天然气场站中孔板流量计误差影响因素及应对措施

天然气场站中孔板流量计误差影响因素及应对措施

米晓

中国石化西南油气田分公司油气销售中心 四川 德阳 618000

摘要：孔板流量计天然气输配气场站的外输计量中发挥着十分重要的作用，其计量精准性直接影响着企业效益。受天然气气质条件、使用条件、计量仪表安装运行条件、计算系数等多方面因素影响，孔板流量计在使用过程中经常会出现一定的误差，并导致外输天然气计量准确度下降。因此，有效分析并厘清引起流量计计量出现较大误差的主要因素并采取针对性的改进与优化措施对于真正实现孔板流量计的最精确测量至关重要。基于此，本文结合工作实践，对影响孔板流量计计量精度的主要因素进行了详细分析，并提出了针对性的应对措施。

关键词：孔板流量计；计量误差；主要因素；应对措施

1导致孔板流量计计量误差的主要因素

1.1气质条件引起的误差

天然气采出后虽然经过分离、除尘或过滤，但由于处理不彻底或集气管网和输气干线内腐蚀物的影响，使得天然气中混有少量的液体或固体杂质，这些杂质易聚集在孔板截面收缩、流速突变的孔口锐边上，而孔板流量计对孔板锐边、截面及流线的变化非常的敏感。天然气中的杂质还会对孔板产生冲刷和腐蚀，特别是对孔板直角入口边缘和测量管内壁的冲刷腐蚀特别严重，这将影响到孔板直角入口边缘圆弧半径和测量管内壁相对粗糙的规定标准，孔板流出系数也将发生变化，使测量准确度达不到要求。此外，天然气的含水量也对天然气计量准确度有着很大的影响。

1.2 计量系数引起的误差

(1)流出系数

对计量精度的影响流出系数是在上游直管段充分长的试验条件下，并且孔板节流装置在满足规定的技术指标下进行校准标定才有效。当R较小时，流出系数会变大，当R较大时，流出系数会变小。流出系数随流量的增大而减小，实际流量越小于刻度流量，流出系数引起的流量误差则越大。孔板流量计的流出系数不是一个定值，它随尺的变化而变化，但是当R增大到某一数值时，变化量减小。

（2）可膨胀系数对流量计量的影响。可膨胀系数是因气体流经孔板时密度产生变化而引入的修正系数，这是流量误差的一个重要来源。当天然气流量低于设计流量时，实际的可膨胀系数低于设计值，导致测量结果偏小；反之，测量结果偏大。当实际流量与设计流量一致，而静压低于设计压力，实际的可膨胀系数小于设计值，使流量测量偏大，反之偏小。

（3）天然气压缩因子对流量计量的影响。流量计量结果是以工作状态下的流量形式给出，由于各地工况不同，需将流量转化为统一标准下的气体流量。在压力不高、温度不低的情况下，可以按照理想气体方程进行体积流量换算。然而，实际气体和理想气体总有一定差别，尤其是在管道压力较大或是温度变化较大的情况下，气体并不遵循理想气体状态方程。

1.3使用条件变化引起的误差

这种误差主要是由脉动流现象和超量程、流程频繁波动问题引起的。管道中气体流速和压力发生突然变化，造成脉动流，引起差压波动，当节流装置上出现明显的脉动流时，计量可能产生较大误差，有关文献指出脉动流引起的误差最大可达20％～30％。

1.4其他原因引起的误差

其他误差因素有：管道泄漏、人为破坏、管理不严、不合理的积算和取值方法、计量工况偏离标准规定条件。积算方法本身不合理，对温度、压力、气体组成的变化没有自动补偿以及突发事件等毫无疑问也是引起天然气计量误差的原因，特别是管道泄露引起的误差相当大。

2降低孔板流量计计量误差的应对措施

2.1对参数进行合理修正和管理

在日常生产中应定期对孔板进行清洁、维修或撤换并且对测量流量进行修正。在孔板流量计日常使用过程中，要确保准确的计量，还应定期清洗检测孔板、检查仪表零点、仪表转换通道、核对流量计算程序，对有坑蚀及划痕的孔板应及时更换。加强职工的计量业务培训，提高其技术水平和发现故障、解决问题的能力。做好系统的检修、维护、保养工作，延长其使用寿命。建立健全各级计量管理责任制度，标准计量器具周期送检和维护制度，工作仪表检验、调校和维修制度，计量设备和计量仪表的资料档案管理制度等。定期至少清洗检测1次孔板，检查仪表零点、仪表D／A转换通道，核对流量计算程序，对有坑蚀及划痕的孔板应及时更换，加强对天然气生产情况的监测，及时消除误差。从节流装置不确定度的计算公式可看出，天然气的压力、密度、温度和压缩系数的变化将直接影响到测量的准确度，因此，应该选择合适的仪表来测量天然气的压力、密度、温度等参数。在天然气物性参数波动时应及时对测量误差进行修正，最好做到时时测量，时时修正。同时，应加强巡视检查，定期排污，防止管道泄漏此类情况发生。

2.2保证流体的流动状态

流出系数的误差是影响孔板流量计准确度的一个最重要因素，而标准中给出的流出系数的不确定度是在完全按标准设计、制造、安装、使用情况下即达到几何形状相似和流体动力学相似下的估计值。而这两个相似条件综合体现在孔板上游充分发展的速度分布及没有旋涡和脉动流状态，而实际工作中远远达不到这一水平，尤其压力波动范围宽时。消除脉动流的方法有：搞好清管、分离、吹扫工作，清除管道中的积液，可在管道最低处安装分液器；在满足计量能力条件下，减小管道直径，提高差压；控制孔板下游阀门；采用短引压管线，减少管线中的阻力件，并使上下游管线长度相等，减少系统中产生谐振和压力脉动振幅增加；安装脉动衰减器。

2.3加强使用、维护方面操作水平

严格按标准规定使用、维护，其中孔板与差压变送器及连接部分引压管线是使用、维护的重点。工作中常遇到不易发现的问题分析及解决方法如下：

（1）当孔板损伤或入口锐利度改变，会使孔板上下游产生的差压减少，这时流量计计算结果比实际流量偏小，即流出系数发生变化，测量不确定度将超过标准给出的估算值。解决方法：① 按标准对流出系数进行修正或更换孔板，此时新孔板的直径比应略大于旧孔板；②若暂无新孔板更换，应按国家标准对流出系数进行孔板锐利度修正。

（2）使用中的节流装置应按照国家标准要求定期清洗、检查，当发现测量直管段内表壁有明显冲刷、腐蚀、结垢时应及时更换新的测量管段，否则一般情况下会使孔板流量计计量偏低。若暂无新测量管更换，应对流出系数按标准进行粗糙度修正。

（3）为防止取压开关对差压信号的节流，应将针型阀取压开关改为与导压管相同通径的球型阀。

（4）压力变送器、差压变送器准确度要求优于1级，将使用范围控制在量程的1/4～3／4，并尽量使工作点附近示值误差最小。当差压变送器工作在量程的20％以下时，应改变差压变送器量程或更换孔板。

（5）仪表严格周期检定。注意仪表零位漂移，定期校准，采用零位漂移小的仪表;为防止静压误差，采用静压误差小的变送器。

（7）操作人员要做好系统检修，注意平衡阀内漏及导压管漏气、堵塞问题。

2.4采用可换孔板节流装置和定制节流装置

可换孔板节流装置可以在不拆动管道或不停输情况下，方便提升孔板进行检查、清洗或更换，保证计量准确。孔板流量计测量范围一般为3.5:1，而实际工况并不都在此范围，一旦超过测量范围，必将引起测量误差。如果采用定值节流装置与宽量程差压变送器、智能流量积算仪或流量计算机配套使用，就能方便的实现量程的扩展，从而实现传统差压流量计的智能化。

3结语

孔板流量计因其复杂的测量原理和对流体性能的严格要求及苛刻的安装条件,使得测量结果的准确度受到较多的因素影响。本文通过对孔板流量计在天然气输气场站日常使用中的实践经验进行总结,分析了导致计量产生误差的作用机理、影响程度以及采取的应对措施,以期通过这些措施的有效实施可以更好地提高输气计量精度。