測量氣體流量如孔板差壓流量計

1、第七章天然氣流量計算,夥礬鑑普礬醜器籬臨專III 3質(zhì)量式流量計為一種處于發(fā)展中的儀表，它不受溫度、壓 才氣體偏差系數(shù)影響具有直讀瞬時和累計的痔魚。如渦輪溢量上靶式流量甘辱。第一節(jié)差壓法測氣原理 一、孔板差壓流量計它是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流 經(jīng)節(jié)流 元件時產(chǎn)生的壓力差與其流量間的對應(yīng)關(guān)系，通過 測量壓差實現(xiàn)對流量的測量。如圖7-1所示，差壓式流量計由節(jié)流裝置、導壓 會和 差壓計三大部分所組成。86上游側(cè)第二阻流件；2上游側(cè)第一阻流件；3、5孔板前后測量管；4孔板和孔板夾持器；6下游側(cè)第一阻流件；7導壓管；8差壓計；Lo 一第一阻流件與第二阻流件之間的直管段；1人2孔板上下游側(cè)的直管

2、段3二、差壓法測氣原理充滿管道的流體，當它 流經(jīng)管道內(nèi)節(jié) 流裝置（如孔 板）時，流速將在節(jié)流裝置 處形成 局部收縮，將使部分壓能轉(zhuǎn)為動 能，其結(jié)果使流速增加，靜壓降 低，在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生了壓力 降，如圖7-2所示。流束局部收縮：被測流體流經(jīng)節(jié) 流裝置時，節(jié)流 裝置前后的特性和 壓力分布圖7-2所示。IDAt7- 2孔板前后壓力和流速 分布圖差壓的產(chǎn)生：由于流體運動的慣 性，流經(jīng)節(jié)流裝鴦后流體將繼續(xù)保持原來的流動方向，在孔板岀口端 砌處形成一最小收縮截面 傳，此處流速截面最小，力最低。此后，流束又逐 漸擴大，壓 力逐漸恢復升高，直至流體充滿整個管道，壓力 恢復到最大值。標準孔板所產(chǎn)生的壓差，通

3、過導壓管將差壓訊號 傳遞給差壓計，并由差壓計顯示出來。角接取壓：角接取壓孔板夾持器可以是單獨鉆孔取 壓器 件，或是環(huán)室取壓。單獨鉆孔取壓規(guī)定上游側(cè)靜壓由前夾緊環(huán)取出， 下游側(cè)靜壓由后夾緊環(huán)取出。環(huán)室取壓規(guī)定孔板上游 側(cè)靜壓由前環(huán)室取出，下游側(cè)靜壓由后環(huán)室取出。見 07-3 ovB帕燭鮎扎取EE兀圖72柚向中心線3角接取壓孔板夾持cLJ法蘭取壓：指測量管法蘭上帶有符合有關(guān)規(guī)定的取壓器 件， 并規(guī)定上、下游取壓孔的間距均為25-4mm,且是L板的上游端 面量起。取壓孔間距是指取壓孔軸線與某一規(guī)定端面的 的距離。見圖7- 47圖74法蘭取壓孔板夾持器1 TLM； 2夾緊環(huán)；a環(huán)隙寬度或取壓孔直徑；F

4、 環(huán)隙嚴；c、L上、下游夾緊環(huán)長度；b夾緊環(huán)內(nèi)徑；s上游臺階到夾緊環(huán)的距離其原理為：流體通過節(jié)流裝置處，流束將形成局 稱收縮，使部分壓能轉(zhuǎn)化為動能，使流速增加，乍隆 低，在節(jié)流裝置前后產(chǎn)生壓差，流量越大,塁也越大，反 之,越小，通過測量壓差的大小，可間接地計算氣體流 量。三、氣動差壓變送器岔雋 動差壓變送器的工作原理氣動差壓變送器是將差壓轉(zhuǎn)換為成比例的 標準信號（0020. lOMPa）它基于力矩平衡原理工作，釆用了 負反饋的補償線路。單杠桿差壓變送器結(jié)構(gòu)如 圖7- 5所示。圖75單桿差變壓器結(jié)構(gòu)圖1膜盒；2彈簧片；3主杠桿；4軸圭寸膜片；5一頂針架；6站板；7噴嘴；8氣動敵耒器；9波紋管圖7

5、6差壓變送器杠 桿機構(gòu)受力圖(7-4)(7-5)單杠桿機構(gòu)受力情況如圖76所示在主杠桿上作用兩個力：一個是測 劇力F,另 一個是反饋力Ff,其大出分別為:旦二二衛(wèi)2 )二 A 如(7Ff 二企 0 出(7-2)耳；、Ff作用在主杠升上，產(chǎn)生了測量力矩 Mj;、和反饋力矩Mf,它們的方向相反，大小 分別為當主杠桿處于平衡狀態(tài)時，則M-M,(7-3)Mj =*21(出即1/曲巳仃出 2.安裝及操作(1)節(jié)流裝置的安裝(2)變送器的安裝節(jié)(3)操作(自學)護LGE系列的司換孔板流量計 LGE系列可換孔板節(jié)流計量裝置(現(xiàn)W103油田 對涸洲終 端供氣用)是一種結(jié)構(gòu)新穎的流量檢測儀 表，其特點是將節(jié)流

6、元件(孔板)精確地安裝在固定的座體內(nèi)，在不拆動管線或不 量管道進 行清掃，從而保證了計量精度，減小維護的工作量。停止流體輸送的情況下，可以方便地對孔板進行更換和對計4FOXBORO系列差壓流量計海上油田普遍使用易于維護、高精確度的氣體 差壓式流量計，主要有FOXBORO氣動的13A、15A、13Hd / p cell系列 和電動823d / p cell系列。 (1)安裝要求 見圖(77)-以上的安裝是按照美國GAS ASSOCIATION標準的丨要求。在變送器前面使用一個整流葉片STRAIGHTENING VANES),目的是在孔板和 STRAIGHTENINGVANES之間形成_個平穩(wěn)的、

7、線 性的流體，以達到精確計量氣 體流量的目的。STRAIGHTENING VANES是一個由多個焊在一 起的導引管組成并固定在計量管壁上的儀器，該儀器由 FOXBORO生產(chǎn)，在國內(nèi)也叫整流器。整流器高唏引壓法蘭孔板/低瑞引壓法蘭旁通閥圖77變送器安裝示意圖1）對孔板噴嘴上、下游管段的要求2）對設(shè)置測壓孔的要求3）變送器安裝位置要求齪氐士所述基本安裝要求，具體如圖78。圖78差壓式流量變送器安裝位置圖第二節(jié)氣計量近年隨著電子工業(yè)的發(fā)展，已引進計算機進行計量的處理，但基礎(chǔ)仍然為國孔板流量計。天然氣流量 妬圖7 ： L0 所示，主要由：計量直管段；標準孔板； 標準孔板夾持器；溫度、壓力、記錄儀（目前

8、一般釆用變送器）；流量記錄儀或計 算機；專門從流量計算機讀取數(shù)據(jù)并進行有效存儲管理的計 算機等組成。J流量計算機計算機iXJCXl 到計算機網(wǎng)絡(luò)13圖710天然氣流量計量系統(tǒng)簡圖 一、單井氣計量 1.孔板流量計測量單井氣量的常規(guī)計算使用孔板流量計測量單井氣量一般使用以下實15(7-6)Qq =1.8943 ao標準狀況指在溫度為15 C、壓力為760mmHg的環(huán) 境下?？装寰C合校正系數(shù)K由匕、廠、Y三個校正系數(shù)產(chǎn)生。 Ko為孔板校正系數(shù)，是截議比ni的函數(shù)，截面積比m由下式得到：刀2m 一 (7-7)式中：d孔板直徑，mm； D管道內(nèi)徑，mm?？装逯睆絛和管道內(nèi)徑D間的關(guān)系見圖7-9o根據(jù)壓差

9、取樣口的位置分為法蘭取樣和管線取樣，見圖7-11。由截面積比m的值*和壓 差取樣口的位置,查相應(yīng)的圖7 12或圖713, 可得到KooH7-11 (a)壓差管線取樣12.5P18D圖712(b)壓差法蘭取樣為簡化計算過程將雷諾數(shù)系數(shù)Re、膨脹系數(shù)Y憧取互。 好I戰(zhàn)壓差4*w由孔板流量計的Barton記錄儀記錄 崔 Barton卡片上。由于有些記錄儀以英寸水柱為單位，孑L 板壓差Hw的值需轉(zhuǎn)換為毫米水柱，毫米水柱和英寸水柱 的轉(zhuǎn)換關(guān)系為：1毫米水柱二1英寸水柱X 25. 4o孔板壓差HW平均值由下式得出：1 n(7-8)” 1氣體壓縮系數(shù)Z。，是視溫T和視壓Pr的函數(shù)。T和P）由下式得到T(7-

10、9)(7-10)測試分離器壓力Po （指絕對壓力）單位為105Pa；測試 分離器溫度T。（指絕對溫度）可由下式得出T =T C + 273, K；I；和Pc由氣相對密度查圖7 15獲得。利用已知P。和Pc, To和Tc計算出視溫耳和視壓Pr,通過視溫和視壓Pr查圖7-16,可得到氣體壓縮系數(shù)Z。將各參數(shù)的 值代 人公式，經(jīng)計算可得到單井氣產(chǎn)量。 2單井氣量的計算實例例某生產(chǎn)井產(chǎn)氣的各測量參數(shù)值如下：f卜板直徑d=63. 5rnm；2T5m m ；測試分離器壓力P=3 35MPa； 測試分離器溫度T =58C；氣相對密度由孔板直=635m m和管道內(nèi)徑D= 142. 5mm 得截面積比 m二63

11、 5/142- 5=0- : L986由截面積比m=0. 1986,查相應(yīng)的圖7-13,可得 到Ko=0. 615為簡化計算過程將雷諾數(shù)系數(shù)Re、膨脹系數(shù)Y的值 取1 氣體壓縮系數(shù)Z。的獲得方法：測試分離器壓力P。（指絕對壓力）二335 +01=3. 36MPa=33. 6X 105Pa*|1試分離器溫度T。（指絕對溫度）=58 + 3=331K 由氣相對密度0. 746,查圖7-15得Tc=227K和P=46. 0105Pa視溫耳二空二33 乂 27=1. 46視壓I二訂0二。處C通過視溫T和視壓P查圖7 16,可得到氣體壓縮系 數(shù)Z。=0. 93將各參數(shù)的值代人公式：H、代217170x3

12、3.61331x0.93x0.746qg=0.18943Kd2 TOZO =0.18943x0.615x63.52xa=8363.75 m3/h二油田總產(chǎn)氣量的計量-I油田總產(chǎn)氣量的計量的計算方法： 古單井產(chǎn)氣量累計法根據(jù)各生產(chǎn)井單井測試的產(chǎn)氣量求和累計可計算岀油 田總產(chǎn)氣量。Q產(chǎn)以1(7-12)氣欝Q油田總產(chǎn)氣量；耳十生產(chǎn)井單井產(chǎn)n生產(chǎn)井井數(shù)；T 一生產(chǎn)井生產(chǎn)小時數(shù)。 2 P輸氣量si累計法將話田的各外輸氣流量計流量值進行累計，再加 上原油分 離器氣出口的氣量得到油田總產(chǎn)氣量。注意講法：店、現(xiàn)場實用計算公式CWD雙波紋管差壓計所用記錄紙為園形，由鐘表機構(gòu)驅(qū)動，24小時順時針方向轉(zhuǎn)動一圈。廣泛

13、使用的記錄紙為-100 （最大格數(shù)為100格）的開方卡片。開方卡片的特點是各同心園的間隔不是等距離 的，并且從卡片上讀岀的記錄數(shù)不是靜壓、差壓的直接讀數(shù)，而是靜壓、差壓值的平方根相當于最大 規(guī)格的 百分數(shù)。即：將讀得的格數(shù)經(jīng)換算后，才能得出靜壓，差 壓的具體數(shù)值，其換算如下：j由上述兩式可得(7-2-29)n JJrmaxH mnx Xpxk10000例54已知某雙波紋管差壓計差壓量程為40000Pa,附記壓力為6- 4MPa,使用LJ00開方 卡片，差壓指 示格數(shù)丹二60格。靜壓指示格數(shù)為仔=50格，求實際靜、差壓 值。解：由公式(7-2-27) (7-2-28)max1 OCT代入數(shù)據(jù)計算

14、得 P=l* 6MPa 婦 i4400Pa故實際靜壓值為16MPa,實際差壓值為14400Pa53 (1)算術(shù)平均法將記錄卡片上每小時的平均靜壓和平均差壓格別相 力口，并除以全天的生產(chǎn)小時。顯然，算術(shù)平均法要求記錄出的曲線較平緩，取點數(shù) 較多，算術(shù)平均法的精確度才高。因此，算術(shù)平均法受取 點次數(shù)的限制，在靜、差壓波動大的場合使用誤差較大。(2)相當半徑法用徑向方根求積儀將記錄卡片上靜、差壓指針 劃岀的 不規(guī)則曲線所包圍的面積用描跡針重復劃岀，此時，徑面方根 求積儀上所顯示出的數(shù)據(jù)就是曲線 所包圍面積的相當半徑，即靜、差壓的指示格數(shù)。I徑向方根求積分包括記錄園盤和求III積分兩部分第成,積儀結(jié)構(gòu)

15、如圖7-5所示。使用方法：先將記錄卡片中心孔套在記錄紙 盤中心軸上，用壓緊螺母壓緊記錄紙，再將求積 儀的計算機構(gòu)回III位，把求積儀曲線槽套在記錄 紙盤中心軸上,曲線回轉(zhuǎn)一周, 3 取值方法和III計算規(guī)定為檢出的數(shù)值，移動描述跡針從女讀沿靜、差壓回 到始點位置。從計算機構(gòu)上讀即為24小時差壓的平均格數(shù)。查流量計記錄值的準確 性，應(yīng)隨時對流量計的零位進行 校對。差壓的零位在卡片的零位線上。而靜壓是絕對壓力，恭零 位應(yīng)在當?shù)卮髿鈮核鄬α⒌母駭?shù)上。如取當聊大氣壓力為格數(shù)應(yīng)在何處?鯉P - AELxiooV Pmax0. 101325MPa,可由靜壓換算公式 堆出靜示指幷起始點格數(shù)。 例5-2已知

16、：某臺流量計，附記壓力為16MPa,使用L-100開方卡片，記錄筆指針起始點因此，靜壓記錄筆指針起始點位置應(yīng)放在796格處。,101325% 100= 7.96 格解：Pmax*P 10 肌 2.94Pf2702二 6MPa答：這臺儀表Pmax為6兆帕，Hmax為0.025 兆帕。1卡片參數(shù)換算公式等格卡片的換算公式如下：L卡片指示格數(shù)儀表規(guī)范換算的壓力開方卡片的換算公式：L卡片指示格數(shù)儂表規(guī)范一丁 換算的壓力(9-36)(9-37)(9-38)當換算靜壓時公式變?yōu)椋篔Pr2A/aL(9-39)(9-40)-當換算差壓時公式變?yōu)?hJLJT大 772(9-41)vvW大(9-42)開方卡片參數(shù)

17、之間的換算關(guān)系應(yīng)熟練掌握，靈活應(yīng)用。 格卡片與開方卡片參數(shù)的相互換算：由式(9 一 36) 4-0-38) 2 得：L等格卡片指示格數(shù)儀表規(guī)范13_(J儀表規(guī)范F換算的壓力,不等格卡片指示格數(shù)、2J換算的壓力現(xiàn)場上經(jīng)常使用的是L=100格卡片，則上式變?yōu)?/二lojp等格Hio佃爲(9-43)（例9 一 2）某站新到CWD-430儀表一臺，因 儀表 的韜牌丟矣，故不知儀表的規(guī)范。經(jīng)校驗 知道，在 L二100的開方卡片上，靜壓指針在TUWT真重壓力為294兆帕（絕）；差壓 指針在60 格時；U形管壓力計上為0009兆帕的壓差。試問 這臺儀表的規(guī)格P大、H各是多少 兆帕？解:P大二g_10*2 9

18、4w702H -空大HO竺二徉（yx 二0 9=0025M Pa602答：該日靜壓開方卡片的格數(shù)應(yīng)為775,差壓開 方卡片的格數(shù)應(yīng)為837O（例9-3）某井站某日值班人員誤把等格卡片當 作 開方卡片裝在儀表上，當日靜壓平均格子數(shù)幵.為60,差壓 平均格數(shù)為70,請將這等格卡片N算為開方卡片的格子數(shù)。解丿=10屈；二1 (X/60 = 775H - 1 OjH 等格=10八70 = 83.7答：該日靜壓開方卡片的格數(shù)應(yīng)為775,差壓 開方卡片的格數(shù)應(yīng)為837O 2 零位格的計算公式為了檢查流量計記錄值的準確性，每周都要校對流衛(wèi)量計的零（0）位格數(shù)。流量計叫己錄的差壓是孔板上.下流 壓力之差。因此

19、它的0位格應(yīng)在卡片的0刻度線上，而靜壓 力是絕對壓力，所以0忌格應(yīng)右當蚯大氣壓相對應(yīng)的格數(shù)上,四川地區(qū)取大氣壓力=0兆帕。故靜壓0位格 0,由靜壓換算公式可求岀。使用等格卡片時，由（9 一 36）式得:Po =0位格數(shù)。O.1LF大其余符號同前。使用L=100的開方卡片時，由（9-40）式推由上式可知，當使用100格開方卡片時，流量 計 的靜壓規(guī)范（儀表附記壓力值）的不同而相 應(yīng)變 化。對于一臺固定了的流量計，它的附記 壓力已 定，則0p 大（兆帕）1.6 2.5 4 6 10 16 po （格）25 20 15.812.9 10 7.93 流量計卡片換算系數(shù)F在流量計卡片上讀岀來的值（格數(shù)）

20、，不是 流量 公式中的靜，差壓值，為了計算方便，將 卡片讀數(shù) 換算為靜，差壓值讀數(shù)。換算過程：二碩二年竿PH盡F -F J”大為一丁，機刀大F Fp Fh= j則歷兀二少刃涉式中F流量計卡片換算系數(shù)；凡一靜壓卡片換算系數(shù)；F一一差壓卡片換算系數(shù)。其 余符號同前例9_4有一臺CWD430型差壓計，最大靜壓P大 =1600千購（絕），最大差壓H大=70格，靜壓指示格數(shù)P=60龍,求靜壓氏及差壓h “當Ah用0. 008686及0. 26915時，卡片系數(shù)F分別是多少？解:P大衛(wèi)p嚴吃 1600x60210tf nPa又慶二辱丹7 H 大 IT? 10000k702 hw二十j1002=490%當A

21、用0.00868時尸二“大.H大L當A用0?291印寸71600x10000 八 /1002=0-4L27(16OOx 1000780665)x(100009.806651002=0.0129答：靜壓P為576千帕(絕)，差壓hw為4900帕； 當Ah用0. 008686及0.26915時，卡片系 數(shù)F分別是04和0. 0129o三、天然氣銷售計量孱天然氣銷售計量中，國外多以能量流a量作為結(jié)算依式中：W能量熱值，MJ或Btu (BRITISH THERMAL UNIT)；Qg英制標準狀態(tài)(60。F, 14. 696psi)或公制標 準狀態(tài)(2CFC, 0101325MPa)流量；V每標準立方米

22、或立方英尺所含的熱量，MJ/ m3 (由實驗 分析確定)o1.天然氣計量系統(tǒng)的工藝流程如圖4一18o 2 天然氣流量計檢定簡介體流量計量值傳遞系統(tǒng)如圖7-17所示。節(jié)流裝置的檢定主要是檢查測量孔板，看 孔板 的各項指標是否符合要求?？装褰Y(jié)構(gòu)示 日意圖 （1）檢定技術(shù)要求 1）外觀 2）幾何尺寸和極限偏差 3）形狀和位置公差孔板各部位的形狀和位置公差應(yīng)符合表7lo表7-1孔板各部位的形狀和位置公差要求灰目公稱略,mm00200csm酈鞭C醸心貓A確垂能10級11級C確服310計B鋼A確平能11級A面解勰12級4）表面粗糙度部位CALKB表面粗糙度1.60.83.21.62.21.62.21.66

23、32.2表74 26in計量站由兩取壓孔間部件機械缺陷引起的常見誤差缺陷原因?qū)τ嬃烤鹊挠绊?in孔板向下游方向彎曲l/4in上游低溫孔板披氣壓或冰塊擊彎6%上游固體或液體附著在孔板上泥漿、水合物、管中雜物等16%倒角過的孔板以倒角面裝在上游粗心大意15%嚴重磨損孔板尖銳邊緣整圈變鈍沙子或其它固體4.5%有磨損孔板，看起來鋒利磨損2%孔板缺口損傷196 2%孔板密封圈漏但沒有斷老化或有傷痕2%孔板密封圈斷裂裝拆過程嚴垂受傷3%開孔4in的孔板實際尺寸大1 /32in開錯孔6.7%-3.常見孔板計量誤差原因及檢驗-仃)誤差原因-天然氣計量精度由多種因素控制，但主要由-以不兩 大因素來控制:一方面是工程設(shè)計，另一方面是日常操 作和維護管理。-表73和表74是美國聯(lián)合氣體管道公司及 佛羅 里達輸氣工程公司對差壓式標準孔板計量的一些研 究數(shù)據(jù)，研究表明，在絕大多數(shù)情下，計量的天燃氣 體積要比實際體積少 (2