孔板計(jì)量天然氣流量產(chǎn)生誤差的原因分析

1、孔板計(jì)量天然氣流量產(chǎn)生誤差的緣故分析注：要結(jié)合我們的生產(chǎn)實(shí)際情況和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)6143-1998進(jìn)行分析方愛國（吐哈油田丘東采油廠）摘 要 文章要緊對在天然氣計(jì)量中使用最廣泛的孔板流量計(jì)在流量計(jì)量時(shí)產(chǎn)生誤差的一些緣故進(jìn)行了分析。主題詞 天然氣 流量 計(jì)量 孔板流量計(jì) 誤差一、前言孔板流量計(jì)在天然氣計(jì)量方面被最廣泛的采納?？装辶髁繙y量系統(tǒng)一般由節(jié)流裝置（標(biāo)準(zhǔn)孔板）、差壓變送器及數(shù)據(jù)處理器（開方積算器或計(jì)算機(jī)）組成?？装辶髁坑?jì)的要緊特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）適用于較大口徑管道的計(jì)量（目前口徑大于DN600的流量計(jì)一般只能選用孔板）。（2）無可動(dòng)部件，耐用。（3）應(yīng)用歷史悠久，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最全。（4）制造相對容易，

2、價(jià)格廉價(jià)。缺點(diǎn)：（1）測量范圍（量程比）窄，為3：1，且合理使用的流量是滿量程的30%80%。 （2）壓力損失最大，可達(dá)25%50%。 （3）計(jì)量準(zhǔn)確度受安裝條件阻礙專門大。 （4）前后直管段要求長，占地面積大。 （5）計(jì)量準(zhǔn)確度受人為因素阻礙大。 （6）不能直接讀出計(jì)量結(jié)果，使用不便。 為了提高孔板流量計(jì)在天然氣計(jì)量的準(zhǔn)確度，分析和掌握測量裝置本身在使用過程中產(chǎn)生誤差的緣故是計(jì)量工作中必不可少的一項(xiàng)重要工作。二、測量原理充滿管道的流體，當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時(shí)，如圖1所示： 圖1. 孔板附近的流速和壓力分布流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，因此在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。

3、流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，如此可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。這種測量方法是以流淌連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)為基礎(chǔ)的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關(guān)，例如當(dāng)節(jié)流裝置形式或管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)(密度、粘度)不同時(shí)，在同樣大小的流量下產(chǎn)生的壓差也是不同的。以伯努利方程式和流體流淌的連續(xù)性方程式為依據(jù)，天然氣流量計(jì)量的有用公式是： Qn=Ah*0*re*bk*Fr*d2*Fg*Fa*Fz*Ft* 式中 Qn 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體體積流量Ah 常數(shù)，視差壓、靜壓的單位而定，一般為8.68560 特定流量系數(shù)re測量管內(nèi)壁流量修正系數(shù)bk 孔板入口邊緣銳利度修正系數(shù)Fr

4、雷諾數(shù)修正系數(shù)氣體膨脹系數(shù)d 孔板在20下實(shí)測的開孔口徑Fa孔板熱膨脹修正系數(shù)Fg天然氣相對密度修正系數(shù)Fz超壓縮系數(shù)Ft 流體流淌溫度修正系數(shù)孔板上游側(cè)絕對壓力 氣體流過孔板時(shí)的差壓三、誤差因素分析1、差不多誤差 由測量裝置本身準(zhǔn)確度所決定的誤差。由于孔板流量計(jì)測得的流量是依照差壓信號間接求得的。從公式能夠看出，阻礙測量準(zhǔn)確度的要緊因素是、F、等值。必須保持、F、均為恒定值，才能達(dá)到差壓和流量之間有恒定的對應(yīng)關(guān)系。但在實(shí)際生產(chǎn)中，、F、都與某些因素有關(guān)，特不是流量系數(shù)，它是一個(gè)阻礙因素復(fù)雜，變化范圍大的重要系數(shù)，假如在測量過程中不能保證為恒定值，則測量誤差將會(huì)較大。從資料和實(shí)驗(yàn)證明，流量系數(shù)

5、值與取壓點(diǎn)位置、孔板的開孔截面積和管道截面積比（m= d2 /D2）、雷諾數(shù)、管壁粗糙度、孔板入口邊緣尖銳度有關(guān)。因此，標(biāo)準(zhǔn)孔板的選用應(yīng)符合下列技術(shù)要求：（1）標(biāo)準(zhǔn)孔板的技術(shù)要求1）孔板相關(guān)于開孔直徑d的軸線中心對稱；2）孔板上游端面A應(yīng)于下游端面B平行，同時(shí)與開孔直徑d的軸線垂直；3）孔板A面、B面應(yīng)無可見的損傷；4）孔板開孔直徑d的上游測直角入口邊緣G應(yīng)銳利，無毛刺和劃痕。5）孔板開孔直徑d的內(nèi)圓柱表面長度e應(yīng)符合：0.005De0.02D；6）孔板的厚度應(yīng)符合：eF0.005D；7）孔板下游側(cè)出口邊緣H和孔板開孔圓柱形下游側(cè)出口邊緣I應(yīng)無毛刺、劃痕和可見損傷；8）標(biāo)準(zhǔn)孔板在使用過程中，會(huì)

6、由于天然氣的侵蝕而產(chǎn)生變形，從而引起流量系數(shù)增大而產(chǎn)生測量誤差。因此孔板的材質(zhì)也是保證孔板工作可靠和測量準(zhǔn)確的一個(gè)因素。用于天然氣測量的孔板采制一般為：Cr17、1Cr18Ni9TiC以及其他耐酸鋼。整套流量計(jì)的精確度還決定于差壓變送器和流量顯示儀的精確度。然而當(dāng)其他參數(shù)的精確度不高時(shí)采納高精度差壓變送器并不能起多大作用。流量顯示儀的作用要緊在監(jiān)視運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定性等方面，它的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度一般是無問題的。因此，要提高測量的精確度應(yīng)有一個(gè)全面可能，如此才能作出技術(shù)經(jīng)濟(jì)性最佳方案的選擇。 差壓儀表本身的精度也是造成差不多誤差的緣故。假如差壓儀表的零點(diǎn)漂移，會(huì)使測量結(jié)果與實(shí)際值相差較大。2、附加誤差在

7、流量計(jì)的安裝和使用過程中，沒有嚴(yán)格遵守技術(shù)要求和設(shè)計(jì)所提供的數(shù)據(jù)而找成的誤差。這種誤差的大小是無法可能的。然而通過對造成誤差因素的分析，能夠?qū)⒄`差降低?？装辶髁繙y量系統(tǒng)安裝使用時(shí)，必須符合下列技術(shù)要求：1）孔板安裝時(shí)，他的開孔中心和管道中心軸線同心，而且它的端面與管道軸線垂直；2）孔板上、下游側(cè)取壓孔軸線符合距孔板上、下游端面的距離為25.40.8mm的要求； 3）取壓孔的軸線應(yīng)與孔板上下游側(cè)2D測量管長度的內(nèi)圓柱的軸線垂直，取壓孔的軸線與孔板兩端面向外傾斜角的夾角不大于3度。取壓孔直徑不應(yīng)大于0.08D；4）孔板安裝需要前后直管段，直管段的長度與孔板上游側(cè)局部阻力件的形式和直徑比有關(guān)，其確定

8、方法如下表：表. 孔板與阻流件之間所要求的直管段長度（無流淌調(diào)整器）（數(shù)值以管徑D倍數(shù)表示）直徑比孔 板 上 游 側(cè) （入口）單個(gè)90o彎頭 兩個(gè)90o彎頭在任意平面(S30D) 在同一平面上的兩個(gè)90o彎頭，S形狀(30DS10D)在同一平面上的兩個(gè)90o彎頭，S形狀(10DS)在垂直平面上的兩個(gè)90o彎頭，(30DS5D)在垂直平面上的兩個(gè)90o彎頭，(5DS) 單個(gè)90o三通單個(gè)45o彎頭在同一平面上的兩個(gè)45o彎頭，S形狀(S22D) ABABABABABABAB0.20631010101019183417930.401631010101044185025933090.50229181

9、02210441875341993090.6042133018421844186525291830180.6744204418442044206010361844180.754420441844224420751844184418直徑比孔 板 上 游 側(cè) （入口）孔板下游側(cè)（出口）漸縮管在1.5D到3D的長度內(nèi)由2D變?yōu)镈漸擴(kuò)管在D到2D的長度內(nèi)由0.5D變?yōu)镈 全孔球閥或閘閥全開 對稱突縮管溫度計(jì)套管或插口直徑小于0.03D 前面全部阻流件類型和密度計(jì)套管ABABABABABAB0.2055168126301553420.4055168126301553630.506518912630155

10、3630.6095221114730155373.50.67126271418930155373.50.7522113819241230155384惡劣的安裝條件，可能的話采納流量調(diào)整器。溫度計(jì)套管的安裝可不能變更其上游側(cè)的最小直管段長度。最小直管段長度是指孔板的上下游阻流件與孔板之間的長度，該長度是從最靠近的彎頭或三通的曲面部分下游末端或漸縮管和漸擴(kuò)管的錐管部分下游末端測量起。5）差壓信號管路的安裝 差壓信號管路是指節(jié)流裝置與差壓變送器(或差壓計(jì))的導(dǎo)壓管路。它是孔板流量計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，據(jù)統(tǒng)計(jì)孔板流量計(jì)的故障中引壓管路最多，如堵塞、腐蝕、泄漏、凍結(jié)、假信號等等，約占全部故障率的70，因此對差壓

11、信號管路的配置和安裝應(yīng)引起高度重視。 （1）取壓口 取壓口一般設(shè)置在法蘭上，當(dāng)測量管道為水平或傾斜時(shí)取壓口的安裝方向如圖2所示。它能夠防止測液體時(shí)氣體進(jìn)入導(dǎo)壓管或測氣體時(shí)液滴或污物進(jìn)入導(dǎo)壓管。當(dāng)測量管道為垂直時(shí)，取壓口的位置在取壓位置的平面上，方向可任意選擇。不同溫度條件下取壓接頭的安裝方法如圖3所示。 圖2. 取壓口位置安裝示意 圖3. 在管道上安裝取壓接頭的方法（2）導(dǎo)壓管 導(dǎo)壓管的材質(zhì)應(yīng)按被測介質(zhì)的性質(zhì)和參數(shù)確定，其內(nèi)徑不小于6mm，長度最好在16mm以內(nèi)，各種被測介質(zhì)在不同長度時(shí)導(dǎo)壓管內(nèi)徑的建議值如下表所示。導(dǎo)壓管應(yīng)垂直或傾斜敷設(shè)，起傾斜度不小于1：12，粘度高的流體，其傾斜度應(yīng)更增大

12、。當(dāng)導(dǎo)壓管長度超過30mm時(shí)，導(dǎo)壓管應(yīng)分段傾斜，并在最高點(diǎn)與最低點(diǎn)裝設(shè)集氣器（或排氣閥）和沉淀器（或排污閥）。正負(fù)導(dǎo)壓管應(yīng)盡量靠近敷設(shè)，防止兩管子溫度不同使信號失真，嚴(yán)寒地區(qū)導(dǎo)壓管應(yīng)加防凍愛護(hù)，用電或蒸汽加熱保溫，要防止過熱，導(dǎo)壓管中流體汽化會(huì)產(chǎn)生假差壓。表. 導(dǎo)壓管的內(nèi)徑和長度導(dǎo)壓管長度/mm1600016000450004500090000導(dǎo)壓管直徑/mm被測流體水、水蒸氣、干氣體791013濕氣體131313低、中粘度的油品131925臟液體或氣體252538 6）測量氣體溫度的溫度計(jì)最好安裝在孔板下游側(cè)直管段以外的地點(diǎn)，計(jì)算氣量時(shí)應(yīng)將現(xiàn)在所測的氣流溫度換算成孔板上游側(cè)的氣流溫度，假如溫

13、度計(jì)安裝在孔板上游側(cè)，則溫度計(jì)套管與孔板之間的直管段長度L應(yīng)滿足下列規(guī)定：當(dāng)溫度計(jì)套管直徑不大于0.03D時(shí)（D為計(jì)量管內(nèi)徑），L5D；當(dāng)溫度計(jì)套管直徑在0.03D至0.13D范圍內(nèi)時(shí)（D為計(jì)量管內(nèi)徑），L20D； 孔板節(jié)流裝置安裝于現(xiàn)場嚴(yán)酷的工作場所，在長期運(yùn)行后，不管管道或節(jié)流裝置都會(huì)發(fā)生一些變化，如堵塞、結(jié)垢、磨損、腐蝕等等。檢測件是依靠結(jié)構(gòu)形狀及尺寸保持信號的準(zhǔn)確度，因此任何幾何形狀及尺寸的變化都會(huì)帶來附加誤差。苦惱的是，測量誤差的變化并不能從信號中覺察到，因此定期檢查檢測件是必要的。能夠依照測量介質(zhì)的情況確定檢查的周期?？装辶髁坑?jì)是一種從設(shè)計(jì)、制造到安裝使用要求專門嚴(yán)格的儀表，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的失誤都會(huì)