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    標準孔板流量計測量天然氣流量計量附加誤差
    發布時間:2021-7-1 08:41:40

      標準孔板流量計的設計安裝要求及氣質要求比較苛刻,在實際工況條件下,因很難符合因GB/T21446--2008《用標準孔板流量計測量天然氣流量》國家標準的要求,因此必會產生流量計計量附加誤差。本文結合現場實際情況,對產生計量附加誤差的原因進行分析及解決方法進行探討。
    一、孔板流量計測量原理.
      當流體流經管道中的孔板時,流束將在孔板處形成局部收縮(像河流中的狹小處一樣),流速增加、靜壓力降低,在孔板前后產生微小的靜壓力差(稱為差壓)。流體的流速增快,孔板前后產生的差壓相應增大,從而可以通過測量差壓來間接測量天然氣流量的大小。流量測量系統原理如圖1所示,(a)為流量測量儀表流程圖;(b)為流量主參數記錄和流量計算積算系統方框圖。
     
    二、產生計量附加誤差的原因分析
    1.上下游直管段長度不夠,彎頭過多
      直管段長度不夠,氣流得不到充分發展,將造成計量結果的較大誤差。GB/T21446--2008規定的最短直管段長度,在現場實際中一般很難得到滿足,特別是由于輸氣工藝等原因,計量裝置的.上游往往都存在彎頭。如果是單彎頭或平面雙彎頭將使計量結果偏高,對于多個彎頭,將使計量結果偏低。因此應該在節流裝置之前加裝整流器,避免旋轉流、渦流對計量的影響。
    2.天然氣的氣質和氣流條件
      GB/T21446--2008規定,通過孔板的天然氣是經凈化處理后的天然氣,氣流的流動應是保持亞音速的穩定的或僅隨時間緩慢變化的,氣流是均勻單相的牛頓流體。若氣體含有質量分數不超過2%的固體或液體微粒,且呈均勻分散狀態,也可以認為是均勻單相的牛頓流.體。氣流流經孔板以前,其流束應與管道軸線平行,氣流流動應為充分發展紊流且無漩渦,管道橫截面所有點上的漩渦角小于20,即認為無漩渦。
      通過計量調查發現,目前,在油田天然氣計量中約50%的計量點其氣流條件具有以下兩個特點:
    (1)氣體流量不穩定,并隨時間周期性地大幅度變化,屬脈動流體。
    產生脈動源的原因:
    ①往復式壓縮機、發動機和葉片式增壓機。
    ②調壓閥猛開關或者閥芯松動和磨損。
    ③大量水或油的冷凝物在管線中不規則運動。
    (2)氣質中含水量大,并夾帶原油及微量顆粒雜質,氣流流經節流裝置時產生凝析液。
      氣質、氣流條件達不到GB/T21446--2008中規定的要求,必將產生計量附加誤差。為了獲得準確的計量值,必須抑制氣流的脈動及消除氣質中的水分及雜質。
    解決措施:
      進入流量計的氣體必須先通過氣液分離器、過濾器。
    ①把測量管裝在對消除脈動來說較為有利的位置,例如裝在調壓閥的入口或遠離脈動源。
    ②為了減少脈動幅度,可在脈動源和測量管之間的管線.上加裝-一個容器,或者設計專門的脈動衰減器。把節流閥或限流器裝在脈動源和測量管之間是減少脈動的最有效方法,但是這種方法壓力降過大,除非條件許可,否則不宜采用。
    ③在差壓仍然保持較高的前提下,操作可用較小的測量管,而孔板開孔直徑基本不變。
    ④在流量計前后取壓管出口處分別加裝-一個具有-定容積的氣液分離器,使進入流量計的差.靜壓信號達到先氣液分離及緩沖后再進入計量裝置。
    ⑤導壓管路.上的.上、下游導壓閥應選用大通徑的球型閥。
    ⑥為了防止導壓管的凍堵,必須對導壓管路進行保溫,并增加加熱補償保溫措施。
    ⑦對于因下游波動源而引起計量點氣流脈動的情況,可通過調整流量計下游側閥門的閥位(關小),使計量點氣流脈動幅度減小。試驗證明,采用關小計量管下游閥的方法來控制氣流的脈動效果十分明顯。此方法在實際使用時,必須在確保安全生產的情況下進行。試驗證明,通過上述方法能有效地抑制氣流的脈動消除氣質中的水分及雜質,減少流量計的計量附加誤差。
    3.標準孔板
    (1)在長時間的使用過程中,標準孔板由于被天然氣侵蝕或機械磨損而產生變形,孔板的光潔度下降,入口的尖銳程度變圓,使其圓弧半徑不能滿足標準要求。尖銳度變圓后對計量的影響是使計量數據比實際流量偏低,最大可能達到偏低10%。
    (2)標準中規定孔板厚度E應介于孔板開孔厚度e與0.05D之間。如果超出這個范圍,將使氣流流過孔板的阻力損失增大,使計量值比實際流量高,造成1%以內的附加計量誤差。
    (3)孔板孔徑尺寸測量不準確。沒有及時送到檢定部門進行檢定,而是用游標卡尺在現場進行測量,由于沒有在標準狀況下(絕對壓力為101.325kPa,熱力學溫度為293.15K)進行檢定.當現場溫度較高時,所測孔板孔徑值將偏高,造成流量計算值比實際流量值偏高。
    (4)孔板裝反.使差壓降低.造成計量氣量比實際氣量偏小約10%-17%。
    解決措施:
      以上分析了產生計量附加誤差的原因,為了消除或減少附加誤差,必須做如下幾項工作:
    ①根據誤差產生的原因,采取相應的措施。為了準確測量流量,孔板板面必須平整、干凈,并且與管道的軸線垂直?装彘_孔與管道軸線同軸同心,上游邊緣必須是矩形,直角入口G+分尖銳.銳緣如果形成圓弧rk,則rk必須小于等于0.0004d。當有斜邊開孔的孔板被使用時,必須把斜邊面向下游安裝,否則會測量不準,造成8%以上的負誤差。應當記住很重要的一-點,孔板即使僅有細微的不標準(如孔板開孔d入口邊緣缺口,板面彎曲、加工粗糙,邊緣不尖銳,no>.004d,板面臟,板面方向安裝不當等),也會引入嚴重的測量附加誤差。所以在孔板設計加工.檢驗.安裝和使用中,--定要確保符合標準。確?装迤秸蓛舨蛔冃、無缺口和無撞擦傷、直角入口邊緣尖銳,以及正確安裝都是十分重要的。
    ②定期對孔板進行檢查、清洗,按檢定周期及時送到檢定部門進行檢定。
    ③為了避免人為過失造成的計量誤差,要加強計量管理和人員的培訓工作。
    4.差壓變送器
      差壓變送器是指能將差壓值變換成(4~20)mA標.準模擬信號輸出至流量管理器或工業控制機的儀表。很大程度上,其準確度的高與低、性能的好與壞,對流量計的計量結果影響十分大。實際工作中,由于沒有按照設計要求進行差壓變送器的選型.安裝和使用中的維護保養,導致流量計產生計量附加誤差的情況經常發生。
    (1)差壓變送器的準確度等級和量程范圍的選擇不正確,沒有按照GB/T18603--2001《天然氣計量系統技術要求)進行選型,就會造成“小馬拉大車或大馬拉小車”現象的出現.進而引入計量附加誤差。
    (2)差壓變送器的零位偏高(或低),造成差壓值偏大(或小),使計算氣量比實際氣量偏大(或小)。
    (3)差壓變送器的三閥組漏氣或堵塞。高壓閥漏氣,將導致計算氣量比實際氣量偏小,低壓閥漏氣將導致計算氣量比實際氣量偏大,平衡閥內漏將導致計算氣量比實際氣量偏小。
    解決措施:
    ①嚴格按照GB/T18603-2001的要求進行選型、安裝。
    ②定期對差壓變送器進行回零檢查,發現有異;虺钋闆r時,及時進行校準到期檢定。
    ③定期對差壓變送器進行排污驗漏檢查。
    ④冬季氣溫下降,特別是油田伴生氣含水量增多,易發生凍堵,需增加排污次數,給差壓變送器加裝保溫設備(如加保溫箱和伴熱帶)。
    5.差壓信號傳遞失真及引入的誤差
      差壓信號傳送失真使得差壓變送器上接收到的差壓信號與節流裝置所產生的差壓信號不相等,從而引起計量附加誤差。差壓信號傳送失真包括穩態值失真和動態失真。在穩定流條件下只存在穩態值失真,在脈動流條件下,既可能存在穩態值失真又會有動態失真。穩態值失真可能引起的部位和原因有導壓管引向不合理、切斷閥設置不當、隔離液液位高度不相等、正負壓引壓管坡度不合理.管內介質密度不相等、三閥組積液等。
    (1)切斷閥設置不當引起的誤差
      GB/T21446-2008要求導壓管路上的閥門除排污閥以外應采用與導壓管同內徑高密封性能的閥門,優選直通球閥。但有的節流裝置廠家提供的取壓閥門卻是針形閥,很容易造成堵塞和凍堵,需要在訂貨時讓廠家直接配備球閥或進行現場更換。
    (2)隔離液液位高度不相等引起的誤差
      導壓管線中帶隔離器是為了利用隔離液將腐蝕性介質同差壓變送器隔離。隔離液剛剛充罐時.通過三閥組的平衡閥能使兩只隔離容器中的隔離液液位高度相等,但是運行-段時間后由于隔離液泄漏或在運行時誤開平衢閥,導致隔離液液位高度不相等,從而引入附加差壓。
    (3)導壓管線引起的傳送失真
      節流裝置導壓管的作用是將節流裝置所產生的差壓信號不失真地傳遞到差壓變送器,但從現場的實際情況看,導壓管的配置還存在很大問題。
    ①上游或下游導壓管漏氣主要發生在焊縫、閥門盤根.排污閥處,將使計量誤差增大。
    ②導壓管路過長,產生靜、差壓信號的失真.造成計量附加誤差。
    ③導壓管過細,造成管路堵塞,冬季凍堵,計量儀表不能正常運行。
    ④上、下游導壓管方向接反,造成差壓信號嚴重偏;小,計量誤差約30%。
    ⑤保證導壓管線合理的坡度是為了使管內可能出現的氣泡較快地升到氣體收集器內或母管內,使管內可能出現的凝液較快地下沉到沉降器排污閥或母管內。導壓管線的內徑和被測流體的性質與總長度有關,如表1所示。導壓管線應垂真或傾斜敷設,其坡度應不少于1:12,對黏度較高的流體,其坡度還應增大,當導壓管線的傳送距離大于30m時.應分段傾斜,并在最低點設置沉降器和排污閥。當不出現凝液時可酌情降低傾斜度。
     
      為避免正負壓信號管內介質溫度不-致,導致密度出現差異,引起傳送失真,正負壓管線應盡量靠近敷設,尤其是導壓管線中出現凝液時,導壓管線中的凝液會因環境溫度太低而凝固、結晶或結冰,因此需要伴熱保溫。
    以上分析了產生計量誤差的原因,要解決問題還必須做好以下工作:
    (1)嚴格按照標準的要求進行導壓管的設計安裝。
    (2)新建計量裝置時對施工質量要高標準嚴要求,加強現場技術監督。
    (3)加強計量裝置的日常管理,加強對計量裝置、計量儀表檢查維護,確保計量裝置無跑、冒、滴、漏現象的發生。
    (4)對氣質可能出現凝析液或環境溫度較低時,應定期對儀表的導壓管路進行放空排污及蒸汽吹掃,確保導壓管暢通。
    三、結束語
      解決了上述問題就能極大地消除流量計的計量附加誤差。但影響流量計的計量誤差因素很多,如天然氣的組分影響.管道粗糙的影響、電信號引線的影響.上下游用戶計量方式不同等。因此,不僅要解決上述問題,還要改進工藝流程,加強計量監督檢查,提升計量人員的業務水平,讓他們熟悉計量法律法規及計量交接協議的規定。只有這樣,才能使流量計的計量附加誤差降至最低,提高標準孔板流量計的計量準確性。

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