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孔板流量計(jì)計(jì)量分析

    SKLG型差壓式孔板流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)是適用于較大口徑管道的計(jì)量;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝容易;無(wú)可動(dòng)部件,性能可靠,耐用;應(yīng)用歷史悠久,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定全;SKLG型差壓式孔板流量計(jì)按標(biāo)準(zhǔn)制造的孔板不需要標(biāo)定;價(jià)格便宜。SKLG型差壓式孔板流量計(jì)缺點(diǎn):壓損大時(shí)不適宜長(zhǎng)輸管線計(jì)量;量程比。磺昂笾惫芏我箝L(zhǎng),占地面積大;輸出信號(hào)為模擬信號(hào),重復(fù)性不高;對(duì)整套流量計(jì)的精度影響因素多且錯(cuò)綜復(fù)雜,很難提高測(cè)量精度。
一、不確定度分析
節(jié)流式差壓流量計(jì)不確定度計(jì)算式:
(1)式中;Eqm-流量相對(duì)不確定度,% ;EC,Eε,ED,Ed,Eρ,EΔp-分別為C,ε,D,d,ρ,Δp的相對(duì)不確定度,%;β-直徑比,無(wú)量綱。
    1.SKLG型孔板流量計(jì)計(jì)算方程中描述流體流動(dòng)狀態(tài)真實(shí)性不確定度因素
    多年來(lái),我國(guó)的天然氣計(jì)量一直以體積流量為結(jié)算依據(jù),即以一個(gè)大氣壓(101.325kPa)下,20℃時(shí)的天然氣的量,對(duì)應(yīng)的體積流量。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn),天然氣標(biāo)準(zhǔn)體積流量計(jì)算公式為[2]  (2) 式中:qsc-標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積流量,m3/s;As-秒計(jì)量系數(shù),無(wú)量綱,As=3.1794×10-6;C-流出系數(shù),無(wú)量綱;E-漸近速度系數(shù),無(wú)量綱;d-孔板開(kāi)孔直徑,mm;FG-相對(duì)密度系數(shù),無(wú)量綱;ε-可膨脹性系數(shù),無(wú)量綱;F2-超壓縮因子,無(wú)量綱;FT-流動(dòng)溫度系數(shù),無(wú)量綱;p1-孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對(duì)靜壓,MPa;Δp-氣流流經(jīng)孔板時(shí)產(chǎn)生的差壓,Pa。
流出系數(shù)C為通過(guò)節(jié)流裝置的實(shí)際流量值與理論流量值之比。它是在上游直管段充分長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)條件下,并且孔板節(jié)流裝置在滿足規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)下進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)定的,才具計(jì)量特性。
 (3)式中: 直徑比,β=d/D;D值的單位為mm;當(dāng)間距符合法蘭取壓方式時(shí), L1=L2=25.4/D;當(dāng)間距符合角接取壓方式時(shí),L1=L2=0。
    根據(jù)規(guī)范,孔板開(kāi)孔直徑d、測(cè)量管內(nèi)徑JD、直徑比β和管徑雷諾數(shù)ReD的極限值應(yīng)符合表1規(guī)定。
表1 孔徑、管內(nèi)徑、直徑比和雷諾數(shù)極限值表

法蘭取壓

 角接取壓 

 D≥12.5mm

D≥12.5mm

 50m≤D≤1000mm

 50m≤D≤1000mm

 0.20≤β≤0.75

 0.20≤β≤0.75

 ReD≥1260β2D

 ReD≥5000(用于0.20≤β≤0.45)ReD≥10000(用于β>0.45)

當(dāng)氣流流束在孔板前1D處充滿管道,且為紊流狀態(tài)時(shí),流出系數(shù)C的百分誤差為:當(dāng)β≤0.6時(shí),為±0.6%;當(dāng)0.67πβ≤0.75時(shí),為±β%。
    2.被測(cè)介質(zhì)實(shí)際物理性質(zhì)的不確定度因素
    2.1 多相、非牛頓流體[3]~[5]
    標(biāo)準(zhǔn)中要求流經(jīng)流量計(jì)的流體必須是單相的牛頓流體。但是在油氣田開(kāi)采中現(xiàn)場(chǎng)液體含有微粒雜質(zhì)或氣泡,氣體中有液滴或固體微粒是難以避免的,問(wèn)題的關(guān)鍵是這些分散相的含量多少會(huì)影響到基本特性?確定這個(gè)界限是很重要的,未來(lái)界限的試驗(yàn)研究是流量計(jì)研制的一個(gè)內(nèi)容。
    結(jié)果表明:(1)用孔板流量計(jì)測(cè)量氣體流量,當(dāng)氣體中夾帶少量體時(shí),流量測(cè)量不確定度偏高,測(cè)量的濕氣流量隨β的增加而減少,在β比為0.7時(shí),測(cè)得的流量偏差為-1.7% ;(2)當(dāng)少量液體時(shí),在β比為0.5時(shí)表明孔板性能較好,但是將夾帶在孔板上游脫出,以獲得計(jì)量性能;(3)用舊的孔板流量計(jì)測(cè)量濕氣,流量計(jì)量值將降低3%。
    2.2 天然氣相對(duì)密度的影響
    密度參數(shù)是天然氣測(cè)量中極為物性參數(shù), 密度測(cè)量的不準(zhǔn)確度對(duì)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的不精度有著很大影響。根據(jù)計(jì)量條件估算密度帶來(lái)的不確定度:當(dāng)儀表精度較低運(yùn)行在下限時(shí),不確定度為±0.818%;反之,不確定度則在±0.793%,由此可見(jiàn)密度在流量測(cè)量中至關(guān)重要,所以為了準(zhǔn)確進(jìn)行天然氣計(jì)量,選用在線色譜儀進(jìn)行組分在線分析是十分必要的。
    3.測(cè)量中重要設(shè)備(如孔板開(kāi)孔直徑及直徑比)的不確定度
    規(guī)范規(guī)定,標(biāo)準(zhǔn)孔板是由機(jī)械加工獲得的一塊圓形穿孔的薄板。它的節(jié)流孔圓筒形柱面與孔板上游端面垂直,其邊緣是尖銳的, 孔板厚與孔板直徑比是比較小的?装逶跍y(cè)量管內(nèi)的部分應(yīng)該是圓的并與測(cè)量管軸線同軸,孔板的兩端面應(yīng)始終是平整的和平行的
    3.1 孔板偏心
    根據(jù)GB2624-81規(guī)定,孔板應(yīng)與節(jié)流裝置中的直管段對(duì)中。實(shí)驗(yàn)表明,孔板偏心引起的計(jì)量誤差一般在2%以內(nèi),孔徑比β值愈高,偏心率影響愈大,應(yīng)不用值高的孔板。

                                 
 3.2 孔板彎曲
    由于安裝或維修不當(dāng)。使孔板發(fā)生彎曲或變形, 導(dǎo)致流量測(cè)量誤差較大。在法蘭取壓的孔板上進(jìn)行測(cè)試,孔板彎曲產(chǎn)生的最大誤差約為3.5%,見(jiàn)圖1。
    3.3 孔板邊緣尖銳度
    孔板入口邊緣磨損變鈍不銳或受腐蝕發(fā)生缺口,或孔板管道內(nèi)部的焊縫或計(jì)量法蘭墊片,都將使實(shí)際流量系數(shù)增大和差壓降低,造成計(jì)算氣量偏小。
    二、提高計(jì)量精度的措施
    1.消除氣流中的脈動(dòng)流
    管道中由于氣體的流速和壓力發(fā)生突然變化,造成脈動(dòng)流,它能引起差壓的波動(dòng),而節(jié)流裝置的流量計(jì)算公式是以蘭孔板的穩(wěn)定流動(dòng)為基礎(chǔ)的,當(dāng)測(cè)量點(diǎn)有脈動(dòng)現(xiàn)象時(shí),穩(wěn)定原理不能成立,從而影響測(cè)量精度,產(chǎn)生計(jì)量誤差。
    脈流流量總不確定度等于按GB/T2624-93計(jì)算的測(cè)量誤差與脈動(dòng)附加不確定度的合成。(4)式中:ET-脈動(dòng)附加不確定度,無(wú)量綱; -軸向時(shí)均速度,m/s; -速度脈動(dòng)分量均方根值,m/s。(公式應(yīng)用條件≤0.32) 因此,為了保證天然氣計(jì)量精度,必須抑制脈動(dòng)流。常用的措施有:
    (1)在滿足計(jì)量能力的條件下,應(yīng)選擇內(nèi)徑較小的測(cè)量管,提高差壓和孔徑比;
    (2)采用短引壓管線,減少管線中的阻力件,并使上下游管線長(zhǎng)度相等,減少系統(tǒng)中產(chǎn)生諧振和壓力脈動(dòng)振幅增加;
    (3)從管線中消除游離液體,管線中的積液引起的脈動(dòng)可采用自動(dòng)清管系統(tǒng)或低處安裝分液器來(lái)處理。
   2.計(jì)量裝置的設(shè)計(jì)安裝應(yīng)符合規(guī)范
    由于影響孔板流量計(jì)測(cè)量精度的根本原因是節(jié)流裝置的幾何形狀和流動(dòng)動(dòng)態(tài)是否偏離設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。因此在使用過(guò)程中必須定期做好系統(tǒng)的校檢、維護(hù)工作,對(duì)于實(shí)際使用中的壓力、溫度、流量等工況參數(shù)的變化,應(yīng)進(jìn)行及時(shí)修正。可采用全補(bǔ)償?shù)牧髁坑?jì)算機(jī)的積算方案,以減少計(jì)量誤差,確保計(jì)量精度。
    3.避免人為計(jì)量誤差
    加強(qiáng)計(jì)量管理,提高操作人員技術(shù)素質(zhì)。

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