦超過測量范圍，必將引起測量誤差。孔板差壓變送器差壓范圍應(yīng)控制在其量程的10%以內(nèi)，例如,差壓變送器量程為0-60kPa,日常計量中差壓工作范圍應(yīng)保持在6kPa~54kPa,如超出該量程范圍將影響計量精度。
(3)根據(jù)場站下游用戶用氣量的不斷變化，提前加工制作不同規(guī)格孔板,每塊孔板都可以計算出對應(yīng)流量范圍,場站可根據(jù)氣量變化及時更換孔板。以此實現(xiàn)節(jié)流裝置產(chǎn)品系列化、標準化,有利于提高節(jié)流裝置計量的精度。
(4)定期檢查孔板導(dǎo)壓管是否存在銹蝕,觀察導(dǎo)壓管是否有堵塞、泄漏等現(xiàn)象,--旦發(fā)現(xiàn)立即整改,以確保計量精度。
(5)場站值班人員定期檢查孔板流量計的差壓、壓力、溫度變送器現(xiàn)場工作是否正常，控制室上傳參數(shù)及現(xiàn)場顯示是否一致,孔板瞬時流量是否穩(wěn)定等。這些都是影響孔板計量精度的主要因素。
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