提高標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度措施

提高標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度的措施
        隨著我國(guó)天然氣工業(yè)的不斷發(fā)展, 天然氣流量計(jì)量既是天然氣供需雙方貿(mào)易結(jié)算的依據(jù), 又是生產(chǎn)部門(mén)用氣效率的技術(shù)指標(biāo)。天然氣流量的準(zhǔn)確計(jì)量是與供需雙方經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)的問(wèn)題, 因此天然氣供需企業(yè)都很重視天然氣計(jì)量工作, 十分注意計(jì)量的準(zhǔn)確度。20 世紀(jì)初, 標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)就應(yīng)用于天然氣流量測(cè)量, 目前已成為最主要的天然氣流量計(jì)。據(jù)統(tǒng)計(jì), 目前在國(guó)外孔板流量計(jì)約占天然氣流量計(jì)的60% , 而在國(guó)內(nèi)占90% 以上?？装辶髁坑?jì)的主要特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 加工安裝方便, 性能穩(wěn)定可靠, 使用期限長(zhǎng), 價(jià)格低廉等。可以分別由不同廠(chǎng)家生產(chǎn), 易于形成規(guī)模, 經(jīng)濟(jì)效益高, 各部分組合非常靈活, 但是孔板流量計(jì)也存在一些缺點(diǎn), 主要包括輸出信號(hào)為模擬信號(hào), 重復(fù)性不高, 測(cè)量范圍窄, 壓損大, 現(xiàn)場(chǎng)安裝條件要求高。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)存在的問(wèn)題, 分析影響測(cè)量準(zhǔn)確度的主要因素, 提出了提高標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度的具體措施。
        一、影響標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度的因素
        標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)由標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置與測(cè)量差壓、溫度及相關(guān)參數(shù)的二次測(cè)量?jī)x表、信號(hào)引線(xiàn)組成標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)組成。正常情況下, 測(cè)量準(zhǔn)確度能滿(mǎn)足SY/ T 6143 .. 1996《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法》標(biāo)準(zhǔn)的要求。在實(shí)際計(jì)量工作中, 影響天然氣流量測(cè)量準(zhǔn)確度有以下幾種因素。
        1、.. 天然氣實(shí)際流動(dòng)狀態(tài)對(duì)計(jì)量的影響
        根據(jù)SY/ T 6143 .. 1996《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法》規(guī)定, 氣流通過(guò)節(jié)流裝置的流動(dòng)必須是保持亞音速穩(wěn)定的或僅隨時(shí)間緩慢變化的單相牛頓流體。在氣流流經(jīng)孔板前, 其流束必須與管道軸線(xiàn)平行, 不得有旋轉(zhuǎn)流, 特別不適用于脈動(dòng)流的流量測(cè)
量。但是在現(xiàn)場(chǎng)使用中, 實(shí)際流動(dòng)狀態(tài)根本達(dá)不到這種理想的實(shí)驗(yàn)室的參比條件要求, 由于氣井產(chǎn)水、壓縮機(jī)的增壓、用戶(hù)不均勻用氣、輸氣管道中未設(shè)置集液器、聚集在管道低處的天然氣凝液不均勻流動(dòng)、調(diào)壓閥性能不穩(wěn)、閥心彈動(dòng)以及分離器放液閥的開(kāi)關(guān)等干擾因素, 都會(huì)使計(jì)量管道中出現(xiàn)脈動(dòng)流或渦流。從試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn), 在孔板上游40D 的直管段產(chǎn)生渦流, 會(huì)使流量值示值低9%〔1〕。
        2、.. 標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置偏離標(biāo)準(zhǔn)的影響
        孔板流量計(jì)的流出系數(shù)C 是在上游直管段充分長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)室的參比條件下, 即孔板節(jié)流裝置在滿(mǎn)足規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)下進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)定的, 應(yīng)做到幾何尺寸相似和流體力學(xué)相似, 才具有其計(jì)量的特性曲線(xiàn)。當(dāng)孔板前后的直管段長(zhǎng)度、孔板和孔板夾持器未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí), 特別是孔板入口直角尖銳度和測(cè)量管內(nèi)壁粗糙度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí), 都會(huì)引起氣流流態(tài)的畸變而使流出系數(shù)C 值改變, 從而影響流量計(jì)準(zhǔn)確度。據(jù)文獻(xiàn)[ 1] 可知, 對(duì)于小孔徑孔板, 入口邊緣只要有輕微的磨圓就會(huì)引起流量測(cè)量值5% 的負(fù)偏差, 嚴(yán)重磨蝕和中等沾污的孔板也會(huì)引起12% 的負(fù)偏差。
        3、.. 流量積算方法不當(dāng)對(duì)計(jì)量的影響
        標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置與配置不同的二次測(cè)量?jī)x表構(gòu)成不同的流量積算方法。采用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量, 其流量值與天然氣組分、差壓、壓力、溫度等有關(guān)。流量測(cè)量系統(tǒng)未能?chē)?yán)格按計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)要求配置相應(yīng)的測(cè)量?jī)x表, 流量積算時(shí)氣體壓力溫度和天然氣組分的變化未能得到*補(bǔ)償, 從而造成流量計(jì)準(zhǔn)確度下降。
        4、.. 計(jì)量管理對(duì)計(jì)量的影響
        由計(jì)量現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和歷年來(lái)的經(jīng)驗(yàn)表明, 計(jì)量過(guò)程中沒(méi)有嚴(yán)格執(zhí)行計(jì)量管理規(guī)程中要求定期維修和檢驗(yàn), 會(huì)造成計(jì)量準(zhǔn)確度下降。如節(jié)流裝置沒(méi)有定期地進(jìn)行檢查清洗, 孔板取壓裝置嚴(yán)重污染, 孔板迎流面污物堆積, 使計(jì)量結(jié)果偏低, 附加誤差無(wú)法估計(jì); 計(jì)量旁路管道閥門(mén)內(nèi)漏, 使計(jì)量值偏低; 計(jì)量檢測(cè)器具使用和維護(hù)不當(dāng), 造成測(cè)量參數(shù)的附加誤差等。同時(shí)在流量各參數(shù)的測(cè)量和計(jì)算過(guò)程中有意或無(wú)意地滲進(jìn)了人為因素, 造成不同程度的傾向性計(jì)量, 在校準(zhǔn)、取值和計(jì)算過(guò)程中都向已方有利方面傾斜, 這無(wú)形中擴(kuò)大了流量測(cè)量的不確定度。
        二、提高標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)準(zhǔn)確度的措施
        標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)流量測(cè)量的準(zhǔn)確度除取決于標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)、加工制造、檢驗(yàn)、安裝和使用維護(hù)外, 還取決于合理的儀表配置和選型、計(jì)量工況條件、流量積算方法和計(jì)量技術(shù)管理水平等。為了提高標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的準(zhǔn)確度, 可采取以下措施。
        1、.. 標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置的制造與安裝
        利用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量必須嚴(yán)格按照SY/ T 6143 .. 1996 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo), 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工制造、檢驗(yàn)、安裝和使用。特別是孔板直角入口邊緣尖子度和測(cè)量管內(nèi)壁粗糙度的加工和檢驗(yàn); 孔板前后直管段長(zhǎng)度
的保證, 直管段圓度、臺(tái)階以及孔板與測(cè)量管同軸度的保證。另外, 開(kāi)發(fā)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的設(shè)計(jì)軟件, 可提高節(jié)流裝置設(shè)計(jì)和儀表選型的技術(shù)水平。
        2、.. 采用可換孔板裝置與定值節(jié)流裝置
        可換孔板節(jié)流裝置是一種新型節(jié)流裝置, 節(jié)流元件精確地安裝在固定的座體內(nèi)( 座體通過(guò)法蘭與管道連接) , 在不拆動(dòng)管道或不停止流體輸送的情況下, 可方便地提升孔板, 進(jìn)行檢查、清洗或更換, 從保證了計(jì)量準(zhǔn)確度。采用液壓升降的裝置, 孔板提升輕便, 特別適用于大口徑孔板。這種節(jié)流裝置還配有清洗室和清洗機(jī)構(gòu), 為解決污垢介質(zhì), 特別是單井天然氣的準(zhǔn)確計(jì)量提供了有效手段。定值節(jié)流裝置改變了現(xiàn)有節(jié)流裝置根據(jù)計(jì)算結(jié)果加工其孔徑的方法, 對(duì)每種通徑測(cè)量管道配以有限數(shù)量的節(jié)流件, 孔徑系列按優(yōu)先數(shù)系選用, 每種通徑配3~ 5 種不同孔徑比..值的孔板。目前節(jié)流裝置設(shè)計(jì)猶如量體裁衣, 定值節(jié)流裝置則變成成衣選用, 采用定值節(jié)流裝置有利于產(chǎn)品批量生產(chǎn), 降低生產(chǎn)成本, 方便選用和使用, 便于監(jiān)督生產(chǎn)?？蓳Q孔板節(jié)流裝置和定值孔板相配套, 將改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)式, 實(shí)現(xiàn)了節(jié)流裝置產(chǎn)品系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化, 有利于提高標(biāo)準(zhǔn)孔板裝置計(jì)量的準(zhǔn)確度〔2〕。標(biāo)準(zhǔn)孔板存在的缺點(diǎn)是入口直角銳利度易在流體沖刷下發(fā)生鈍化。據(jù)估計(jì), 鈍化嚴(yán)重的可能使流出系數(shù)偏移1% ~ 2% , 鈍化后其流出系數(shù)較為穩(wěn)定, 這在流量計(jì)算中給孔板入口直角銳利度的精確修正帶來(lái)很大的困難。標(biāo)準(zhǔn)噴嘴的流出系數(shù)是穩(wěn)定的, 另外, 在同樣流量和相同..值時(shí)噴嘴的壓力損失只有孔板的30% 。影響標(biāo)準(zhǔn)噴嘴推廣使用的主要原因是噴嘴制造成本高, 在標(biāo)準(zhǔn)中噴嘴的流出系數(shù)不確定度較大( 約2%) 。采用定值節(jié)流件, 專(zhuān)用加工設(shè)備實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn), 降低生產(chǎn)成本, 而個(gè)別校準(zhǔn)則可得到高精確度的流出系數(shù), 在天然氣流量測(cè)量中用噴嘴代替孔板, 其優(yōu)點(diǎn)是明顯的。
       3、.. 應(yīng)用合理的流量積算方案
        根據(jù)天然氣計(jì)量工況條件和用戶(hù)對(duì)計(jì)量精度的要求, 應(yīng)采用對(duì)壓力、溫度和天然氣組分變化對(duì)流量自動(dòng)部分補(bǔ)償或全補(bǔ)償?shù)姆e算方案, 計(jì)量系統(tǒng)測(cè)量?jī)x表配備和精度的選用應(yīng)符合《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》。用智能差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器和流量計(jì)算機(jī)組成在線(xiàn)檢測(cè)系統(tǒng), 使溫度和壓力變化得到補(bǔ)償, 可以提高測(cè)量準(zhǔn)確度, 降低流態(tài)脈動(dòng)( 或波動(dòng)) 引起的流量測(cè)量附加誤差。孔板流量計(jì)量程比一般為1 .. 3, 而實(shí)際測(cè)量天然氣流量變化有時(shí)會(huì)超過(guò)這個(gè)范圍。在這種情況下, 其測(cè)量準(zhǔn)確度顯著下降, 如果采用定值節(jié)流裝置, 寬量程智能差壓變送器與流量計(jì)算機(jī)配套使用, 可方便地?cái)U(kuò)展流量量程或遷移量程, 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的智能化。
       4、.. 采取有效措施減小脈動(dòng)流的影響
        在實(shí)際計(jì)量管路過(guò)程中, 由于許多原因促使氣流脈動(dòng), 用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量有脈動(dòng)流存在的天然氣流量會(huì)帶來(lái)難以估計(jì)的附加誤差, 而目前可采取以下措施降低脈動(dòng)流對(duì)計(jì)量準(zhǔn)確度的影響。
        ( 1) 利用緩沖裝置衰減脈動(dòng)。
        ( 2) 選用計(jì)量管道內(nèi)徑縮小的縮管測(cè)量方法, 使孔徑比.. 和差壓..P 都在高雷諾數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。
        ( 3) 采用短引壓管道減少引壓管道系統(tǒng)中的阻力條件。
        ( 4) 采用自動(dòng)清管系統(tǒng), 將管道中的游離液體清除, 將孔板節(jié)流裝置安裝于遠(yuǎn)離脈動(dòng)源的有利位置。
       5、.. 定期進(jìn)行量值溯源
        要確保標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的準(zhǔn)確度必須進(jìn)行量值溯源, 溯源方式可以是單參數(shù)量值溯源( 如長(zhǎng)度、壓力、溫度、時(shí)間、質(zhì)量和氣分析等) , 也可以是單參數(shù)量值和天然氣流量量值的雙重溯源。在設(shè)計(jì)天然氣計(jì)量站時(shí), 應(yīng)根據(jù)不同規(guī)模測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度要求, 考慮如何向*標(biāo)準(zhǔn)( 基準(zhǔn)) 裝置的溯源問(wèn)題。對(duì)于天然氣流量測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度要求高于或等于.. 1% , 只采用單參數(shù)量值溯源鏈?zhǔn)遣粔虻? 必須采用標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)( 或裝置) 作為溯源( 或量傳) 媒介( 或稱(chēng)次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)) , 建立起與國(guó)家天然氣流量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)( 基準(zhǔn)) 裝置流量值的溯源鏈, 定期通過(guò)次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)向*標(biāo)準(zhǔn)( 基準(zhǔn)) 進(jìn)行天然氣流量測(cè)量系統(tǒng)流量值的溯源。
       6、.. 建立健全各項(xiàng)規(guī)章制度
        加強(qiáng)計(jì)量管理, 建立健全各項(xiàng)規(guī)章制度, 嚴(yán)格執(zhí)行計(jì)量法規(guī), 是確?？装辶髁坑?jì)測(cè)量天然氣流量準(zhǔn)確度的關(guān)鍵。按照GB/ T 18603 .. 2001《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn), 統(tǒng)一孔板流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)按照不同規(guī)模規(guī)定的測(cè)量系統(tǒng)配置二次測(cè)量?jī)x表, 從
設(shè)計(jì)開(kāi)始, 經(jīng)施工、驗(yàn)收、投產(chǎn)、操作和維護(hù)等都按統(tǒng)一的技術(shù)要求執(zhí)行, 使天然氣流量測(cè)量、流量積算方法、流量計(jì)算程序軟件都在嚴(yán)格的技術(shù)要求控制中, 抓好全面質(zhì)量管理, 才能確保流量測(cè)量的準(zhǔn)確度。嚴(yán)格按照SY/ T 6143 .. 1996 標(biāo)準(zhǔn), 編制.. 流量
計(jì)算值的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)程序.., 對(duì)各種不同的流量積算方法計(jì)算出的流量值進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行流量測(cè)量不確定度評(píng)估, 其測(cè)量系統(tǒng)總的流量測(cè)量不確定度應(yīng)低于允許誤差。完善計(jì)量管理制度, 制訂一項(xiàng)與SY/ T 6143 .. 1996
標(biāo)準(zhǔn)配套切合實(shí)際需要的孔板流量計(jì)操作使用和管理規(guī)程。其內(nèi)容包括, 建立健全各級(jí)計(jì)量管理責(zé)任制度、標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具周期送檢和維護(hù)制度、工作儀表檢驗(yàn)、調(diào)校和維修制度、計(jì)量設(shè)備和計(jì)量?jī)x表的資料檔案管理制度等。
        在認(rèn)真貫徹執(zhí)行SY/ T 6143 .. 1996 標(biāo)準(zhǔn)及其有關(guān)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí), 應(yīng)有各項(xiàng)計(jì)量管理規(guī)程和管理制度與之配套, 加強(qiáng)計(jì)量技術(shù)人員培訓(xùn), 提高計(jì)量人員的技術(shù)管理水平。
        三、結(jié).. 論
        按照SY/ T6143 .. 1996 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和安裝, 開(kāi)發(fā)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)設(shè)計(jì)和儀表選型計(jì)算軟件, 采用可換孔板裝置與定值節(jié)流裝置, 應(yīng)用合理的流量積算方案, 按照GB/ T 18603 .. 2001《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要
求》規(guī)定, 對(duì)計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行儀表配備和選用, 采取有效措施減小脈動(dòng)流的影響, 定期進(jìn)行量值溯源, 加強(qiáng)計(jì)量管理和計(jì)量技術(shù)人員培訓(xùn), 建立和完善各項(xiàng)計(jì)量規(guī)章制度, 必將有效提高標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度。