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          差壓式孔板流量計安裝需盡量消除誤差以便應用于天然氣計量

          作者: 來源: 發布時間:2018-05-05 10:22:37

          摘 要: 天然氣集輸過程中,差壓孔板式流量計使用較為廣泛,差壓孔板式流量計標準孔板材質選擇、人工安裝、日常維護管理往往影響計量的準確性。本文主要介紹差壓孔板式流量計工作原理、計量誤差分析及提出針對性計量誤差消除措施,來提高差壓孔板式流量計計量準確度,降低計量誤差。
            天然氣流量計量是天然氣工業生產中十分重要的環節,計量準確與否不但影響天然氣供需雙方的經濟利益,而且影響計量交接、氣量結算和企業信譽,因此,天然氣計量在生產、生活中尤為重要。本文針對普光、西氣東輸天然氣氣站計量情況,主要闡述差壓孔板式流量計在材質選擇、安裝、維修過程中,易產生計量誤差環節原因分析及相應措施防范。

          1、差壓孔板式流量計工作原理:
            差壓孔板式流量計管道內的連續流動流體在經過孔板時,流體截面急劇收縮,在管壁處產生阻力zui大,流速降低zui大,流速zui低,壓力zui高,而管道中心處流速zui大,壓力zui低,其結果使流體在徑向由孔板中心至邊緣形成加速度。在這一徑向加速度的影響下,靠近管壁的流體質點流向發生偏轉向孔板口處流動,形成流束的局部收縮( 見圖 1) 。在孔板開孔中心處流速zui快,靜壓力zui低,使流體在經過孔板節流前與在孔板節流時,出現壓力差,此壓力差與流體的流量平方成正比例關系,流體的流量依靠這種正比例平方關系進行計算。

          圖 1 流體在節流后流束收縮圖
          圖 1 流體在節流后流束收縮圖


            差壓孔板式流量計使用優點: ①孔板按標準制造無須標定。結構牢固,性能穩定可靠,使用壽命長,維修方便、適應性強和價格較低; ②應用范圍廣泛; ③檢測件與變送器、顯示儀表可以由不同廠家生產提供,便于規模經濟生產。
            缺點: ①測量精度普遍偏低; ②范圍度窄,一般僅 3: 1 ~ 4: 1; ③現場安裝條件要求高; ④壓損大( 指孔板、噴嘴等) 。

          2、計量誤差分析:
          2.1、材質對計量誤差的影響:
            差壓孔板式流量計標準孔板具有測量精度高、安裝方便、使用范圍廣、造價低等特點,與三閥組、差壓變送器配套,可廣泛應用于各種介質的流量測量。但是國內孔板材質較差,孔板在zui初使用時才可能符合標準要求,使用一段時間后孔板入口邊緣的磨損加劇,發生鈍化使流出系數 C 值改變,從而影響流量計準確度。輕微的會引起流量測量值 5% 的負偏差,嚴重的能達到 12% 的負偏差。

          2.2、人工安裝對計量誤差的影響:

          圖 2 孔板變形對精度的影響

          圖 2 孔板變形對精度的影響


            差壓孔板式流量計若安裝或維修不當,使孔板產生變形,導致流量測量誤差偏大。如圖2 在法蘭取壓的孔板上進行測試,變形后的孔板測量zui大誤差約為 3.5% 。

          2. 3、維護管理對計量誤差的影響:
            差壓孔板式流量計在計量過程中,未嚴格執行計量管理規程要求定期維修和檢驗,設備會老化、管線會腐蝕以及天然氣中的油水和沙粒粉塵會造成計量準確度下降,產生計量誤差大。如節流裝置未定期地進行檢查清洗,孔板取壓裝置會嚴重污染,孔板迎流面污物堆積,計量結果易偏低,附加誤差無法估計; 計量旁路管道閥門內漏,計量值易偏低; 計量檢測器具使用和維護不當,造成測量參數的附加誤差等。

          3、提高計量準確度的措施:
          3. 1、標準孔板節流裝置的制造與安裝:
            一是開發統一的標準孔板流量計的設計軟件,針對不同的使用環境提高裝置設計和選型的技術水平; 二是嚴格按照管線規定的各項技術指標,對標準孔板節流裝置進行設計、加工制造、檢驗、安裝和使用。特別是孔板直角入口邊緣尖子度和測量管內壁粗糙度的加工和檢驗; 孔板前后直管段長度的保證,直管段圓度、孔板與測量管同軸度的保證。
          3. 2、采用可換孔板裝置與定值節流裝置:
            在符合技術特性和規范的前提下,應適當更新節流裝置和新工藝。可換孔板節流裝置是一種新型節流裝置,節流元件可精確地安裝在固定的座體內( 座體通過法蘭與管道連接) ,在不拆動管道或不停止流體輸送的情況下,可方便地提升孔板,進行檢查、清洗或更換,從而保證了計量準確度。大口徑孔板易采用帶液壓升降的,這種節流裝置使孔板提升輕便,還配有清洗室和清洗機構,為解決準確計量提供了有效手段。
            新工藝定值節流裝置改變了現有節流裝置根據計算結果加工其孔徑的方法,對每種通徑測量管道配以有限數量的節流件,孔徑系列按優先數系選用,每種通徑配 3 ~ 5 種不同孔徑比 β 值的孔板。目前節流裝置設計猶如量體裁衣,定值節流裝置則變成成衣選用,采用定值節流裝置有利于產品批量生產,降低生產成本,方便選用和使用,便于監督生產。老的計量管線建議改造,把可換孔板節流裝置和定值孔板相配套,將改變傳統的生產方式,實現了節流裝置產品系列化、通用化和標準化,有利于提高標準孔板裝置計量的準確度。
          3. 3、天然氣相對密度的影響:
            密度參數是天然氣測量中極為重要的物性參數,密度測量的不準確對整個測量系統的準確度有著很大影響。根據計量條件估算密度帶來的不確定度: 當儀表精度較低運行在下限時,不確定度為 ± 0.818% ; 反之,不確定度則在 ± 0. 793% ,由此可見密度在流量測量中至關重要,所以為了準確進行天然氣計量,應選用在線色譜儀進行組分在線分析。

          3. 4、應用合理的流量積算方案:
            根據天然氣計量工況條件和用戶對計量精度的要求,應采用對壓力、溫度和天然氣組分變化對流量自動部分補償或全補償的積算方案,計量系統測量儀表配備和精度的選用應符合 GB /T18603—2001《天然氣計量系統技術要求》。用智能差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器和流量計算機組成在線檢測系統,使溫度和壓力變化得到補償,可以提高測量準確度,降低流態脈動( 或波動) 引起的流量測量附加誤差。孔板流量計量程比一般為 1∶ 3,而實際測量天然氣流量變化有時會超過這個范圍,在這種情況下,其測量準確度顯著下降。如果采用定值節流裝置,寬量程智能差壓變送器與流量計算機配套使用,可方便地擴展流量量程或遷移量程,進而實現傳統標準孔板流量計的智能化。
          3. 5、避免人為計量誤差:
            加強計量管理,提高操作人員技術素質,積極引進吸收國外先進的天然氣計量技術。

          4、結論:
            為實現天然氣管線的準確計量,減小誤差,首先要加強管理,提高人員素質。孔板流量計易于偏離標準的原因在于儀表本身的工作原理與結構特點,儀表自身的誤差是制造時產生的,安裝和使用誤差則是在安裝時或長期使用中由于流體介質腐蝕、磨損、污垢、堵塞等造成。因此,應嚴格按技術要求安裝流量計量系統,消除安裝誤差。在使用過程中,操作人員應做好計量裝置的數據監控、檢修、清洗、解堵操作,尤其在發現流體中雜質較多時,應加大孔板的清洗頻率,縮短導壓管的吹掃時間間隔,環境溫度較低時,應加裝電伴熱、蒸汽伴熱等輔助加溫裝置,確保導壓管內不產生天然氣水合物,zui大限度的減少計量誤差。

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