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标准孔板流量计测量天然气流量的误差分析

时间:2011/7/7 12:21:12 点击:2190

  核心提示:为了加快中国天然气计量技术与国际接轨,促进贸易与交流,考虑到标准的先进性、适用性及标准的连续性,针对天然气介质的特殊性和中国天然气计量长期实践的经验,2004****了新标准即《用标准孔板流量计测量天然气流量》SY/T6143-2004。  目前,青海油田公司的边远油田公司与供水供电公司之间的天然气贸易...

  为了加快中国天然气计量技术与国际接轨,促进贸易与交流,考虑到标准的先进性、适用性及标准的连续性,针对天然气介质的特殊性和中国天然气计量长期实践的经验,2004****了新标准即《用标准孔板流量计测量天然气流量》SY/T6143-2004。

  目前,青海油田公司的边远油田公司与供水供电公司之间的天然气贸易结算,采用的是孔板流量计,即根据中国石油天然气行业标准SY/T6143-2004编程组态实现计量。

  1 差压式流量计量系统的工作原理

  对于测量气体来讲,差压式流量计是一类应用最广泛的流量计,在各类流量仪表中其使用量占居首位。近年来,由于各种新型流量计的问世,它的使用量百分数逐渐下降,但目前仍是最重要的一类流量计。差压式流量计是根据安装于管道中标准孔板产生的差压,已知的流体条件和标准孔板与管道的几何尺寸来计算流量的仪表。差压式流量计由一次设备(标准孔板)和二次设备(差压变送器、配电器、控制器和流量计算机)组成。

  孔板流量计量系统主要由标准孔板、差压变送器和流量计算机组成,即有硬件和软件两部分组成。孔板的作用主要是气体流经孔板时使上下游侧产生压力差P1,P2;差压变送器的作用是将压差转换为4―20mA的标准信号;流量计算机主要是根据SY/T6143-2004标准——《用标准孔板流量计测量天然气流量》,以天然气在标准条件下体积流量计算实用公式qvn=AvnCEd2FGεF2FT(P1△P)为核心进行编程和组态,将采集来的所有相关天然气的工况数据进行处理,最后以标况体积流量显示给用户。

  2 差压式流量计量系统常见误差进行分析

  由于计量仪表误差以及现场使用条件不完全符合标准规定的情况是难免的,其带来的误差往往影响计量贸易结算。下面就常见的误差进行分析。

  (1)对用户的用气量掌握得不够准确,即用于计算孔板孔径的最大流量和最小流量偏离用户实际的最大流量和最小流量较大,这样造成计算出来的孔板孔径较大,即而产生误差。

  现根据SY/T6143—2004天然气流量计量方法中的使用公式:qvn=AvnCEd2FGεF2FT(P1△P)?分析:在压力、温度及组分不变的情况下,AvnCEFGεFZFT是常数,差压计量程不变,变量是d和△P。

  大孔板测小流量,△P偏小,这样使差压计工作在量程的10%以下,这是不符合SY/T6143—2004的要求即差压值宜工作在满量程的10%~90%范围内。

  (2)孔板的制造和安装应符合SY/T6143—2004的规定才能投入使用。孔板在使用过程中受气体的冲刷和腐蚀程度不同,特别是对孔板直角入口边缘和直管段内壁的冲刷腐蚀尤为严重,这将影响到孔板直角入口边缘圆弧半径rk和直管段内表面粗糙度算术平均偏差Ra的标准规定,流出系数C将发生变化,流量测量的不确定度超过估算值。为了避免这种误差,更换新孔板和新直管段,若要继续使用可求出rk和Ra,对流出系数修正后再使用。修正方法为:将原流出系数C乘上孔板尖锐度系数bk和粗糙度系数rRe或者同时乘bk和rRe,即C′=CbkrRe。

  可以看出修正后的流出系数比原流出系数要大,如果不进行修正这样计算的流量结果qvn偏小。

  2.3 由于差压式流量计对现场的安装要求比较高,所以下面谈谈一些安装不当造成的误差。

  SY/T6143—2004标准规定差压变送器与压力变送器的取压孔和导压管分开设置,在保证双重连接不导致差压测量的误差时,允许将上游静压取压口与差压变送器的上游取压口共用。

  如果差压变送器下游侧导压管的排污阀由于人为操作或者产生泄露,这时P2减小,则△P=P1-P2增大,根据公式qvn=AvnCEd2FGεF2FT(P1△P)可以看出最终的体积流量qvn增大。所以标准要求阀组应有封记,以防未经许可的操作影响整个测量准确度。

  现场恶劣工作条件下,节流设备与差压变送器及其连接部分引压管线是使用维护的重点。其产生误差的因素主要有:①现场不能满足直管段要求的长度。②上游测量管沉积脏物。③直管段粗糙度影响,④节流件产生台阶、偏心。⑤孔板上游端面平度。⑥取压位置。焊接、焊缝突出。⑦导压管的敷设及防冻。⑧节流件不同轴度。⑨直管段的圆度和直度。⑩温度变送器的安装。

  2.4 流体参数的变化所带来的误差

  天然气从单井计算,集气计量到配气计量,气体组分各不相同。由于气体组分的变化引起天然气相对密度Gr的变化,终而影响体积流量。目前南气末站计量系统采用的是直接输入天然气组分和相对密度的方法;假如天然气的来源发生变化,则组分就不同,相对密度也不同,所产生的热量也是不一样的。根据公式FG=(1/Gr)?得知,由于组分的改变导致相对密度Gr变小或变大,那么FG变大或变小,则qvn变大变小。所以说天然气的来源改变就要对天然气的组分进行分析,若不及时纠正就会产生偏差。

  由于流出系数C与雷诺数Re有关。雷诺数的大小取决于三个参数,即流体的速度、流束的定型尺寸以及工作状态下的粘度。在雷诺数较小时,流出系数的变化较大,因此,在被测流量偏离常用流量时,会引起附加误差。为了使这个附加误差不致太大,对已知β值的节流设备,最好在雷诺数较高的区域内使用。

  3 解决天然气计量问题的几条途径

  3.1 加强管理,提高技术人员素质

  安装和使用误差是在安装时或长期使用中由于流体介质腐蚀、磨损、沾污等造成的。因此,应严格按技术要求安装流量计量系统,消除安装误差。在使用过程中,操作人员应做好系统的检修、维护、保养工作,延长其使用寿命,减小计量误差。同时,在实际使用中应严格执行SY/T6143-2004标准规范。

  3.2 测量仪表的正确选用

  测量仪表应首选标准节流设备,当流量变化范围大时要考虑用宽量程智能差变,二次仪表的计量模型应符合SY/T6143-2004的要求计算FZ能输入组份,实时计算C值。

  3.3 加强技术人员的培训

  要求对计量技术人员不定期的进行在外学习、交流,对计量检定人员可以适当的采取内部培训的方式,改善计量队伍的结构,加强单位计量部门的计量管理,逐步提高计量人员的技术素质,对更好的加强计量监督具有重要的意义。因此在天然气计量的实际应用中要求技术人员应深入研究SY/T6143-2004的精髓,严格按标准规定安装、使用、处理数据,保证天然气计量的准确性。

  4 天然气计量的发展方向

  引进、消化、吸收近几年发展起来的天然气计量新技术。从国外情况来看,在天然气国际贸易中能量计量几乎已全面取代传统的体积计量,而中国的天然气计量领域中体积计量仍占统制地位。为了尽快与国际接轨,使用单位与各科研究院所联合攻关,开展天然气能量计量的试验工作,并在此基础上完成标准化,SY/T6143-2004标准就完善了质量计量和能量计量,在消化引进技术的基础上发展适合中国国情的天然气质量、能量计量系统。

  5 结论

  由于孔板流量计在使用中,产生误差的因素很多,所以要求计量技术人员加强计量系统在现场的安装要求和仪表选型以及软件组态,对产生的误差要及时地应用科学方法修正,保证天然气贸易结算正常运行。

作者:佚名 来源:不详
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