差壓式孔板流量計(jì)計(jì)量不準(zhǔn)確度分析

1、收稿日期:2005-08-05作者簡(jiǎn)介:宋艾玲(1973-,女,工程師,1995年畢業(yè)于西南石油學(xué)院?，F(xiàn)為西南石油學(xué)院油氣儲(chǔ)運(yùn)工程在讀碩士,主要從事油氣管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃及密閉輸送系統(tǒng)研究。地址:(610500成都市新都區(qū)西南石油大學(xué)研究生院,電話:(02880961800,E -mail :sw pi -sal 生產(chǎn)線上差壓式孔板流量計(jì)計(jì)量不準(zhǔn)確度分析宋艾玲,梁光川(西南石油大學(xué)宋艾玲等1差壓式孔板流量計(jì)計(jì)量不準(zhǔn)確度分析.鉆采工藝,2006,29(2:114-115摘要:隨著天然氣工業(yè)的不斷發(fā)展和天然氣市場(chǎng)的不斷拓寬,人們對(duì)商品天然氣計(jì)量技術(shù)的研究和發(fā)展更加重視。石油天然氣行業(yè)采用孔板流量計(jì)作貿(mào)易

2、計(jì)量的約占95%以上,其計(jì)量精度直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和用戶利益。介紹了差壓式孔板流量計(jì)的測(cè)量原理、特性以及選型指南。著重從三個(gè)方面對(duì)引起天然氣流量測(cè)量不確定度的因素進(jìn)行了分析,討論了包括流出系數(shù)C 、多相/非牛頓流體、天然氣相對(duì)密度、孔板偏心、孔板彎曲、孔板邊緣尖銳度對(duì)天然氣流量的影響,并提出了提高天然氣計(jì)量精度的措施。關(guān)鍵詞:差壓式;孔板流量計(jì);計(jì)量;不準(zhǔn)確度中圖分類號(hào):TE 837文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1006-768X (200602-0114-02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)定最全;按標(biāo)準(zhǔn)制

3、造的孔板不需要標(biāo)定;價(jià)格便宜。缺點(diǎn):壓損大時(shí)不適宜長(zhǎng)輸管線計(jì)量;量程比小;前后直管段要求長(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:E qm =±E C2+E 2+241-42E D2+(21-42E d 2+14E 2+14E P21/2×100(1式中:E qm 流量相對(duì)不確定度,%;E C ,E ,E D ,E d ,E ,E P 分別為C ,D ,d ,P 的相對(duì)不確定度,%;直徑比,無量綱。1.流量計(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,我國(guó)的

4、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)SY /T 6143-19961,天然氣標(biāo)準(zhǔn)體積流量計(jì)算公式為2q sc =A S CEd 2F GF Z F T p 1p(2式中:q sc 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積流量,m 3/s ;A s 秒計(jì)量系數(shù),無量綱,A s =311794×10-6;C 流出系數(shù),無量綱;E 漸近速度系數(shù),無量綱;d 孔板開孔直徑,mm ;F G 相對(duì)密度系數(shù),無量綱;可膨脹性系數(shù),無量綱;F 2超壓縮因子,無量綱;F T 流動(dòng)溫度系數(shù),無量綱;p 1孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對(duì)靜壓,MPa

5、;p 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。C =015959+010312211-0118408+010029215106Re D0175+010900L 14(1-4-1-010337L 23(3式中:直徑比,=d/D ;D 值的單位為mm ;當(dāng)間距符合法蘭取壓方式時(shí),L 1=L 2=2514/D ;當(dāng)間距符合角接取壓方式時(shí),L 1=L 2=0。根據(jù)SY /T 6143-1996,孔板開孔直徑d 、測(cè)量管內(nèi)徑D 、直徑比和管徑雷諾數(shù)R

6、eD 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 12.5mm50mm D 1000mm0.200.75R eD 12602DR eD 5000(用于0.200.45R eD 10000(用于>0.45當(dāng)氣流流束在孔板前1D 處完全充滿管道,且為紊流狀態(tài)時(shí),流出系數(shù)C 的百分誤差為:當(dāng)016時(shí),為±0.6%;當(dāng)0160175時(shí),為±%。2.被測(cè)介質(zhì)實(shí)際物理性質(zhì)的不確定度因素211多相、非牛頓流體35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。但是在油氣田開采中現(xiàn)場(chǎng)液體含有微粒雜質(zhì)或氣泡,氣體中411鉆采工藝DRILL IN

7、G &PRODUCTION TECHNOLO GY 2006年3月March 2006有液滴或固體微粒是難以完全避免的,問題的關(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,未來界限的試驗(yàn)研究是流量計(jì)研制的一個(gè)內(nèi)容。美國(guó)雪佛龍公司和科羅拉多工程試驗(yàn)站的試驗(yàn)研究結(jié)果表明:(1用孔板流量計(jì)測(cè)量氣體流量,當(dāng)氣體中夾帶少量液體時(shí),流量測(cè)量不確定度偏高,測(cè)量的濕氣流量隨的增加而減少,在比為0.7時(shí),測(cè)得的流量偏差為-1.7%;(2當(dāng)夾帶少量液體時(shí),在比為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(cè)量濕氣,流量計(jì)量值將降

8、低3%。212天然氣相對(duì)密度的影響密度參數(shù)是天然氣測(cè)量中極為重要的物性參數(shù) ,密度測(cè)量的不準(zhǔn)確度對(duì)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的不準(zhǔn)確度有著很大影響。根據(jù)計(jì)量條件估算密度帶來的不確定度:當(dāng)儀表精度較低且運(yùn)行在下限時(shí),不確定度為±1.818%;反之,不確定度則在±0.793%,由此可見密度在流量測(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(如孔板開孔直徑及直徑比的不確定度因素SY /T 6143-1996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

9、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。311孔板偏心根據(jù)G B 2624-81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),孔徑比值愈高,偏心率影響愈大,應(yīng)不用值高的孔板。圖1孔板彎曲對(duì)計(jì)量精度的影響312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%,見圖1。313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,或孔板前有突入管道內(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

10、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)算公式是以通過孔板的穩(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。脈動(dòng)流流量總不確定度等于按G B/T 2624-93計(jì)算的測(cè)量誤差與脈動(dòng)附加不確定度的合成。E T =1+U rms U21/2-1(4式中:E T 脈動(dòng)附加不確定度,無量綱;U 軸向時(shí)均速度,m/s ;U rms U速度脈動(dòng)分量均方根值,m/s 。(公式應(yīng)用條件U rms U0132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

11、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處理。2.計(jì)量裝置的設(shè)計(jì)安裝應(yīng)符合SY /T 6143-1996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),積極引進(jìn)吸收國(guó)外先進(jìn)的天然氣計(jì)量技術(shù)。參考文獻(xiàn)1天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法S1行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY /T6143-199612張永紅.天然氣流量計(jì)量(第二版M 1北京:石油工業(yè)出版社,200113孫萬章.天然氣