0 引言
天然氣計(jì)量是一種動(dòng)態(tài)的間接的多參數(shù)的綜合計(jì)量，在整個(gè)流量計(jì)量領(lǐng)域中難度非常大，影響因素多。國內(nèi)天然氣貿(mào)易交接結(jié)算選用的流量計(jì)有很多種，而采用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)計(jì)量是廣泛方式。由于孔板計(jì)量方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固、使用期限長(zhǎng)、可在線更換檢修、計(jì)量精度比較高，成為天然氣貿(mào)易交接結(jié)算重要的計(jì)量方式，在油氣田均有廣泛應(yīng)用。
1 配氣站計(jì)量現(xiàn)狀
天然氣配氣站擔(dān)負(fù)著城鎮(zhèn)居民天然氣流量調(diào)配及輸配任務(wù)，在用氣高峰和低峰需要根據(jù)流量進(jìn)行調(diào)配，滿足工業(yè)及居民用氣。
結(jié)合天然氣配氣隊(duì)實(shí)際情況，提高天然氣計(jì)量準(zhǔn)確度減少貿(mào)易摩擦，勝利油田配氣站天然氣計(jì)量大部分采用孔板流量計(jì)。配氣隊(duì)天然氣計(jì)量實(shí)現(xiàn)了溫度、壓力、流量等現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集與處理、顯示和報(bào)表的打印，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，達(dá)到了計(jì)量全過程的自動(dòng)化運(yùn)行。
高級(jí)孔板計(jì)量系統(tǒng)由孔板閥、智能差壓變送器、智能壓力變送器、一體化溫度變送器以及流量計(jì)算顯示裝置組成，包括硬件和軟件兩部分。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D如圖1所示。
2 孔板流量計(jì)的計(jì)量誤差分析
天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》（GB/T 21446）規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)孔板的技術(shù)參數(shù)要求、內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式、孔板的取壓方式、流量計(jì)使用方法以及計(jì)算、不確定度的資料，為天然氣標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)計(jì)量提供了標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于現(xiàn)場(chǎng)使用條件變化引起的誤差和計(jì)量?jī)x表本身誤差，經(jīng)常使孔板流量計(jì)的精度不能達(dá)到要求。本文結(jié)合孔板流量計(jì)在配氣站交接計(jì)量中的應(yīng)用情況從基本誤差和附加誤差兩方面對(duì)孔板流量計(jì)的計(jì)量誤差進(jìn)行分析，并探討解決方法。
2.1 基本誤差
基本誤差是由計(jì)量裝置本身精度所決定的誤差，是不可避免的，一般在 1% ～ 2% 范圍內(nèi)。為了規(guī)范孔板計(jì)量，《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》（GB/T 18603）對(duì)計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行了說明和要求，同時(shí)對(duì)計(jì)量系統(tǒng)儀器儀表精度等級(jí)進(jìn)行了要求。
基地配氣隊(duì)孔板計(jì)量系統(tǒng)選用的差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器的準(zhǔn)確度分別為：0.25%、0.25%、0.5%，符合《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》（GB/T 18603）中 B 級(jí)系統(tǒng)配套儀表準(zhǔn)確度的要求。
2.2 附加誤差
結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)使用情況，對(duì)產(chǎn)生計(jì)量附加誤差的原因進(jìn)行以下分析。
2.2.1 實(shí)際運(yùn)行流量值偏離設(shè)計(jì)流量值引起的誤差
這是配氣站最常見也是貿(mào)易雙方最關(guān)心的問題，用氣量具有季節(jié)、日和小時(shí)的不均衡性，用氣高峰和用氣低峰變化范圍較大，且很難準(zhǔn)確的掌握用戶的用氣量，與設(shè)計(jì)流量值偏差很大。
如果用于計(jì)算孔板孔徑的最大流量與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的最大流量偏離較大，就會(huì)造成計(jì)算出來的孔板孔徑較大偏差。存在大孔板測(cè)小流量的問題，由于 ΔP 偏小，計(jì)量精度大大降低。
2.2.2 節(jié)流裝置產(chǎn)生的誤差
1）孔板裝反引起測(cè)量誤差。在孔板閥中安裝孔板時(shí)，應(yīng)保證孔板的安裝方向正確，天然氣從孔板的上端面流向下端面。表3為廬配供總配氣量與總配外供氣量的對(duì)比，正常情況下廬配供總配氣量應(yīng)大于總配外供氣量，如表2中4.4日至4.6日數(shù)據(jù)。4.6日廬配至總配線孔板裝反，導(dǎo)致4.7日廬配供總配氣量小于總配外供氣量，引起較大誤差。
2）孔板孔徑尺寸測(cè)量不準(zhǔn)確引起測(cè)量誤差。在實(shí)際使用中由于條件限制，不能及時(shí)送到檢定部門進(jìn)行檢定，而是用游標(biāo)卡尺在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。一方面存在目測(cè)誤差，另一方面由于沒有在標(biāo)準(zhǔn)狀況下進(jìn)行計(jì)量標(biāo)定，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及測(cè)量介質(zhì)溫度較高時(shí)，測(cè)量孔板的孔徑值將偏高，造成計(jì)量值比實(shí)際值偏高。如果孔板厚度不符合標(biāo)準(zhǔn)、上下游直管段長(zhǎng)度不夠、計(jì)量裝置安裝不當(dāng)都能引起測(cè)量誤差。
3）氣體的沖刷和腐蝕引起測(cè)量誤差。天然氣從地層采出來，雖經(jīng)分離、過濾，因其所含成分十分復(fù)雜，且成分經(jīng)常變化，從單井采氣計(jì)量、集氣計(jì)量到配氣計(jì)量，氣質(zhì)組成都各不相同，因而流量計(jì)在使用過程中宜受測(cè)量介質(zhì)天然氣的沖刷和腐蝕，對(duì)孔板和直管段的沖刷腐蝕尤為嚴(yán)重。這將影響到孔板直角入口邊緣圓弧半徑和直管段內(nèi)表面粗糙度，使得流出系數(shù)發(fā)生變化，測(cè)量的不確定度超出預(yù)期值[2]。
2.2.3 差壓變送器引起的誤差
在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件下，孔板流量計(jì)裝置與差壓變送器之間連接的導(dǎo)壓管線容易發(fā)生腐蝕、堵塞、冰凍等，是孔板流量計(jì)薄弱環(huán)節(jié)和使用維護(hù)的重點(diǎn)。
1）差壓變送器零點(diǎn)容易漂移，造成靜壓、差壓值失真，造成計(jì)算氣量比實(shí)際氣量偏差較大。
2）差壓變送器的閥組和導(dǎo)壓管易生銹泄漏、堵塞。高壓側(cè)和低壓側(cè)的連接件漏氣或堵塞，都會(huì)引起較大的計(jì)量偏差。
氣站檢修期間，天然氣內(nèi)含有固體懸浮顆粒和油污引起廬配至總配線的下游導(dǎo)壓管堵塞，導(dǎo)致廬配至總配線計(jì)量數(shù)據(jù)偏大。
2.2.4 天然氣組分變化引起的誤差
天然氣從單井到集氣站和配氣站，氣質(zhì)組分各不相同，因此流量值也不同。一方面，由于氣體組分的變化引起天然氣相對(duì)密度的變化，天然氣流量值與相對(duì)密度倒數(shù)的平方根成正比例變化。另一方面，天然氣組分的變化影響壓縮因子 Z 的計(jì)算，造成壓縮因子的附加誤差，而壓縮因子直接影響工況流量轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下的氣體流量。由此可見天然氣組分變化對(duì)計(jì)量的影響很大。
2015 年 5 月份對(duì)廬配交接處的天然氣組分重新進(jìn)行了取樣分析，取樣分析前后各組分含量發(fā)生變化。由相對(duì)密度計(jì)算公式可知取樣分析前后的相對(duì)密度分別為 0.6495、0.6425，即取樣分析前后天然氣相對(duì)密度變化了 1%。
3 提高孔板流量計(jì)計(jì)量精度的措施
孔板流量計(jì)計(jì)量精度與孔板、管道條件、安裝質(zhì)量等諸多因素有關(guān)，為提高流量計(jì)量準(zhǔn)確度，可采取以下措施。
3.1 孔板流量計(jì)的制造和組裝
孔板的直徑、厚度、斜角、流量計(jì)的外形、粗糙度等均應(yīng)滿足 GB/T 2624.2 的要求。流量計(jì)制造和組裝需符合GB/T 21446 及 API MPMS 14.3.3 的要求。孔板的密封墊圈應(yīng)采用耐腐蝕、抗老化、滿足輸送介質(zhì)溫度的材料，在組裝時(shí)應(yīng)保證任何點(diǎn)都不會(huì)突入管道，且不影響流量的計(jì)量精度。孔板片與導(dǎo)板之間，上下腔之間應(yīng)有良好密封。
孔板流量計(jì)制造是需要設(shè)置排污閥和放空閥，排放應(yīng)匯總為一個(gè)總放空接口，統(tǒng)一排放。孔板流量計(jì)的直管段要根據(jù)孔板前后端工藝配管的形式來確定長(zhǎng)度，考慮一定的富余系數(shù)，一般按前 30D 后 15D 來布置[3]。
3.2 合理選擇測(cè)量?jī)x表
為了避免“大馬拉小車”或“小馬拉大車”現(xiàn)象產(chǎn)生的誤差，建議嚴(yán)格按照 GB/T 18603《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》要求選用合適量程儀表。首先要根據(jù)輸氣流量，選擇最佳內(nèi)徑的孔板。智能差壓變送器量程宜在滿量程 10% ～ 90%，智能壓力變送器量程宜在滿量程30%～75%，采選用絕壓量程儀表，精度建議選用0.1%。
3.3 儀表的安裝
孔板流量計(jì)應(yīng)垂直于管道軸線安裝，且與管道同心，偏差應(yīng)滿足小于 1°。孔板流量計(jì)應(yīng)配套提供機(jī)械裝置指示孔板片，用來測(cè)試是否安裝在管徑中心[4]。孔板安裝在在法蘭之間固定后，允許自由熱膨脹而不產(chǎn)生扭曲變形，在滿足設(shè)計(jì)壓力的情況下，由于其它作用力或差壓引起的彈性形變、塑性扭曲都不應(yīng)超過直線斜度的 1%。孔板上下游取壓孔的直徑相同，建議直徑應(yīng)小于13mm；取壓孔中心線應(yīng)平行于地面、且與管道中心線垂直相交，偏差不應(yīng)大于 3°。
3.4 加強(qiáng)計(jì)量管理維護(hù)、健全計(jì)量規(guī)章制度
加強(qiáng)計(jì)量裝置的日常管理維護(hù)，如定期對(duì)壓力儀表進(jìn)行計(jì)量標(biāo)定，發(fā)現(xiàn)有異常或損壞情況，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修；冬季氣溫下降，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；加強(qiáng)節(jié)孔板流量計(jì)的排污和清洗檢查等等[5]。健全計(jì)量規(guī)章制度，如定期維護(hù)、周期送檢等。嚴(yán)格管理，做到計(jì)量裝置有記錄，操作有規(guī)程，使用有制度，維修有周期。
3.5 加強(qiáng)業(yè)務(wù)培訓(xùn)、提高技術(shù)人員素質(zhì)
加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)操作員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，提高操作員的技術(shù)水平和解決問題的能力，更好的做好流量計(jì)地檢修、維護(hù)、保養(yǎng)工作。
4 結(jié)束語
孔板流量計(jì)在油田已經(jīng)應(yīng)用多年 , 起到重要的作用。同時(shí)還能改善勞動(dòng)條件，節(jié)省人力，提高天然氣調(diào)配水平和操作人員的工作效率，降低生產(chǎn)成本。孔板流量計(jì)在應(yīng)用中將進(jìn)一步優(yōu)化和完善、降低誤差，提高計(jì)量準(zhǔn)確性
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