摘(zhāi)要:标(biāo)準(zhǔn)孔闆流(liú)量計(jì) 因其複雜(zá)的測(cè)量原(yuán)理(lǐ)和(hé)對流體性能的嚴格要求及苛(kē)刻的安裝條件,使得(dé)測量結果(guǒ)的精度受到較多的因素(sù)影(yǐng)響。簡要介紹了影響标準孔闆流量計(jì)測量(liàng)天然氣流量的相關(guān)因素(sù),并提出(chū)針(zhēn)對這(zhè)些因(yīn)素(sù)的應對措施。
　　标(biāo)準孔闆(pǎn)流量(liàng)計是根據(jù)能量守恒(héng)和流(liú)動連(lián)續性方程(chéng),在流體(tǐ)通過節(jiē)流裝置時流速(sù)增加靜壓(yā)降低，流體(tǐ)流速越大(dà)，在孔闆前後産生的(de)差(chà)壓(yā)也越(yuè)大，通過測(cè)量差(chà)壓來測量(liàng)通過孔闆的流(liú)體的流量(liàng),見(jiàn)式(1):

　　式中(zhōng)：ｑｖｎ—流體(tǐ)在(zài)标準參(cān)比(bǐ)條(tiáo)件(jiàn)下的體(tǐ)積流量(liàng)；ｃ—流出系數；ε—可(kě)膨脹性系(xì)數；β—直(zhí)徑比；ｄ—操作(zuò)條件下孔闆開(kāi)孔直徑；ΔＰ—差壓；ρ１—流(liú)體在操作條件(jiàn)下上(shàng)遊取壓孔處密度；ρｎ—标(biāo)準參(cān)比條件下的密(mì)度。
　　标準(zhǔn)孔闆流(liú)量計具有技術(shù)成熟,生(shēng)産(chǎn)安裝(zhuāng)标準化,性能穩定等(děng)優(yōu)點(diǎn),廣泛用于石化(huà)和城(chéng)鎮燃(rán)氣(qì)行(háng)業(yè)的(de)天然氣測(cè)量。但(dàn)由于其(qí)複雜的(de)測量(liàng)原理和苛刻的(de)安裝條件(jiàn)及對(duì)流體性能的嚴格(gé)要求,存在較多(duō)影(yǐng)響其測量(liàng)結(jié)果(guǒ)精度(dù)的因素。結(jié)合多(duō)年來對标準孔(kǒng)闆流量計的工(gōng)藝設計使用及(jí)維護(hù)經驗(yàn),簡要(yào)論(lùn)述一下影響(xiǎng)标準孔(kǒng)闆(pǎn)流量(liàng)計測(cè)量(liàng)天然氣(qì)流量精度(dù)的因(yīn)素并(bìng)提出應對(duì)措(cuò)施。
1工藝(yì)設計(jì).上的影響因素
1.1前端(duān)直管(guǎn)道不符合規範(fàn)要求(qiú)
　　在輸配站(zhàn)場中(zhōng)，由于受場地和(hé)工藝的流程的限制(zhì),不可(kě)避免的要在(zài)節流孔(kǒng)闆前端設置三(sān)通、彎(wān)頭、閥門、等(děng)管件和(hé)輸配設備。标準孔闆流(liú)量計(jì)測量天然氣的前提是流體爲(wèi)充分發展(zhǎn)的紊(wěn)流狀态的單相(xiàng)流，流(liú)速在(zài)管道内沿軸線(xiàn)均勻(yún)對稱分布(bù)。節流孔(kǒng)闆前端(duān)的管件和輸配(pèi)設備(bèi)必将對天(tiān)然氣形成阻流(liú)、轉向和(hé)流速分(fèn)布(bù)的改變,爲了(le)獲得符合(hé)要求(qiú)的流(liú)體,必(bì)須要(yào)使節(jiē)流裝(zhuāng)置前端和阻流件之間(jiān)有足夠長的(de)直管段。按照gb/t21446 - 2008 5.3的(de)規定,孔闆(pǎn)與阻流件間的最短(duǎn)長度(dù)應符合表1規定(dìng)。

　　由表1可知(zhī)，除去在(zài)β取(qǔ)極(jí)小(xiǎo)值的(de)0.2的情(qíng)況外(wài),對于其(qí)他的β值前端(duān)直管段普(pǔ)遍在20d以上。對于(yú)這樣(yàng)的直(zhí)管段(duàn)長度要求(qiú),在工(gōng)藝設(shè)計上顯然(rán)是難以(yǐ)完全滿(mǎn)足規(guī)範要求的(de)。因此在前端直管長度上(shàng)不是(shì)所有标(biāo)準孔闆(pǎn)流量計都能夠(gòu)滿足規範(fàn)要求(qiú)的。這是影響标(biāo)準孔闆流(liú)量計(jì)測量精(jīng)度(dù)-大因(yīn)素。
1.2 采用了(le)較大的計(jì)量管或較(jiào)大的孔徑比
　　在進行流量(liàng)計設計時,一般(bān)會上浮一定的裕量(liàng),采用較(jiào)大的計量管(guǎn)。但在實際(jì)的供氣(qì)中(zhōng),用氣(qì)量往往達不到(dào)設計(jì)流(liú)量,造成(chéng)在運(yùn)行時天然(rán)氣流(liú)體的(de)管(guǎn)徑(jìng)雷諾數較小。根(gēn)據流體(tǐ)力學,天然氣(qì)管徑雷諾數越小其質子(zǐ)和其(qí)中的微粒擴散越弱,這既不利于天然氣(qì)流體在計量管内形成流(liú)速分(fèn)布均勻的紊流(liú),又會(huì)造成(chéng)固體(tǐ)微粒凝(níng)聚(jù)形成(chéng)兩相(xiàng)流。同時雷(léi)諾數越小(xiǎo)流體(tǐ)抵禦管道内壁(bì)粗糙度(dù)影(yǐng)響的(de)能力(lì)越(yuè)弱。因此(cǐ)計量(liàng)管選(xuǎn)擇過大将(jiāng)會對測量(liàng)結果的精(jīng)度産生不(bú)利(lì)影(yǐng)響。從表1可(kě)知(zhī)在同一(yī)阻流件下(xià),孔徑(jìng)比越大要求前(qián)端直管段越長(zhǎng),這就意味(wèi)如果采用(yòng)的(de)β值越大(dà),越難以滿足規(guī)範的技術要求(qiú)。因此在(zài)設計中采用大管徑計(jì)量管或(huò)是大孔(kǒng)徑比(bǐ)，都将對測(cè)量結(jié)果的(de)精度産生不利(lì)影(yǐng)響(xiǎng)。
1.3 采用先調(diào)壓後(hòu)計量(liàng)的工藝
　　該(gāi)方式可在(zài)标準(zhǔn)孔闆(pǎn)處可(kě)以得(dé)到較穩定的(de)靜壓,但是調(diào)壓閥卻會(huì)嚴重(zhòng)影響天然氣(qì)的流态(tài)。目前調壓閥體(tǐ)内的(de)天(tiān)然氣通(tōng)道絕大(dà)部分爲(wèi)u型通道,且閥口開度(dù)隻有10來毫(háo)米甚至幾毫米(mǐ),天然氣(qì)在(zài)經過調壓閥(fá)後,流态(tài)和流速(sù)都變得(dé)極爲(wèi)不穩定,并(bìng)且調(diào)壓閥(fá)閥口開度(dù)頻繁的調(diào)節還會引(yǐn)發天(tiān)然氣脈(mò)動流。天(tiān)然氣的(de)流态根(gēn)本不(bú)能滿足标(biāo)準孔闆流(liú)量計測量天然氣的(de)關于流體流态(tài)的規定(dìng),這必将(jiāng)對測量結(jié)果的(de)精度(dù)産生(shēng)較大(dà)的影響。這種影響的(de)大(dà)小根本(běn)沒法(fǎ)從理論上(shàng)評(píng)估。.
1.4流(liú)動調整(zhěng)器與孔(kǒng)闆間距(jù)離不符合要求(qiú)
　　流動調整器可(kě)以減(jiǎn)小孔闆前(qián)端直(zhí)管段(duàn)的長(zhǎng)度,在安裝位置上對(duì)于不(bú)同的(de)前端阻流件是(shì)有嚴(yán)格要求的。在(zài)工(gōng)藝設計中(zhōng)，往往沒有考慮(lǜ)前端阻流(liú)器的類型和阻流件(jiàn)與孔闆(pǎn)間(jiān)的距(jù)離,而将流(liú)動調(diào)整器與孔闆間(jiān)的距(jù)離都簡化(huà)爲13倍計(jì)量管内(nèi)徑,或者直接将(jiāng)流動調(diào)整器與(yǔ)上遊計量(liàng)管連接。按(àn)照gb/t21446- 2008相(xiàng)對于(yú)不同的阻流件及其(qí)與孔闆間(jiān)的距離(lí)，流(liú)動調(diào)整器與孔闆間的距離應(yīng)符合(hé)表2規(guī)定。

　　表(biǎo)2的數(shù)據時在(zài)通過大(dà)量實驗的基礎(chǔ)上得出的數據,是标準孔闆流(liú)量計準(zhǔn)确測量(liàng)的前提。如不嚴格執行表2的技(jì)術要求(qiú)，将會對(duì)測量(liàng)結果(guǒ)産生(shēng)附加(jiā)不(bú)确定度(dù),其影響程(chéng)度隻有通過(guò)在線校(xiào)準評估。
1.5 計(jì)量系(xì)統組件(jiàn)的(de)影響(xiǎng)
　　标準(zhǔn)孔(kǒng)闆(pǎn)流量(liàng)計要(yào)實現對天(tiān)然氣流(liú)量的測(cè)量,除了節(jiē)流裝(zhuāng)置外還需(xū)要配備二(èr)次(cì)儀表、流(liú)量計算機以及信号處理(lǐ)與采(cǎi)集設備,其(qí)計量系統(tǒng)組(zǔ)成(chéng)如圖(tú)1。

　　從(cóng)圖1可(kě)以看出，節流裝置(zhì)隻(zhī)是産生差(chà)壓，要測量(liàng)天然(rán)氣的(de)流量(liàng)必須依(yī)靠壓力(lì)、 差壓變送器 、 溫度變(biàn)送器 、密度(dù)傳感器(qì)等(děng)二次(cì)儀表測量相應(yīng)的(de)參(cān)數(shù)并(bìng)經信(xìn)号隔離、采(cǎi)集(jí)和轉換後輸(shū)人流(liú)量計(jì)算機進行(háng)計算。因此(cǐ)二次(cì)儀(yí)表(biǎo)、信号隔離(lí)器的精度等級和性能(néng)以(yǐ)及流(liú)量計算(suàn)機的流(liú)量計(jì)算方法,都會對天(tiān)然(rán)氣的(de)流量(liàng)測量結果(guǒ)直接的影響。在進行計量系統設計時由(yóu)于對(duì)二次(cì)儀表及信(xìn)号隔離器的精(jīng)度等級選(xuǎn)擇過(guò)低,最終導緻天然氣(qì)的(de)測量精(jīng)度超出規定的(de)範圍(wéi)。根據gb/t18603 - 2014的規(guī)定在(zài)不(bú)同(tóng)測量(liàng)等級(jí)的計量系統中二次儀表的(de)精度(dù)等級應(yīng)符合表3要(yào)求。

　　另(lìng)外流量計算機的計算(suàn)模型編程方(fāng)法、數據采(cǎi)集(jí)周期、累(lèi)計算(suàn)法也(yě)會對最(zuì)終的測量結(jié)果産生影(yǐng)響。
2安裝上(shàng)的影響因(yīn)素
2.1節流裝(zhuāng)置(zhì)及前後(hòu)直管段安裝影響因素
　　标準孔(kǒng)闆流(liú)量(liàng)計的測(cè)量公(gōng)式中(zhōng)的流(liú)出(chū)系數c是(shì)在嚴(yán)格的(de)試驗條件(jiàn)下得出(chū)的(de),現場的安(ān)裝(zhuāng)必須嚴(yán)格按(àn)照gb/t21446 -2008執行，才(cái)能确保流出系(xì)數c不發生變化。标準孔闆流量計的調(diào)整器、計量管、節流裝置(zhì)等(děng)都通過法蘭(lán)連接,在安裝是(shì)容易出現各個(gè)部件不(bú)同心，導(dǎo)緻孔闆中心和計(jì)量管(guǎn)軸線不(bú)在同一直線上或孔闆端(duān)面與(yǔ)軸線不垂直。gb/t21446 -2008要(yào)求孔闆(pǎn)與軸線(xiàn)傾斜度不(bú)得超(chāo)過1°,如(rú)果(guǒ)超過允(yǔn)許範圍(wéi)會使測(cè)量結果偏小。通(tōng)過現場試(shì)驗當(dāng)孔闆(pǎn)傾斜度超(chāo)過1°時,測(cè)量誤差(chà)随β的(de)增(zēng)大而增(zēng)大,最大可達-3.5%
2.2二次儀(yí)表安裝影(yǐng)響因素
(1)壓力、差(chà)壓變(biàn)送(sòng)器的導壓管(guǎn)彎(wān)管(guǎn)半徑過小，管道坡度不夠(gòu),會(huì)造成壓力、 差(chà)壓(yā)波動失(shī)真。鉑(bó)電阻安裝方向不對或插(chā)入深度不符合要求(qiú)，會造成溫(wēn)度測量誤差。這(zhè)些會(huì)導(dǎo)緻因壓(yā)力、差(chà)壓、溫度測(cè)量誤差而影響天然(rán)氣測量結(jié)果的(de)精度。
(2)在标(biāo)準孔(kǒng)闆流(liú)量(liàng)計(jì)計量(liàng)系統中，現(xiàn)場變送器與信号隔離器之間(jiān)都采(cǎi)用 屏蔽電(diàn)纜 連接。屏蔽層(céng)應在控(kòng)制端與工作接地(dì)連接(jiē),現場端浮空。一(yī)些計(jì)量(liàng)系統錯(cuò)誤的(de)采(cǎi)用(yòng)兩(liǎng)端都與工作接地(dì)連接,或直(zhí)接将屏蔽(bì)層與防雷(léi)接地(dì)連接。這些(xiē)錯誤連接不但(dàn)起不到防(fáng)電磁(cí)幹擾的(de)作用，反而會在屏蔽層(céng)的兩(liǎng)端形成電(diàn)勢差,引起(qǐ)變送(sòng)器測(cè)量(liàng)信(xìn)号的(de)傳輸誤差(chà)。
3使用(yòng)維護的(de)影響因(yīn)素(sù)
(1)天然(rán)氣中管(guǎn)道中(zhōng)積聚液态(tài)水或是在(zài)工藝(yì)中使(shǐ)用壓縮機(jī)加壓，都(dōu)會(huì)引發(fā)天然(rán)氣流體脈(mò)動流。脈(mò)動流會(huì)引起(qǐ)壓力(lì)和差壓的呈周(zhōu)期性的突(tū)變(biàn),使壓力(lì)、差壓測量不準确。在運行中難(nán)免會(huì)在(zài)孔(kǒng)闆、計(jì)量管、導壓管内(nèi)沉積粉塵和積(jī)液。由(yóu)于天然氣(qì)的連續沖蝕(shí)，計(jì)量管内壁、孔闆的粗糙(cāo)度(dù)增大(dà)。這些(xiē)因素都會(huì)導緻測量結果偏差。
(2)在使用(yòng)中注重對二(èr)次儀(yí)表的(de)校驗,忽視(shì)了對節流(liú)裝置、孔闆(pǎn)的(de)檢查和(hé)信号隔離器的校驗(yàn)。計量(liàng)系統(tǒng)作爲一個整體(tǐ),其中任(rèn)何一個(gè)環節出(chū)現(xiàn)誤差(chà)都會(huì)導(dǎo)緻天然(rán)氣的測量誤差。
(3)目前(qián)多(duō)數标準孔闆(pǎn)流量(liàng)計計量系統采用離(lí)線氣質分析，一(yī)個月或一個季(jì)度進行一(yī)次采(cǎi)樣分析，并将分(fèn)析結果輸人流(liú)量計算(suàn)機(jī)用于流量計算(suàn)。而現場天然(rán)氣(qì)其組(zǔ)分是在不斷變化的,這種離線(xiàn)分析的(de)方(fāng)式(shì)必然會(huì)對測量結(jié)果産生(shēng)影(yǐng)響。
4應對措(cuò)施
4.1在設計(jì)上簡化工(gōng)藝流(liú)程,保證前端(duān)直(zhí)管段的(de)長(zhǎng)度,流動調(diào)整(zhěng)器要嚴(yán)格按(àn)規(guī)定的位置設計在滿足(zú)流量的情況下采用小計量管和較小(xiǎo)的(de)β值,以(yǐ)犧牲一定的壓(yā)力來确(què)保(bǎo)前端(duān)直管段長度和(hé)天然氣流态符合規範要求。嚴(yán)格執行先計量後調(diào)壓(yā)的流程(chéng),避免計量受調壓的(de)影(yǐng)響(xiǎng)。計量(liàng)儀表應由計量工程(chéng)師(shī)根據流(liú)量、壓(yā)力等參數選擇(zé),使(shǐ)其(qí)精度等級、量(liàng)程和性(xìng)能滿足測量要(yào)求。
4.2安(ān)裝是(shì)确保(bǎo)标準(zhǔn)孔闆(pǎn)流量(liàng)計測量準确的重要(yào)保證(zhèng)
　　安裝時重(zhòng)點(diǎn)控制孔闆、計量(liàng)管的同(tóng)心度。用于與計(jì)量管(guǎn)連接的管(guǎn)道要嚴格(gé)檢查(chá)内壁(bì)粗糙度和内徑是否符合(hé)要求(qiú)。加強二次(cì)儀表安裝(zhuāng)、布線控制(zhì),避(bì)免(miǎn)二次(cì)儀表引(yǐn)人誤差的影(yǐng)響因素。
4.3 對(duì)天然氣進(jìn)行除(chú)塵、脫水(shuǐ)處(chù)理,減(jiǎn)少粉塵、液(yè)态水(shuǐ)對測量結果的(de)影響
　　在工(gōng)藝上(shàng)設置(zhì)進站緩沖(chòng)設備，消除流體(tǐ)的脈(mò)動。定(dìng)期對(duì)孔闆、節流裝置(zhì)、二次(cì)儀表進行檢查維(wéi)護,根據(jù)流量适(shì)時調(diào)整孔闆(pǎn)孔徑,根據(jù)計量(liàng)管(guǎn)、孔闆的粗糙度(dù),對流出(chū)系數(shù)進行(háng)修正(zhèng)。定期校(xiào)驗時既(jì)要對二次(cì)儀表(biǎo)隔離器進(jìn)行單(dān)獨校(xiào)驗，又要對(duì)整(zhěng)個計量(liàng)系統(tǒng)進行(háng)聯(lián)校，以确(què)保測量(liàng)結(jié)果的準确。縮短氣質(zhì)采樣分析周期(qī),盡量減少因氣(qì)質參數引(yǐn)起的(de)測量(liàng)誤差。對于大流量(liàng)及(jí)重要(yào)測量(liàng)點應進行(háng)周期性的在線(xiàn)校準(zhǔn)，檢查計量系統是否符合(hé)技術(shù)要(yào)求,實際(jì)不确定度超出(chū)技(jì)術(shù)要求時應(yīng)進行(háng)在線校準(zhǔn)系數(shù)修(xiū)正(zhèng)。
5結束(shù)語
　　随着二次儀(yí)表的(de)應用(yòng),因二次儀表測量誤差造成的影響(xiǎng)越來越小(xiǎo)，流量計算機的應用,使流量(liàng)計算變(biàn)得快(kuài)捷準确，避(bì)免了人工計算(suàn)流量的誤(wù)差。标(biāo)準孔闆流(liú)量計測量的先決條(tiáo)件(jiàn)是流體(tǐ)爲充(chōng)分發展的紊流(liú)狀态的單(dān)相流(liú)，流速(sù)在(zài)管道内(nèi)沿軸線(xiàn)均(jun1)勻對(duì)稱分(fèn)布。其(qí)流出(chū)系數(shù)也是假(jiǎ)定(dìng)流體雷諾(nuò)數大(dà)于10°,且孔闆前端有很(hěn)長(zhǎng)的直管段的試驗(yàn)條件(jiàn)下得出.的。由(yóu)此(cǐ)可見天然(rán)氣的(de)流态、管徑雷諾數以及前端直管段長度對測(cè)量結果的精度起至(zhì)關重要的(de)作用,在實踐中應重(zhòng)點考慮這(zhè)三個方面的要(yào)求。

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