[摘要]标(biāo)準孔(kǒng)闆(pǎn)計量
系(xì)統用于天然氣(qì)流(liú)量計量(liàng)，測量(liàng)管在運行過程(chéng)中，直(zhí)管段内壁粗糙(cāo)度發生變化。文(wén)章按使用年(nián)限、氣質條件(jiàn)、日輸氣量等(děng)因(yīn)素将真管(guǎn)段内(nèi)壁粗糙度分爲四類，分析了各類測(cè)量管(guǎn)粗糙(cāo)度變化，對計量系統誤差的影響，并(bìng)列舉了對(duì)不同管徑的各(gè)類計量管(guǎn)粗糙(cāo)度的修(xiū)正。最終提出(chū)爲(wèi)減少粗(cū)糙度對标準孔闆計量系統的誤差影(yǐng)響(xiǎng)，對上(shàng)下遊直管段(duàn)的維護建議(yì)。
中石化西南(nán)油(yóu)氣分(fèn)公司(sī)川西(xī)氣田目前(qián)廣(guǎng)泛采用(yòng)以.标準孔(kǒng)闆作(zuò)爲一次(cì)儀表的(de)差壓式(shì)計量系(xì)統進行天然氣(qì)流量(liàng)計量，多數(shù)井在(zài)後期開(kāi)發(fā)中泡沫(mò)排水等(děng)工藝措施十分(fèn)頻繁(fán)，天然(rán)氣中含(hán)大(dà)量水、油、粉(fěn)塵等(děng)雜質(zhì)，測量(liàng)管在(zài)使用過程(chéng)中，由于長期經受髒(zāng)污氣流的(de)沖刷、腐蝕，最終導緻(zhì)直管段内(nèi)壁粗糙度(dù)發生(shēng)變化，對(duì)标(biāo)準孔(kǒng)闆計量系統的(de)誤差影(yǐng)響較大(dà)，如何減少(shǎo)誤差，提高計量系統(tǒng)精度，結合(hé)工作實踐(jiàn)談幾點認(rèn)識(shí)和(hé)維護體會(huì)。
1計量直(zhí)管段(duàn)使(shǐ)用情況調查
氣(qì)田計量管(guǎn)段自(zì)投人使用(yòng)以來，所有标準孔闆(pǎn)計量系統(tǒng)粗糙(cāo)度均(jun1)按0.15mm進(jìn)行修正并參與(yǔ)流量(liàng)計算(suàn)。對現場使(shǐ)用的計量管段(duàn)抽樣(yàng)調(diào)查(chá)(結(jié)果(guǒ)見表
1)發(fā)現(xiàn)部分(fèn)計量直管(guǎn)段内(nèi)壁嚴(yán)重存在腐蝕、結垢、結皮等(děng)現象，經測算确認粗(cū)糙度在0.2~2mm之(zhī)間,遠(yuǎn)大(dà)于計量(liàng)系統(tǒng)目前的設(shè)定值(0.15mm)，直接影響(xiǎng)計量系統的(de)精(jīng)度。
按表(biǎo)1分類，分(fèn)别選(xuǎn)取了豐谷(gǔ)站備(bèi)用管線、江(jiāng)沙(shā)7井(jǐng)管(guǎn)線、135管道(dào)1、新計量管四根計量管進(jìn)行粗糙度檢測(cè)，這四(sì)條計(jì)量(liàng)管(guǎn)基本(běn)情況以及(jí)粗糙(cāo)度檢測(cè)結(jié)果如(rú)表2。
由表2可以看出，計(jì)量管(guǎn)的内壁粗糙程度跟(gēn)使用條件有很(hěn)大關系(xì)，就(jiù)氣田(tián)的氣(qì)質(zhì)而(ér)言，計(jì)量管投人使用後粗糙(cāo)度就會(huì)發生較大的變(biàn)化，其中結(jié)垢和(hé)結皮對其(qí)内壁粗糙度(dù)影響最(zuì)大，計(jì)量管的内(nèi)壁粗(cū)糙度(dù)與氣(qì)質髒(zāng)污(wū)程(chéng)度、輸(shū)氣量大小(xiǎo)、使用(yòng)年限長短成正(zhèng)比。按(àn)使用年限(xiàn)、氣質條件(jiàn)、日輸氣量，其内壁粗糙度程度可根(gēn)據上(shàng)述(shù)三個因(yīn)素大(dà)緻分(fèn)爲四類，其(qí)中(zhōng)--類計量(liàng)管的(de)内壁粗糙(cāo)度0.9mm，二類計量管(guǎn)内壁粗(cū)糙度在(zài)0.4mm左右;三類(lèi)粗糙(cāo)度(dù)0.25mm左(zuǒ)右;四(sì)類粗糙度情況最好(hǎo)，爲0.015mm左右(yòu)。
2直管段(duàn)粗糙度(dù)變化帶(dài)來的(de)計(jì)量(liàng)誤差
标準(zhǔn)孔闆流量(liàng)計
運行(háng)時，對直管段(duàn)的要(yào)求主(zhǔ)要包(bāo)括(kuò):(1)直(zhí)管段(duàn)長度(dù);(2)直管段圓(yuán)度和直徑(jìng);(3)直管段内(nèi)壁粗糙(cāo)度(dù)。以上三個條件(jiàn)中，直管段粗糙度最易發(fā)生變(biàn)化。欲達到規定(dìng)的不确定(dìng)度(dù)值(zhí)，直管段内(nèi)壁粗(cū)糙度(dù)必(bì)須(xū)滿足标準gb/t21446--2008所提要求(qiú)。
由于天然氣從(cóng)地層(céng)中采出來，雖經(jīng)分離、除塵(chén)或過(guò)濾(lǜ)，因(yīn)其所(suǒ)含成分十(shí)分複(fú)雜(zá)，從(cóng)單井采氣(qì)計量、集氣計量(liàng)到配氣(qì)計(jì)量，氣(qì)質組分各不相(xiàng)同，因(yīn)而(ér)節流裝(zhuāng)置在使(shǐ)用過程(chéng)中其(qí)沖刷、腐蝕程度(dù)也不相同。經調查(chá)研究表(biǎo)明，氣(qì)流對孔闆(pǎn)直角(jiǎo)人口(kǒu)邊緣(yuán)和測量管(guǎn)内璧(bì)的沖(chòng)刷腐蝕尤(yóu)爲嚴重(zhòng)，這将造(zào)成流出系(xì)數c發(fā)生變化，流量測量不(bú)确定度(dù)超(chāo)過估算值(zhí)。爲了(le)減小誤(wù)差(chà)，推薦更新孔闆和新(xīn)測量管，若要繼(jì)續使(shǐ)用可求出粗糙度算(suàn)術平(píng)均偏差(chà)r,，對(duì)流出(chū)系數(shù)修正後再(zài)使用(yòng)。
修正方法(fǎ)爲:将原流出(chū)系(xì)數c乘上粗糙度(dù)系數(shù)yre，即:
c'=c·yre·bk(1)
式中:c'爲(wèi)修正(zhèng)後的(de)流出系數(shù);c爲标準流(liú)出系數(shù);yre爲(wèi)管(guǎn)道(dào)粗糙度修(xiū)正系(xì)數;bk爲孔闆開孔(kǒng)人口邊(biān)緣尖銳(ruì)度修(xiū)正(zhèng)系(xì)數。
注:本文不讨論孔(kǒng)闆開孔入(rù)口邊(biān)緣尖銳(ruì)度磨損對計量的影響(xiǎng)。
其中修(xiū)正系數(shù)yre随測(cè)量管(guǎn)内壁(bì)相對粗糙度k/d和(hé)管徑雷(léi)諾數red而變化，其值(zhí)按下(xià)式計算:
當red≥106時，
yre=γre=γoo
γo與(yǔ)直徑(jìng)比β2和相(xiàng)對(duì)粗糙度的倒數(shù)d/k有關(guān),其值在标(biāo)準gb/t21446--2008中查(chá)表求得(dé)。其中(zhōng),k爲等效絕(jué)對粗(cū)糙度，可從标準cb/t21446--2008中(zhōng)查(chá)表取(qǔ)得，有條(tiáo)件(jiàn)的情況下，用流體實驗方法測出相(xiàng)對粗糙(cāo)度k/d。
γo由β2和(hé)d/k共同決定(dìng)，換言(yán)之，由粗糙度帶來的(de)計量誤差(chà)由(yóu)β2和(hé)d/k分别引入(rù)。對同-計(jì)量管,其相對粗(cū)糙度是一定的(de)，因(yīn)此其γ0随β增(zēng)大而增大(dà);而β的(de)大小往往(wǎng)由輸氣量(liàng)大小(xiǎo)決定，氣(qì)量越大，β值越大。
當d/k=400,β2=0.6時，查(chá)表可知γo達到最(zuì)大，爲1.020;同時标準(zhǔn)中規定，法蘭取壓時，red≥106，則γre=γo，即(jí)此時γre=1.020，則c'=1.020c。
已(yǐ)知:
即:當d/k=400,β2=0.6時，由測(cè)量(liàng)管内壁(bì)粗(cū)糙帶來的計(jì)量相(xiàng)對(duì)誤(wù)差爲(wèi)(1.02-1)x100%=2%。也就是說，如果不對(duì)計(jì)量管進(jìn)行粗糙度修正(zhèng)，結果會比實際(jì)值偏低2%。
然(rán)而，對(duì)于腐蝕程(chéng)度高(gāo)、嚴重結皮(pí)的鋼(gāng)管，其(qí)k值可能大(dà)于2mm,ra可(kě)能大于0.6mm。
依據現場調研(yán)，大(dà)部分應用(yòng)較久(jiǔ)、氣質(zhì)較髒的計(jì)量管(guǎn)其内壁粗(cū)糙度較(jiào)大，d/k值大(dà)多小于400，因.此c'極(jí)可能大于(yú)1.020c，即由(yóu)測量管内(nèi)壁粗(cū)糙引人的計量(liàng)相(xiàng)對誤差也大于2%。目前在某些(xiē)廠家的計(jì)算軟(ruǎn)件可以(yǐ)對(duì)粗糙(cāo)度小于(yú)1mm的情況(kuàng)進行修正，超過(guò)1mm的就(jiù)不能修正(zhèng)了。因(yīn)此，若測量(liàng)管内壁粗(cū)糙度(dù)大于1mm,則不具備(bèi)修(xiū)正意義，應更(gèng)換新的計量管(guǎn)。
3四類(lèi)計k管粗糙(cāo)度誤差影(yǐng)響
結(jié)合實驗(yàn)用(yòng)計量直管(guǎn)段現場使(shǐ)用條件，采用上(shàng)文所(suǒ)述方(fāng)法可(kě)以計算得出該(gāi)四條(tiáo)直管(guǎn)段在(zài)使用過程中給計量(liàng)帶來的誤(wù)差影響。
(1)豐(fēng)谷站(zhàn)備用(yòng)計(jì)量直管(guǎn)段粗糙度帶來的(de)計(jì)量誤差影(yǐng)響:
由表(biǎo)1提(tí)供的(de)參數:k=0.870mm，則d/k=150/0.870=172;β2=0.62=0.36
由于d/k=172<400,無(wú)法通過标(biāo)準查表求得(dé)γo值，但依(yī)據(jù)表中γo變化趨(qū)勢可大緻判定(dìng)γo的範圍在(zài)1.009~1.014之間(jiān)，則c'也在(1.009-1.014)c之間。即該計(jì)量管(guǎn)因粗(cū)糙度引人的計(jì)量誤差在(zài)-(0.9~1.4)%之間。
(2)江沙(shā)7井計(jì)量直(zhí)管段粗糙(cāo)度帶(dài)來的(de)計量(liàng)誤差(chà)影響:
由(yóu)表1提供(gòng)的參數:k=0.416mm,則d/k=80/0.416=192;β2=0.27=0.073≈0.1
由于(yú)d/k=192<400,無法通過(guò)标準(zhǔn)查表(biǎo)求得yo值，但(dàn)依據(jù)表中(zhōng)γo變化趨勢可大緻判(pàn)定γo的範圍(wéi)在1.003~1.006之(zhī)間,則(zé)c'也在(1.003~1.006)c之間(jiān)。即該計(jì)量(liàng)管因粗糙(cāo)度引人的(de)計量誤差在-(0.3~0.6)%.之間。
(3)135井管道1計(jì)量(liàng)直管(guǎn)段粗(cū)糙度(dù)帶來的計量誤(wù)差影響:
由表1提(tí)供的(de)參(cān)數:k=0.230mm，則d/k=100/0.230=435;β2=0.52=0.25.
由(yóu)于d/k=435>400，可以查表求(qiú)得γo值，在1.003~1.006之(zhī)間。則(zé)c'也在(zài)(1.003~1.006)c之(zhī).間。該計(jì)量管(guǎn)因粗糙度(dù)引(yǐn)人的(de)計(jì)量誤(wù)差在(zài)-(0.3~0.6)%之間(jiān)。
(4)新計(jì)量管的内壁很(hěn)光潔(jié)則可忽略(luè)粗糙(cāo)度引入的計(jì)量(liàng)誤(wù)差。
4直管(guǎn)段内(nèi)壁粗糙度修正(zhèng)
标準中規(guī)定，因測(cè)量管内壁粗糙度變化(huà)導緻的流出系(xì)數c将發(fā)生變化(huà)，流量測量不确定度超過估算(suàn)值。爲了避免這種超(chāo)差，推(tuī)薦更(gèng)新孔闆(pǎn)和(hé)新(xīn)測(cè)量管，若要繼續(xù)使用可求出粗(cū)糙度(dù)算術平均(jun1)偏(piān)差ra,對流(liú)出系數修正後再使(shǐ)用。
由于(yú)标(biāo)準隻(zhī)對d/k≥400的情(qíng)況提出(chū)了規定，因此現場在(zài)用的部分(fèn)計量管是無法(fǎ)按實(shí)際(jì)粗糙度(dù)進行修(xiū)正(zhèng)的。就目前(qián)采用的積(jī)算(suàn)軟件而言,k值(zhí)最大(dà)也隻能修正到d/k=400的情(qíng)況，表3列出了(le)氣田内(nèi)目前(qián)常用(yòng)的幾(jǐ)種(zhǒng)測(cè)量管可以(yǐ)進行修正的(de)粗糙度(dù)值。
由表3可(kě)知:不同(tóng)管(guǎn)徑的計量管，現行标(biāo)準能(néng)修正(zhèng)的k值(zhí)的最大(dà)限值，即(jí)超過該(gāi)範圍就(jiù)不能修(xiū)正了，也(yě)就是超限k值參與積算出(chū)的流(liú)量已經偏離(lí)正(zhèng)常值。
例(lì):現(xiàn)有在(zài)用計量(liàng)管(guǎn)150mm，β值爲0.7，k爲0.44mrm。
則(zé):d/k=340，查表3得，最(zuì)大k值爲(wèi)0.375mm。d/k=400，β2=0.5時，在标(biāo)準中查表γo爲1.014,即(jí)相對修正量爲(wèi)1.4%。
d/k=340<400，因此實際相對(duì)修正(zhèng)量應該大于(yú)1.4%
同(tóng)時，目前川(chuān)西氣田所有的計量(liàng)直管(guǎn)段粗(cū)糙度修正系數均取0.15mm，經(jīng)推算現(xiàn)場相(xiàng)對修(xiū)正量(liàng)僅爲(0.6~0.9)%，即比理論(lùn)修正量偏(piān)低(0.5~0.8)%。
由(yóu)此可(kě)得，川(chuān)西氣(qì)田現(xiàn)用(yòng)的粗糙度修(xiū)正系數0.15mm不(bú)合理，應(yīng)依(yī)據計量管(guǎn)的(de)實際粗(cū)糙度(dù)情(qíng)況，并結合标準進(jìn)行取(qǔ)值(zhí)。對(duì)沒有(yǒu)超過(guò)限值(zhí)的按實際(jì)k值修正，對超過限值(zhí)的(de)，按最大(dà)限值進行(háng)修正。下(xià)面(miàn)(見表4)将給(gěi)出不同管徑的各類計量(liàng)管應采用的修(xiū)正值(zhí)。
豐谷站備用管線與江(jiāng)沙7井計(jì)量管段，均爲(wèi)d/k<400,标(biāo)準并未(wèi)給出d/k<400時(shí)的yn值(zhí)查(chá)詢，因此無法(fǎ)進行粗糙(cāo)度修正(zhèng)，故該兩(liǎng)類計量(liàng)管(guǎn)已不(bú)具備粗糙度修(xiū)正的意義(yì)。
135井管(guǎn)道1計(jì)量(liàng)直(zhí)管段(duàn)由于d/k>400,沒(méi)有超出(chū)标準範圍，因此可以通過(guò)軟件(jiàn)進行粗糙度修(xiū)正，修正值即爲實測k值0.23mm。
5直管段(duàn)使用維護(hù)建議
目前(qián)，川(chuān)西氣田(tián)的一類(lèi)測(cè)量管(guǎn)内璧粗(cū)糙度約爲0.9mm左右，有嚴重(zhòng)結皮現象;二類(lèi)測量管内(nèi)壁粗(cū)糙度(dù)在0.40mm左(zuǒ)右，内(nèi)壁大(dà)多數有結垢和(hé)輕微結皮(pí)現象;三類(lèi)測量(liàng)管内(nèi)璧粗(cū)糙度(dù)在0.25mm左右，内(nèi)壁大(dà)多數(shù)有結(jié)垢現象(xiàng)。這三類測量(liàng)管在(zài)不(bú)同管徑(jìng)下，采用的k值修正值各(gè)不相同(tóng)。.
目前，氣田(tián)内标(biāo)準孔闆計量系(xì)統對(duì)測量(liàng)管統(tǒng)一采(cǎi)用0.15mm的修正(zhèng)值，依據(jù)标(biāo)準推(tuī)算内壁粗糙度(dù)給計量系統引(yǐn)人的誤(wù)差可達(dá)2%以上，因此須分(fèn)類修(xiū)正(zhèng)。
當(dāng)粗糙度沒有超過限(xiàn)值時(shí)采用實測(cè)值修正(zhèng)，對超(chāo)過限值的按(àn)最大(dà)限值修正。當然(rán)超過限值的按(àn)最大限值(zhí)進行(háng)修正，也隻是從(cóng)一定(dìng)程(chéng)度(dù)上減(jiǎn)小粗(cū)糙(cāo)度對計(jì)量的影響(xiǎng)，要從(cóng)根本上消除其(qí)影響隻有(yǒu)确保(bǎo)計量(liàng)管(guǎn)内壁光(guāng)滑、潔淨，盡可能将天(tiān)然氣中油、水(shuǐ)、雜質等(děng)分離(lí)幹淨(jìng)，加強對計(jì)量管(guǎn)的檢查維(wéi)護，對(duì)沒有(yǒu)維護(hù)價值的進行更(gèng)換。因(yīn)此，測量管(guǎn)在使用過程中(zhōng)，直管段内(nèi)璧應(yīng)保持清潔、除掉(diào)污垢(gòu)，管(guǎn)道内壁(bì)上的腐蝕硬皮(pí)應除(chú)掉,同時對(duì)内壁表面粗糙度進(jìn)行(háng)檢測，至少在孔(kǒng)闆上遊側10d的直管段部(bù)分(即測(cè)量管)應(yīng)滿足(zú)gb/t21446--2008标準規定(dìng)，當發現内(nèi)表面有明(míng)顯沖(chòng)刷和(hé)腐(fǔ)蝕時，如(rú)其内(nèi)壁粗糙度(dù)不(bú)符(fú)合标準規(guī)定時(shí)，更新(xīn)爲(wèi)内表面(miàn)符合要求的測量管(guǎn)。
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