摘要：天然氣生產(chǎn)與貿(mào)易計(jì)量中仍然大量采用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，其在實(shí)際應(yīng)用中需要規(guī)范操作、嚴(yán)格管理才能確保計(jì)量的有效和準(zhǔn)確。重點(diǎn)介紹標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用及日常管理中的注意事項(xiàng)。
一、引言
標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)是天然氣行業(yè)中使用最多，并已標(biāo)準(zhǔn)化的檢測元件,在嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)制造、安裝和使用的條件下,無需進(jìn)行實(shí)流檢定.也能在已知的不確定度范圍內(nèi)進(jìn)行流量測量。這一突出的優(yōu)點(diǎn)使孔板流量計(jì)在今后-定時(shí)期內(nèi)，仍將在天然氣流量計(jì)量中占有重要地位。
二、孔板計(jì)量選型及優(yōu)缺點(diǎn)
1.孔板流量計(jì)計(jì)量儀表選型
孔板流量計(jì)由節(jié)流裝置、導(dǎo)壓管路系統(tǒng)、差壓計(jì)組成,具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易,安裝、使用和維護(hù)方便,可靠性高等特點(diǎn)。一般正常情況下,其測量精度能滿足GB/T2624-1993(流量測量節(jié)流裝置用孔板、噴嘴和文丘里管測量充滿圓管的流體流量(替代GB2624-1981))和石油部SYL04-1983(天然氣流量測量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法.升級(jí)為SYT6143-1996)標(biāo)準(zhǔn)的要求。使用孔板流量計(jì)時(shí)各計(jì)量點(diǎn)的主要區(qū)別在于二次儀表的選型配制，最常見的有兩種類型:--是采用雙波紋管差壓計(jì)記錄靜壓、差壓,求出靜壓和差壓的全天平均值,玻璃棒溫度計(jì)測量溫度,人工采樣的平均值作為溫度值;二是差壓變送器與溫度、壓力變送器加智能計(jì)算儀，實(shí)現(xiàn)天然氣流量測量和計(jì)算的自動(dòng)控制及管理。雙波紋管差壓、靜壓記錄儀和玻璃棒溫度計(jì)是機(jī)械式熱工儀表,精度差;并且需要人工求積來計(jì)算小時(shí)、日平均值、累積值,人為涉及的因素太多,天然氣的流量計(jì)算無法嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行;而智能變送器則可以實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)檢測積算,完全符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法。
2.孔板流量計(jì)優(yōu)缺點(diǎn)
孔板流量計(jì)按照是否可以帶壓更換孔板，分為-體式孔板流量計(jì)和高級(jí)孔板流量計(jì)(高級(jí)孔板閥)。優(yōu)點(diǎn):原理簡明,應(yīng)用技術(shù)成熟，容易掌握;適應(yīng)性強(qiáng),更換孔板即可實(shí)現(xiàn)不同流量的測量;性能穩(wěn)定可靠,使用壽命長;孔板為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件,標(biāo)定方便簡單。缺點(diǎn):量程比小,一-般為3:1-5:1;壓力損失較大;計(jì)量精度受影響因素較多;前后直管段要求長,占地面積大。
三、引起孔板計(jì)量誤差的主要因素
1.計(jì)量儀表誤差
采用孔板流量計(jì),對孔板加工的技術(shù)要求十分嚴(yán)格,必須符合GB2624-1981或SY/T6143-2003(用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量天然氣流量)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定,否則,會(huì)給天然氣流量測量結(jié)果帶來很大的誤差�？装宓钠暮蛷澢强装宓闹圃彀惭b和使用中影響計(jì)量儀表精度的主要因素,有關(guān)實(shí)驗(yàn)表明,孔板彎曲造成的最大誤差為3.5%�？装灏惭b盡管安裝規(guī)范--般都能夠掌握,但有些細(xì)節(jié)往往沒有引起重視,導(dǎo)致較大的計(jì)量誤差。如密封墊片內(nèi)孔未按環(huán)室尺寸加工,墊片伸出環(huán)室,干擾流體穩(wěn)定流動(dòng):導(dǎo)壓管走向不合理,差壓無法順利傳導(dǎo);平衡器安裝水平精度低，直接產(chǎn)生計(jì)量誤差等。
2.節(jié)流裝置的突出物
節(jié)流裝置中伸入管內(nèi)的墊片焊縫等也會(huì)引起測量誤差,誤差大小與突出物位置、孔板與突出物的距離以及突出等有關(guān)。有關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)β=0.7,突出物位于孔板上游管徑2倍時(shí),產(chǎn)生誤差最大;若突出物位于孔板上游處,誤差為16%-50%。若位于下游，則對計(jì)量精度的影響相對較小。
3.使用條件變化引起的誤差
這種誤差主要是由脈動(dòng)流現(xiàn)象和超量程、流程頻繁波動(dòng)問題引起的。管道中氣體流速和壓力發(fā)生突然變化，造成脈動(dòng)流，引起差壓波動(dòng)，當(dāng)節(jié)流裝置上出現(xiàn)明顯的脈動(dòng)流時(shí),計(jì)量可能產(chǎn)生較大誤差，有關(guān)文獻(xiàn)指出脈動(dòng)流引起的誤差最大可達(dá)20%-30%。此外,由于小用戶用氣不均衡，氣量瞬間發(fā)生急劇變化,都會(huì)導(dǎo)致差壓波動(dòng)。超量程問題大多數(shù)是由于季節(jié)不同,用量發(fā)生變化引起的,冬天時(shí)流量大，夏天時(shí)流量小，有可能超過所選儀表的量程，從而引起誤差:同時(shí),城市用氣而無調(diào)峰設(shè)施的計(jì)量裝置.當(dāng)流量隨時(shí)間頻繁波動(dòng)時(shí),將會(huì)直接影響對天然氣計(jì)量的精度。
4.氣質(zhì)條件引起的誤差
天然氣從地層中采出來,雖然經(jīng)過分離、除塵或過濾，但由于處理不徹底或集氣管網(wǎng)和輸氣干線內(nèi)腐蝕物的影響，使得天然氣中混有少量的液體或固體雜質(zhì)，這些雜質(zhì)易聚集在孔板截面收縮流速突變的孔口銳邊上，而孔板流量計(jì)對孔板銳邊、截面及流線的變化非常的敏感。此外,天然氣中的雜質(zhì)還會(huì)對孔板產(chǎn)生沖刷和腐蝕,特別是對孔板直角人口邊緣和測量管內(nèi)壁的沖刷腐蝕特別嚴(yán)重,這將影響到孔板直角人口邊緣圓弧半徑和測量管內(nèi)壁相對粗糙的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn),孔板流出系數(shù)也將發(fā)生變化，使測量精度達(dá)不到要求。天然氣的含水量也對天然氣計(jì)量精度有著很大的影響。工程實(shí)驗(yàn)站用注水后的孔板流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量得到了:①用孔板流量計(jì)測量氣體流量,當(dāng)氣體中央帶少量液體時(shí),流量測量不確定度偏高,測量的濕氣流量隨β的增加而減少,在β比為0.7時(shí),測得的流量偏差為-1.7%;②當(dāng)夾帶少量液體時(shí),在β比為0.5時(shí),表明孔板性能較好，但是應(yīng)將夾帶液體在孔板上游脫出,以獲得最佳的計(jì)量性能;③用舊的孔板流量計(jì)測量濕氣,流量計(jì)量值將降低3%。
5.其他引起的誤差
其他誤差因素有管道泄露、人為破壞、管理不嚴(yán)、不合理的積算和取值方法.計(jì)量:工況偏離標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件。計(jì)算方法本身不合理,對溫度、壓力氣體組成的變化沒有自動(dòng)補(bǔ)償?shù)龋彩且鹛烊粴庥?jì)量誤差的原因。特別是管道泄漏引起的誤差也相當(dāng)大。例如，節(jié)流裝置前后的差壓一般都很小(0~60kPa),管道壓力往往是它的幾十倍,如發(fā)生導(dǎo)壓管泄漏或堵塞,不僅給計(jì)量帶來誤差,而且會(huì)損壞差壓變送器。輸氣系統(tǒng)的泄漏有3種類型:偶然性泄漏、長期性泄漏和普通運(yùn)行泄漏。偶然性泄漏是指由于輸氣系統(tǒng)在長期運(yùn)行過程中的腐蝕和輸配設(shè)備安裝不當(dāng)或設(shè)備發(fā)生故障所導(dǎo)致的泄漏。長期性泄漏是由于輸配氣站本身工藝設(shè)計(jì)的不合理或設(shè)備質(zhì)量不好導(dǎo)致的泄漏。普通運(yùn)行泄漏是指由于某些站場管部件本身設(shè)計(jì)不當(dāng)造成腐蝕從而引發(fā)的泄漏,輸氣系統(tǒng)的泄漏絕大部分屬于偶然性泄漏。造成輸氣系統(tǒng)發(fā)生泄漏的主要原因包括:輸氣管道和部件長期暴露于酸性氣體環(huán)境中，造成硫化氫腐蝕;天然氣中的HS.CO2等酸性氣體和H20、O2等組分達(dá)不到輸氣系統(tǒng)對氣質(zhì)的要求造成輸氣管道和部件內(nèi)壁腐蝕;輸氣管道制管質(zhì)量差導(dǎo)致管道螺旋焊縫的斷裂;輸氣管道和部件安裝和焊接質(zhì)量差導(dǎo)致管道環(huán)行焊縫和管、件之間焊縫的斷裂等等。
四、消除計(jì)量誤差的改進(jìn)措施
1.孔板加工及安裝
嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)加工孔板,正確安裝,合理選擇壓差量程嚴(yán)格按照GB2624-1981或SY/Y6143-1996標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定加工孔板�？装骞�(jié)流裝置在使用前的安裝中應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)安裝設(shè)計(jì),根據(jù)孔板前阻力件形式配接足夠長度的直管段，一般應(yīng)至少前30D。當(dāng)場地不允許時(shí),必須在孔板前的直管段上安裝整流器�？装迦丝诙嗣姹仨毰c管道線垂直,其偏差不能超過10。安裝時(shí)孔板嚴(yán)禁反向，要正確使用和選擇壓差計(jì)，當(dāng)壓差計(jì)工作量程在30%以下時(shí),必須及時(shí)更換壓差計(jì)的量程或孔板規(guī)格。法蘭取壓時(shí)β值應(yīng)在0.2~0.75,角接取壓時(shí)β值應(yīng)在0.4-0.6。
2.氣流脈動(dòng)誤差消除
消除脈動(dòng)流,減小脈動(dòng)影響,合理解決超量可以采用以下方法消除脈動(dòng)流.減小脈動(dòng)流的影響。
(1)采用分離除塵器加強(qiáng)氣水分離;從管線中除去游離液體,及時(shí)吹掃排出管道內(nèi)積液,確保天然氣計(jì)量準(zhǔn)確性。
(2)控制計(jì)量管段下流閥。實(shí)踐證明，控制下流閥能有效的抑制脈動(dòng)流,同時(shí)對各類脈動(dòng)源引起的壓差波動(dòng)都有抑制作用。
(3)加裝緩沖罐或設(shè)置專門]脈動(dòng)消減器，抑制脈動(dòng)源引起的差壓波動(dòng);提高差壓和孔徑比;安裝調(diào)壓閥穩(wěn)定輸出壓力,從而減小脈動(dòng)對計(jì)量的影響。
(4)在滿足計(jì)量能力的條件下,應(yīng)選擇內(nèi)徑較小的測量管，使Apβ在比較高的雷諾數(shù)下運(yùn)行。
(5)采用短引壓管線,盡量減少引壓管線系統(tǒng)中的阻力件,并使上下游管線長度相等，以減少系統(tǒng)中產(chǎn)生諧振和壓力脈動(dòng)振幅的增加。
五、孔板計(jì)量參數(shù)的上傳及流量計(jì)算
現(xiàn)場安裝孔板閥,差壓變送器，溫度變送器,壓力變送器�？刂剖覂�(nèi)站控PLC系統(tǒng)有專用的計(jì)量模塊，可讀取其他模擬量模板采集的流量相關(guān)參數(shù)，包括差壓、壓力、溫度，完成對流量的計(jì)算,溫度壓力補(bǔ)償,這種方式在控制成本的同時(shí)可保證一定的精度;控制室內(nèi)有1746系列PLC，模擬量采集模板1746-NI8負(fù)責(zé)采集差壓、壓力、溫度。MVI46-AFC流量計(jì)算機(jī)模板,支持8路流量計(jì)量,流量累積。PLC處理器將I/0模板采集的差壓、壓力、溫度數(shù)據(jù)通過槽架背板傳給MVI46--AFC，完成流量的計(jì)算后再通過背板將結(jié)果傳給處理器,供PLC邏輯程序使用、工控機(jī)顯示或上傳SCADA系統(tǒng)。
六、孔板流量計(jì)日常管理
(1)加強(qiáng)日常管理，對參數(shù)進(jìn)行合理修正在日常生產(chǎn)中應(yīng)定期對孔板進(jìn)行清潔、維修或撒換并且對測量流量進(jìn)行修正,在孔板流量計(jì)日常使用過程中,要確保準(zhǔn)確的計(jì)量,應(yīng)至少每月--次清洗檢測孔板、檢查儀表零點(diǎn).儀表D/A轉(zhuǎn)換通道核對流量計(jì)算程序,對有坑蝕及劃痕的孔板應(yīng)及時(shí)更換。從節(jié)流裝置不確定度的計(jì)算公式可以看出,天然氣的壓力、密度、溫度和壓縮系數(shù)的變化將直接影響到測量的精度。因此,應(yīng)該選擇合適的儀表來測量天然氣的壓力、密度溫度等特性參數(shù)。
(2)孔板流量計(jì)測量范圍一般為3.5:1,而實(shí)際工況并不都在此范圍,一旦超過測量范圍，必將引起測量誤差。孔板差壓變送器差壓范圍應(yīng)控制在其量程的10%以內(nèi)，例如,差壓變送器量程為0-60kPa,日常計(jì)量中差壓工作范圍應(yīng)保持在6kPa~54kPa,如超出該量程范圍將影響計(jì)量精度。
(3)根據(jù)場站下游用戶用氣量的不斷變化，提前加工制作不同規(guī)格孔板,每塊孔板都可以計(jì)算出對應(yīng)流量范圍,場站可根據(jù)氣量變化及時(shí)更換孔板。以此實(shí)現(xiàn)節(jié)流裝置產(chǎn)品系列化、標(biāo)準(zhǔn)化,有利于提高節(jié)流裝置計(jì)量的精度。
(4)定期檢查孔板導(dǎo)壓管是否存在銹蝕,觀察導(dǎo)壓管是否有堵塞、泄漏等現(xiàn)象,--旦發(fā)現(xiàn)立即整改,以確保計(jì)量精度。
(5)場站值班人員定期檢查孔板流量計(jì)的差壓、壓力、溫度變送器現(xiàn)場工作是否正常，控制室上傳參數(shù)及現(xiàn)場顯示是否一致,孔板瞬時(shí)流量是否穩(wěn)定等。這些都是影響孔板計(jì)量精度的主要因素。
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