摘要:差壓式流量計量系統(tǒng)的工作原理,分析天然氣氣計量系統(tǒng)在實際使用中所產(chǎn)生的幾個主要誤差,對如何解決天然氣計量系統(tǒng)中的問題提出幾條途徑。
為了加快我國天然氣計量技術(shù)與國際接軌,促進(jìn)貿(mào)易與交流,考慮到標(biāo)準(zhǔn)、適用性及標(biāo)準(zhǔn)的連續(xù)性,針對天然氣氣介質(zhì)的特殊性和我國天然氣計量長期實踐的經(jīng)驗,2004出臺了新標(biāo)準(zhǔn)即《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量天然氣流量》SY/T6143-2004。
目前,油田與供水供電公司之間的天然氣貿(mào)易結(jié)算,采用的是孔板流量計,即根據(jù)中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T6143-2004編程組態(tài)實現(xiàn)計量。
1差壓式流量計量系統(tǒng)的工作原理
對于測量氣體來講,差壓式流量計是一類應(yīng)用最廣泛的流量計,在各類流量儀表中其使用量占居首位。近年來,由于各種新型流量計的問世,它的使用量百分?jǐn)?shù)逐漸~下降,但目前仍是最重要的一類流量計。
差壓式流量計是根據(jù)安裝于管道中標(biāo)準(zhǔn)孔板產(chǎn)生的差壓,已知的流體條件和標(biāo)準(zhǔn)孔板與管道的幾何尺寸來計算流量的儀表。差壓式流量計由-次裝置(標(biāo)準(zhǔn)孔板)和二次裝置(差壓變送器、配電器、控制器和流量計算機(jī))組成。
孔板流量計量系統(tǒng)主要由標(biāo)準(zhǔn)孔板、差壓變送器和流量計算機(jī)組成,即有硬件和軟件兩部分組成。孔板的作用主要是氣體流經(jīng)孔板時使.上下游側(cè)產(chǎn)生壓力差P1,P21;差壓變送器的作用是將壓差轉(zhuǎn)換為4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號;流量計算機(jī)主要是根據(jù)SY/T6143-2004標(biāo)準(zhǔn)-一《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量天然氣流量》,以天然氣在標(biāo)準(zhǔn)條件下體積流量計算實用公式qvn=AvnCEd2FGεEzFT(P1△P)為核心進(jìn)行編程和組態(tài)，將采集來的所有相關(guān)天然氣的工況數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,最后以標(biāo)況體積流量顯示給用戶。
2差壓式流量計量系統(tǒng)常見誤差進(jìn)行分析
由于計量儀表誤差以及現(xiàn)場使用條件不完全符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的情況是難免的,其帶來的誤差往往影響計量貿(mào)易結(jié)算。下面就常見的誤差進(jìn)行分析。
(1)對用戶的用氣量掌握得不夠準(zhǔn)確,即用于計算孔板孔徑的最大流量和最小流量偏離用戶實際的最大流量和最小流量較大,這樣造成計算出來的孔板孔徑較大,即.而產(chǎn)生誤差。
現(xiàn)根據(jù)SY/T6143-2004天然氣流量計量方法中的使用公式:AvnCEd2FGεEzFT(P1△P)分析:在壓力、溫度及組分不變的情況下，AvnCEFGεEzFT是常數(shù),差壓計量程不變,變量是d和△P。
大孔板測小流量,△P偏小這樣使差壓計工作在量程的10%以下,這是不符合SY/T6143-2004的要求即差壓值宜工作在滿量程的10%~90%范圍內(nèi)。
(2)孔板的制造和安裝應(yīng)符合SY/T6143--2004的規(guī)定才能投入使用。孔板在使用過程中受氣體的沖刷和腐蝕程度不同,特別是對孔板直角入口邊緣和直管段內(nèi)壁|的沖刷腐蝕尤為嚴(yán)重,這將影響到孔板直角入口邊緣圓弧半徑rk和直管段內(nèi)表面粗糙度算術(shù)平均偏差Ra的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,流出系數(shù)C將發(fā)生變化,流量測量的不確定度超過估算值。為了避免這種誤差,更換新孔板和新直管段,若要繼續(xù)使用可求出rk和Ra′對流出系數(shù)修正后再使用。修正方法為:將原流出系數(shù)C乘上孔板尖銳度系數(shù)bk和粗糙度系數(shù)rRe或者同時乘bk和rRe即C′=CbkrRe.
可以看出修正后的流出系數(shù)比原流出;系數(shù)要大,如果不進(jìn)行修正這樣計算的流量結(jié)果Grn偏小。
2.3由于差壓式流量計對現(xiàn)場的安裝
要求比較高,所以下面談?wù)勔恍┌惭b不當(dāng)造成的誤差。
SY/T6143--2004標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定差壓變送器與壓力變送器的取壓孔和導(dǎo)壓管分開設(shè)置,在保證雙重連接不導(dǎo)致差壓測量的誤差時,允許將上游靜壓取壓口與差壓變送器的上游取壓口共用。
如果差壓變送器下游側(cè)導(dǎo)壓管的排污閥由于人為操作或者產(chǎn)生泄露,這時P2減小，則△P=P1-P2增大，根據(jù)公式Qvn=CEd2FGεEzFT(P1△P)可以看出最終的體積流量qm增大。所以標(biāo)準(zhǔn)要求閥組應(yīng)有封記,以防未經(jīng)許可的操作影響整個測量精度。
現(xiàn)場惡劣工作條件下，節(jié)流裝置與差壓變送器及其連接部分引壓管線是使用維護(hù)的重點(diǎn)。其產(chǎn)生誤差的因素主要有:①現(xiàn)場不能滿足直管段要求的長度。②上游測量管沉積臟物。③直管段粗糙度影響,④節(jié)流件產(chǎn)生臺階、偏心。⑤孔板上游端面平度。⑥取壓位置。焊接、焊縫突出。⑦.導(dǎo)壓管的敷設(shè)及防凍。⑧節(jié)流件不同軸度。⑨直管段的圓度和直度。◎溫度變送器的安裝。
2.4流體參數(shù)的變化所帶來的誤差
天然氣從單井計算,集氣計量到配氣計量,氣體組分各不相同。由于氣體組分的變化引起天然氣相對密度G,的變化,終而影響體積流量。目前南氣末站計量系統(tǒng)采用的是直接輸入天然氣組分和相對密度的方法;假如天然氣的來源發(fā)生變化,則組分就不同,相對密度也不同,所產(chǎn)生的熱量也是不一樣的。根據(jù)公式FG=(1/Gr)?得知,由于組分的改變導(dǎo)致相對密度G,變小或變大,那么FG變大或變小,則qvn變大或變小。所以說天然氣的來源改變就要對天然氣的組分進(jìn)行分析,若不及時糾正就會產(chǎn)生偏差。
由于流出系數(shù)c與雷諾數(shù)Rep有關(guān)。雷諾數(shù)的大小取決于三個參數(shù)，即流體的速度、流束的定型尺寸以及工作狀態(tài)下的粘度。在雷諾數(shù)較小時，流出系數(shù)的變化較大,因此,在被測流量偏離常用流量時,會引起附加誤差。為了使這個附加誤差不致太大,對已知β值的節(jié)流裝置,最好在雷諾數(shù)較高的區(qū)域內(nèi)使用。
3解決天然氣計量問題的幾條途徑
3.1加強(qiáng)管理,提高技術(shù)人員素質(zhì)
安裝和使用誤差是在安裝時或長期使用中由于流體介質(zhì)腐蝕、磨損、沾污等造成的。因此,應(yīng)嚴(yán)格按技術(shù)要求安裝流量計量系統(tǒng),消除安裝誤差。在使用過程中,操作人員應(yīng)做好系統(tǒng)的檢修、維護(hù)、保養(yǎng)工作,延長其使用壽命,減小計量誤差。同時，在實際使用中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行SY/T6143-2004標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。
3.2測量儀表的正確選用
測量儀表應(yīng)首選標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置,當(dāng)流量變化范圍大時要考慮用寬量程智能差變,二次儀表的計量模型應(yīng)符合SY/T6143-2004的要求計算FZ能輸入組份,實時計算C值.
3.3加強(qiáng)技術(shù)人員的培訓(xùn)
要求對計量技術(shù)人員不定期的進(jìn)行在外學(xué)習(xí)、交流,對計量檢定人員可以適當(dāng)?shù)牟扇?nèi)部培訓(xùn)的方式，改善計量隊伍的結(jié)構(gòu),加強(qiáng)單位計量部門的計最管理,逐步提高計量人員的技術(shù)素質(zhì),對更好的加強(qiáng)計量監(jiān)督具有重要的意義。因此在天然氣計量的實際應(yīng)用中要求技術(shù)人員應(yīng)深入研究SY/T6143-2004的精髓嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定安裝、使用、處.理數(shù)據(jù)，保證天然氣計量的精度。
4天然氣計量的發(fā)展方向
引進(jìn)、消化、吸收近幾年發(fā)展起來的天然氣計量新技術(shù)。從國外情況來看,在天然氣國際貿(mào)易中能量計量幾乎已全面取代傳統(tǒng)的體積計量,而我國的天然氣計量領(lǐng)域中體積計量仍占統(tǒng)制地位。為了盡快與國際接軌,使用單位與各科研究院所聯(lián)合攻關(guān),開展天然氣能量計量的試驗工作,并在此基礎(chǔ)上完成標(biāo)準(zhǔn)化,SY/T6143-2004標(biāo)準(zhǔn)就完善了質(zhì)量計量和能量計量，在消化引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展適合我國國情的天然氣質(zhì)量、能量計量系統(tǒng)。
5結(jié)論
由于孔板流量計在使用中,產(chǎn)生誤差的因素很多,所以要求計量技術(shù)人員加強(qiáng)計量系統(tǒng)在現(xiàn)場的安裝要求和儀表選型以及軟件組態(tài)，對產(chǎn)生的誤差要及時地應(yīng)用科學(xué)方法修正,保證天然氣貿(mào)易結(jié)算正常運(yùn)行。
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