對標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量天然氣流量的準(zhǔn)確度的研究

胡洪 楊海榮

（ 1.重鋼集團(tuán)鋼管有限責(zé)任公司 重慶 400054 ； 2.重慶氣礦江北運(yùn)銷部重慶 400421）

一、概 述

天然氣是一種高效、清潔燃料和優(yōu)質(zhì)化工原料，隨著我國環(huán)境保護(hù)工作和節(jié)能減排工作的不斷深入開展，天然氣的利用將越來越廣泛，而天然氣流量的準(zhǔn)確計(jì)量則為生產(chǎn)企業(yè)的節(jié)能減耗以及用氣效率等提供數(shù)據(jù)支撐，因此對于使用天然氣作燃料的工業(yè)企業(yè)十分關(guān)注天然氣流量計(jì)量的準(zhǔn)確度。

目前天然氣流量計(jì)量主要采用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，它由節(jié)流裝置和二次測量儀表組成，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、易于制造、安裝和維護(hù)；但同時(shí)也存在一些不足，主要表現(xiàn)在輸出信號為模擬信號、測量范圍較窄等。由于影響標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)準(zhǔn)確度的因素多而復(fù)雜，本文就標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)計(jì)量的特點(diǎn)，提出了相應(yīng)的措施。

二、影響準(zhǔn)確度的因素

標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置與測量壓力、相關(guān)參數(shù)的二次測量儀表、信號引線等，正常情況下，它的測量準(zhǔn)確度能滿足SY/T 6143-2004《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量天然氣流量》標(biāo)準(zhǔn)的要求。在實(shí)際計(jì)量工作中，天然氣流動(dòng)狀態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置偏離標(biāo)準(zhǔn)條件、積算方案不合理、計(jì)量管理水平低等原因，都不同程度地影響天然氣流量測量的準(zhǔn)確度。

（一）天然氣實(shí)際流動(dòng)狀態(tài)對測量準(zhǔn)確度的影響

氣流通過標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置的流動(dòng)應(yīng)為亞音速的穩(wěn)定流體或隨時(shí)間緩慢變化的均勻單相牛頓流體。但是在現(xiàn)場使用中，由于氣井產(chǎn)水、用戶用氣不平穩(wěn)、調(diào)壓閥性能不穩(wěn)等許多干擾因素，致使計(jì)量管道中出現(xiàn)脈動(dòng)流或渦流，因此實(shí)際流動(dòng)狀態(tài)根本達(dá)不到這種理想的實(shí)驗(yàn)室的參比條件要求。

（二）節(jié)流裝置偏離標(biāo)準(zhǔn)對測量準(zhǔn)確度的影響

標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置流出系數(shù)C是在上游直管段充分長的理想條件的參比條件下，且滿足規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)下進(jìn)行校準(zhǔn)校核的。當(dāng)孔板前后的直管段長度根據(jù)孔板前阻力件形式和孔徑比β值所配的直管段長度、孔板和孔板夾持器偏離標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)，特別是孔板入口直角尖銳度和測量管內(nèi)壁粗糙度未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，這些因素均會(huì)引起氣流流態(tài)改變而使流出系數(shù)C值達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。

（三）流量積算方式不當(dāng)對測量準(zhǔn)確度的影響

標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置流量計(jì)算方式不當(dāng)與配置不同的二次測量儀表構(gòu)成不同的流量計(jì)算方法，流量計(jì)算中未考慮壓力、溫度和天然氣組分變化的補(bǔ)償，造成測量準(zhǔn)確度下降。

（四）誤差對測量準(zhǔn)確度的影響

誤差分基本誤差和附加誤差，基本誤差在使用節(jié)流裝置造成差壓來進(jìn)行測量時(shí),即使一切嚴(yán)格按技術(shù)要求,也有測量誤差,這種誤差是由裝置本身精度所決定的,故稱之為“基本誤差”,其誤差大致在±1%～±2%的范圍內(nèi)。附加誤差是在節(jié)流裝置和測量儀表的安裝使用過程中,沒有嚴(yán)格遵守技術(shù)要求和設(shè)計(jì)時(shí)所提供的數(shù)據(jù)而造成的，有時(shí)這種誤差的大小甚至是無法估算的。

（五）計(jì)量管理方面對測量準(zhǔn)確度的影響

根據(jù)大量的現(xiàn)場調(diào)研和多年的管理經(jīng)驗(yàn)，未嚴(yán)格執(zhí)行計(jì)量管理相應(yīng)制度，將大大降低計(jì)量的準(zhǔn)確度。由于流量計(jì)量的多少直接影響到本單位和個(gè)人的經(jīng)濟(jì)利益，因此計(jì)算流量的相關(guān)參數(shù)的測量和計(jì)算過程中無意識(shí)地滲進(jìn)了人為原因，致使計(jì)量偏離標(biāo)準(zhǔn)，這無形中擴(kuò)大了計(jì)量誤差。

三、為提高標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的準(zhǔn)確度，采取以下措施：

（一） 標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置必須按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和安裝

為獲得可靠的、較高的準(zhǔn)確度，必須嚴(yán)格按照SY/T 6143-2004標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)規(guī)范，對標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)加工、校檢、安裝和使用。尤其是要加強(qiáng)對孔板直角入口邊緣尖銳度和測量管直管段內(nèi)壁粗糙度的加工和檢驗(yàn)，同時(shí)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的孔板計(jì)算軟件，以提高節(jié)流裝置設(shè)計(jì)和儀表選型的效率和水準(zhǔn)。

（二）利用可換孔板裝置與定值節(jié)流裝置

可換孔板節(jié)流裝置，節(jié)流元件可精確地安裝在固定的閥體內(nèi)，在不影響計(jì)量的情況下提升孔板，進(jìn)行檢查、清洗和更換，并確保計(jì)量準(zhǔn)確。同時(shí)采用液壓升降裝置提升孔板方便快捷，這種裝置主要用在大口徑計(jì)量裝置。定值節(jié)流裝置對每種通徑測量管道配以有限數(shù)量的節(jié)流件，孔徑系列按優(yōu)先數(shù)系選用，每種通徑配3～5種孔徑比β值。可換孔板節(jié)流裝置和定值孔板相配套，改變了原有的計(jì)量方式，實(shí)現(xiàn)了節(jié)流裝置產(chǎn)品系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，這將大大提高了節(jié)流裝置計(jì)量的準(zhǔn)確度.

（三）應(yīng)用合理的流量積算方案

根據(jù)天然氣計(jì)量工況條件，采用對壓力、溫度和天然氣組分變化自動(dòng)補(bǔ)償計(jì)算方案，計(jì)量系統(tǒng)測量儀表配備和精度的選用應(yīng)符合GB/T 18603-2001。用智能差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器和流量計(jì)算機(jī)組成在線檢測系統(tǒng)，使溫度和壓力變化得到補(bǔ)償，以提高測量準(zhǔn)確度，降低流態(tài)脈動(dòng)對測量誤差的影響。采用定值節(jié)流裝置，且配以寬量程智能差壓變送器與流量計(jì)算機(jī)，這將有效擴(kuò)展流量量程或方便遷移量程，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)流量的全自動(dòng)化。

(四)采取有效措施減小脈動(dòng)流的影響

由于許多原因致使氣流以脈動(dòng)方式輸送，因此測量天然氣流量會(huì)帶來附加誤差，目前可采取如下措施降低脈動(dòng)流對計(jì)量的影響。1.利用減少脈動(dòng)裝置的設(shè)備；2.選用計(jì)量管道內(nèi)徑縮小的縮管測量方法使孔徑比β值和差壓值都在比較高的高管道雷諾數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行測量；3.利用短引壓管道，以減少引壓管線中的阻力件；4.采用自動(dòng)清管系統(tǒng)從管線中除去液體等雜質(zhì)，并將孔板節(jié)流裝置安置于穩(wěn)定流的位置。

（五）定期進(jìn)行孔板量值溯源

標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)作為測量天然氣流量的計(jì)量裝置，要確保其準(zhǔn)確度必須進(jìn)行量值溯源，其方式可以是長度、壓力、溫度、時(shí)間、質(zhì)量和氣質(zhì)分析等單參數(shù)溯源，同時(shí)也可采用單參數(shù)量值和天然氣流量量值相結(jié)合的閥室溯源.

（六）加強(qiáng)計(jì)量管理，建立健全各項(xiàng)規(guī)章制度

按統(tǒng)一孔板流量計(jì)測量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)配備不同的二次測量儀器。天然氣流量測量、流量積算方法、流量計(jì)算軟件都必須在嚴(yán)格的技術(shù)要求控制中。抓好計(jì)量質(zhì)量管理，確保流量測定準(zhǔn)確.同時(shí)對標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量系統(tǒng)進(jìn)行流量測量評估,并完善規(guī)范管理制度，制訂一個(gè)切合實(shí)際需要的孔板流量計(jì)操作使用和管理規(guī)程，使之與SY/T 6143-2004標(biāo)準(zhǔn)配套，主要內(nèi)容有： 一是建立完善各級規(guī)章制度；二是建立標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量儀器檢定維護(hù)周期；三是建立工作儀表檢驗(yàn)、調(diào)校和維修制度；四是建立完善計(jì)量資料檔案管理制度；五是加強(qiáng)計(jì)量技術(shù)人員培訓(xùn)，提高計(jì)量人員的技術(shù)水平和管理水平。只有嚴(yán)格地貫徹執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)和配套的科學(xué)管理，才能保證孔板流量計(jì)測量系統(tǒng)的儀器儀表可靠地運(yùn)行，獲得滿意的天然氣流量測量準(zhǔn)確度。

四、結(jié)論

1.標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)是一種間接的、多參數(shù)的流量測量儀表，因此影響標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置準(zhǔn)確度的因素多且復(fù)雜，在實(shí)際計(jì)量工作中，天然氣流動(dòng)狀態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置、積算方案不合理、計(jì)量管理水平等原因，都不同程度地影響天然氣流量測量的準(zhǔn)確度。2.按照SY/T 6143-2004標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置進(jìn)行統(tǒng)一的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)和安裝，并開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)一致的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)設(shè)計(jì)和儀表選型設(shè)計(jì)軟件，并采用合理的計(jì)算方式，按時(shí)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)值校檢，加強(qiáng)人員培訓(xùn)，建立健全計(jì)量規(guī)章制度，必將大大提高標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量天然氣流量的準(zhǔn)確度。

[1]天然氣流量計(jì)量編寫組.天然氣流量計(jì)量.北京：石油工業(yè)出版社，2001。

[2]彭建華.天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)算方法及影響其準(zhǔn)確度因素簡析.計(jì)量與測試技術(shù).1999.2