摘要：根據(jù)差壓式孔板流量計(jì)的工作原理及組成，結(jié)合計(jì)量天然氣的實(shí)際情況，分析了使用中誤差產(chǎn)生的原因，提出了改正或注意事項(xiàng),對(duì)生產(chǎn)有-定借鑒意義。
前言
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-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)，如圖1所示。
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。以伯努利方程式和流體流動(dòng)的連續(xù)性方程式為依據(jù),天然氣流量計(jì)算公式是:
根據(jù)氣體易壓縮、密度差異大、受溫度影響大的特點(diǎn)，得出天然氣流量計(jì)量的實(shí)用公式是:
式中:Qn一標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體體積流量;
Ah一常數(shù),標(biāo)況下為0.008686;
ɑ0一特定流量系數(shù);
Yre一計(jì)量管內(nèi)壁流量修正系數(shù);
bk一孔板入口邊緣銳利度修正系數(shù);
Fr一雷諾數(shù)修正系數(shù);.
ε一氣體膨脹系數(shù);
d-孔板在20°C下實(shí)測(cè)的開孔口徑;
Fa一孔板熱膨脹修正系數(shù);
Fg一天然氣相對(duì)密度修正系數(shù);
Fz一超壓縮系數(shù);
Ft一流體流動(dòng)溫度修正系數(shù);
P1一孔板上游側(cè)絕對(duì)壓力;
hw一氣體流過(guò)孔板時(shí)的差壓。
誤差因素分析及技術(shù)要求
1基本誤差
(1)由計(jì)量裝置本身精度所決定的誤差。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)量精度的主要因素是ɑ、F、ε等值。必須保持ɑ、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,ɑ、F、ε都與某些因素有關(guān)，特別是流量系數(shù)ɑ,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ɑ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)ɑ值與取壓點(diǎn)位置、孔板的開孔截面積和管道截面積比(m=d/D).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,并且與開孔直徑d的軸線垂直;
●孔板A面、B面應(yīng)無(wú)可見的損傷;
●孔板開孔直徑d的上游測(cè)直角入口邊緣G應(yīng)銳利,無(wú)毛刺和劃痕。
●孔板開孔直徑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和孔板開孔圓柱形下游側(cè)出口邊緣I應(yīng)無(wú)毛刺、劃痕和可見損傷;
●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)量正確的一一個(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度對(duì)整套流量計(jì)系統(tǒng)的精度也很重要。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,設(shè)計(jì)和使用單位可以參考(見表1)。
(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)-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。
2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。孔板計(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)度最好在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)最好安裝在孔板下游側(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。
結(jié)束語(yǔ)
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。
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