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差压式孔板流量计计量天然气流量误差分析
发布时间:2021-10-12 08:19:55

摘要:根据差压式孔板流量计的工作原理及组成,结合计量天然气的实际情况,分析了使用中误差产生的原因,提出了改正或注意事项,对生产有-定借鉴意义。
前言
  孔板流量计结构简单,操作较方便,使用技术成熟,使得其在管道计量中得到广泛应用,根据调查,在超声波流量计使用之前,差压式孔板流量计在整个油气管道贸易结算中占到了70%以上。随着仪表技术和计量技术的快速发展,许多新型计量设备得到广泛应用,但是孔板流量计仍然是目前亚洲必赢手机登陆国天然气管道计量用得最多的计量设备,占整个贸易计量的50%左右。
  为了规范孔板流量计量,国家专门制定了GB.2628和SY/T6143计量标准,对计量系统进行了说明和要求,同时,也出台天然气场站仪表配备指南,对计量系统仪器仪表精度等级进行了要求。但是由.于孔板流量计量系统的结构特点,决定了会产生两种误差,一种是基本误差,这是流量计本身所存在的误差,第二种是附加误差,是由于流量计在使用时偏离了标准条件产生的。由于人为操作的环节多,且天然气这一物质的计量是-种连续的、不可重复的计量,若不加以适时监控,所引起的计量附加误差相当大,尤其当天然气作为商品进行贸易结算时,为供需双方带来不利影响,本文分析了产生误差的主要原因,提出精心管理,细致操作以减小计量误差的重要性。
计量原理
(1)差压式孔板流量计包括3部分:①现场取压部分,包括高级孔板阀、前后直管段、导压管;②温度、压力、组分补偿部分,包括现场用温度变送器压力变送器、天然气组分分析仪计量的实时数据;③流量计算部分,指专用流量计算机(或计算仪)所安装的计量标准程序。
(2)在实际应用过程中,当充满管道的流体流经管道内的节流件时,如图1所示。
差压式孔板流量计孔板附近流速和压力分布示意图 
  流线将在节流件处形成局部收缩,因而流速增加,静压力降低,于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大,产生的压差愈大,这样可依据压差来:衡量流量的大小。这种计量方法是以流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)为基础的。压差的大小不仅与流量还与其他许多因素有关,例如当节流装置形式或管道内流体的物理性质(密度、粘度)不同时,在同样大小的流量下产生的压差也是不同的。以伯努利方程式和流体流动的连续性方程式为依据,天然气流量计算公式是:

  根据气体易压缩、密度差异大、受温度影响大的特点,得出天然气流量计量的实用公式是: 
式中:Qn一标准状态下气体体积流量;
Ah一常数,标况下为0.008686;
ɑ0一特定流量系数;
Yre一计量管内壁流量修正系数;
bk一孔板入口边缘锐利度修正系数;
Fr一雷诺数修正系数;.
ε一气体膨胀系数;
d-孔板在20°C下实测的开孔口径;
Fa一孔板热膨胀修正系数;
Fg一天然气相对密度修正系数;
Fz一超压缩系数;
Ft一流体流动温度修正系数;
P1一孔板上游侧绝对压力;
hw一气体流过孔板时的差压。
误差因素分析及技术要求
1基本误差
(1)由计量装置本身精确度所决定的误差。由于孔板流量计测得的流量是根据差压信号间接求得的。从公式可以看出,影响计量精确度的主要因素是ɑ、F、ε等值。必须保持ɑ、F、ε均为恒定值,才能达到差压和流量之间有恒定的对应关系。但在实际生产中,ɑ、F、ε都与某些因素有关,特别是流量系数ɑ,它是一个影响因素复杂,变化范围大的重要系数,如果在计量过程中不能保证ɑ为恒定值,则计量误差将会较大。
   从资料和实验证明,流量系数ɑ值与取压点位置、孔板的开孔截面积和管道截面积比(m=d/D).雷诺数、管壁粗糙度、孔板入口边缘尖锐度有关。所以,标准孔板的选用应符合下列技术要求:
●孔板相对于开孔直径d的轴线中心对称;
●孔板.上游端面A应于下游端面B平行,并且与开孔直径d的轴线垂直;
●孔板A面、B面应无可见的损伤;
●孔板开孔直径d的上游测直角入口边缘G应锐利,无毛刺和划痕。
●孔板开孔直径d的内圆柱表面长度e应符合:0.005D≤e≤0.02D;
●孔板的厚度应符合:e≤F≤0.005D;
●孔板下游侧出口边缘H和孔板开孔圆柱形下游侧出口边缘I应无毛刺、划痕和可见损伤;
●标准孔板在使用过程中,会由于天然气的侵蚀而产生变形,从而引起流量系数增大而产生计量误差。因此孔板的材质也是保证孔板工作可靠和计量准确的一一个因素。用于天然气计量的孔板采制一般为:Cr17、1Cr18Ni9TiC以及其他耐酸钢。
(2)变送器和流量显示仪表的精确度对整套流量计系统的精确度也很重要。目前,变送器大多数采用的都是4-20MA信号,显示仪表采用数字信号,只要变送器现场安装和系统接地没有问题,整个系统误差不会受到影响。为了减小误差,标准明确了配套仪表的技术要求,设计和使用单位可以参考(见表1)。
 
(3)流量积算部分之间的误差,当温度、压力、差压、组分等数据传到流量积算器后目前,积算器结合已经输入的节流装置基本信息计算流量,积算器所安装的计量标准程序主要有SY/T6143标准、AGA.3标准、ISO5167标准,在计量参数-致的情况下,通过几个标准换算出的中间参数和最终的计量结果不超过万分之一。
2附加误差
如果仪表的制造、选型都严格按照标准执行,而在安装和使用过程中,没有严格遵守技术要求执行,就会造成附加误差,这种误差的大小是无法估计的。但是通过对造成误差因素的分析,可以将误差降低。孔板计量系统安装使用时,必须符合下列技术要求:(1)孔板安装时,他的开孔中心和管道中心轴线同心,而且它的端面与管道轴线垂直。
(2)孔板上、下游侧取压孔轴线符合距孔板上、下游端面的距离为25.4±0.8mm的要求(目前国内绝大部分取压方式采用法兰取压)。
(3)取压孔的轴线应与孔板上下游侧2D计量管长度的内圆柱的轴线垂直,取压孔的轴线与孔板两端面向外倾斜角的夹角不大于3度。取压孔直径不应大于0.08D。
(4)孔板安装需要前后直管段,直管段的长度必须满足标准要求,必要时安装整流器。
(5)导压管应采用耐腐蚀材料,其内径不小于6mm,长度最好在16mm以内,导压管应垂直或倾斜敷设,起倾斜度不小于1:12.
(6)计量气体温度的温度计最好安装在孔板下游侧直管堆侵薇赜只锹皆外的地方,计算气量时应将此时所测的气流温度换算成孔板上游侧的气流温度,如果温度计安装在孔板上游侧,则温度计套管与孔板之间的直管段长度L应满足下列规定:
当温度计套管直径不大于0.03D时(D为计量管内径),L≥5D;
当温度计套管直径在0.03D至0.13D范围内时(D为计量管内径),L≥20D。
结束语
除了技术要求之外,孔板节流装置在长期运行后,节流装置容易产生堵塞、结垢、磨损、腐蚀等现象,这些都会带来附加误差,同时由于受温度等因素的影响,变送器接头容易产生泄漏,造成压力(或差压)损失,使用者必须根据计量介质的情况确定检查周期。

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