摘要(yao):标準孔闆流量(liàng)計 因其複雜的(de)測量原理和對(duì)流體性能的嚴(yan)格要求及苛刻(ke)的安裝條件,使(shi)得測量結果的(de)精度受到較多(duō)的因素影響。簡(jiǎn)要☔介紹了影響(xiang)标準孔闆流量(liang)計測量天然氣(qì)流量的相❄️關因(yin)素,并提出針對(dui)這些因素的應(yīng)對措施。
　　标準孔(kǒng)闆流量計是根(gen)據能量守恒和(hé)流動連續性方(fāng)程,在流體通過(guò)節流裝置時流(liu)速增加靜壓降(jiang)低❤️，流體🌐流速越(yue)大，在孔闆前後(hòu)産生的差壓也(ye)越大，通過測量(liàng)差壓來測量通(tong)❌過孔闆的流體(ti)的流量,見式(1):

　　式(shì)中：ｑｖｎ—流體在标準(zhun)參比條件下的(de)體積流量；ｃ—流出(chu)系🔱數；ε—可☎️膨🚶‍♀️脹🏃‍♀️性(xìng)系數；β—直徑比；ｄ—操(cāo)作條件下孔闆(pan)開孔直徑；ΔＰ—差壓(yā)；ρ１—流體在操作條(tiao)件下上遊取壓(yā)孔處密度；ρｎ—标準(zhǔn)參比🌈條件下的(de)密度。
　　标準孔闆(pan)流量計具有技(ji)術成熟,生産安(ān)裝标準化,性♉能(néng)穩定等❤️優點,廣(guǎng)泛用于石化和(hé)城鎮燃氣行業(yè)的天然氣測量(liang)。但由于其複雜(zá)的測量原理和(hé)苛刻的安裝條(tiao)件及對流體性(xing)能的嚴格要求(qiu),存在較多影響(xiang)其測量結果精(jing)度的因素。結合(hé)多年🌈來對标準(zhǔn)❌孔闆流量計的(de)工藝設計使用(yong)及維護經驗,簡(jiǎn)要論述一下影(ying)響㊙️标準孔闆流(liú)量計測量天然(rán)氣流❄️量精度的(de)因素🎯并提出應(ying)對措施。
1工藝設(shè)計.上的影響因(yīn)素
1.1前端直管道(dao)不符合規範要(yào)求
　　在輸配站場(chang)中，由于受場地(dì)和工藝的流程(chéng)的限制,不可👨‍❤️‍👨避(bi)免的要在節流(liu)孔闆前端設置(zhì)三通、彎頭、閥門(men)、等管件和輸配(pèi)設備。标準孔闆(pan)流量計測量天(tian)然氣的前提是(shì)流🌈體爲充🏃‍♂️分發(fa)展的紊流♋狀态(tài)的單相流，流速(su)在管道内沿軸(zhóu)線均勻✂️對稱分(fen)布。節流孔闆🧡前(qián)端的管件和輸(shū)配設備必将對(duì)天然氣形成阻(zu)流、轉向和流速(sù)分布的改變,爲(wei)了👅獲得符合要(yào)求的流體,必須(xū)要使節流裝置(zhì)前端和阻流件(jian)之間有足夠長(zhǎng)的直管段。按照(zhào)GB/T21446 - 2008 5.3的規定,孔闆與(yu)阻流件間的最(zui)短⭕長度應符合(hé)表1規定。

　　由表1可(kě)知，除去在β取極(ji)小值的0.2的情況(kuàng)外,對于其他的(de)β值前⭐端直💔管段(duan)普遍在20D以上。對(duì)于這樣的直管(guǎn)段長度要求,在(zài)工藝設計上顯(xian)然是難以完全(quan)滿足規範要求(qiu)🔅的。因此在前端(duan)直管長度上不(bú)是所有标準孔(kong)闆流量計都能(néng)夠滿足規範要(yào)求的。這💃🏻是影響(xiǎng)标準孔闆流量(liang)計測量精度-大(dà)因素。
1.2 采用了較(jiào)大的計量管或(huo)較大的孔徑比(bǐ)
　　在進行流量計(jì)設計時,一般會(huì)上浮一定的裕(yu)量,采☔用較大的(de)計量管。但在實(shi)際的供氣中,用(yòng)氣量往往👄達不(bú)到設計流量,造(zao)成在運行時天(tian)然氣流體的管(guan)徑雷諾數較小(xiǎo)。根據流體力學(xue),天然氣管徑雷(léi)諾數越小其質(zhi)子和其中的微(wei)粒擴💯散越弱,這(zhè)既不利于天然(ran)氣流體在計量(liàng)管内形成流速(su)分布均勻的紊(wěn)流,又會造成固(gù)體微粒凝聚形(xíng)成兩相流。同時(shi)雷諾數越小流(liú)體抵禦管道内(nei)壁粗糙度影響(xiǎng)的能力越弱🍉。因(yin)此計量管選擇(ze)過大将會對測(ce)量結果的精度(dù)産生不利影響(xiǎng)。從表1可知在同(tóng)🌈一阻流件下,孔(kong)徑比👉越大要求(qiu)前端直管段越(yuè)長,這就意味如(rú)果采用的β值越(yuè)大,越難🈲以滿足(zú)規範的技術要(yào)求。因此在設計(jì)中采用大管徑(jìng)計量管或是大(dà)孔徑比，都将對(dui)測量結果的精(jing)🍓度産生不利影(ying)響。
1.3 采用先調壓(yā)後計量的工藝(yi)
　　該方式可在标(biao)準孔闆處可以(yǐ)得到較穩定的(de)靜壓‼️,但🛀是調壓(yā)閥😘卻會嚴重影(yǐng)響天然氣的流(liu)态。目前調壓閥(fa)體内的天然氣(qì)🐪通道絕大部分(fen)爲U型通道,且閥(fa)口開度隻有10來(lai)✔️毫米甚至幾毫(hao)米,天然👣氣在經(jīng)過調❌壓閥後,流(liu)态和流速都變(biàn)得極爲不穩定(ding),并且調壓閥閥(fa)口開度頻繁的(de)調節還會引發(fā)天然氣脈動流(liu)。天然氣的流态(tai)根本不能滿足(zú)标準孔闆流量(liàng)計測量天然氣(qi)的關于流體流(liú)㊙️态的規定,這必(bi)将對測量結果(guǒ)的精度産生較(jiao)大的影響。這種(zhǒng)影響♈的大小根(gen)本沒法從🐪理論(lùn)上評估。.
1.4流動調(diào)整器與孔闆間(jian)距離不符合要(yào)求
　　流動調整器(qi)可以減小孔闆(pǎn)前端直管段的(de)長度,在🚶‍♀️安裝位(wèi)置上對于不同(tóng)的前端阻流件(jiàn)是有嚴格要求(qiu)的。在工藝設⚽計(jì)中，往往沒有考(kǎo)慮前端阻流器(qì)的🈲類型和阻流(liu)件與孔闆間的(de)距離,而将流動(dong)調整器與孔闆(pǎn)間的距離都簡(jian)化爲13倍計量管(guan)内徑,或者直接(jiē)将流動調整器(qi)與上遊計量管(guan)連接。按照GB/T21446- 2008相對(dui)于不同的阻流(liú)件及其與孔闆(pan)間的距離，流動(dòng)調整器與孔闆(pan)間的距離應符(fu)合🙇🏻表2規定。

　　表2的(de)數據時在通過(guo)大量實驗的基(ji)礎上得出的數(shu)據💛,是标準孔闆(pǎn)流量計準确測(cè)量的前提。如不(bú)嚴格㊙️執行表2的(de)技術要求☀️，将會(huì)對測量結果産(chǎn)生附加不确定(ding)度,其影響程度(du)隻有通過📐在線(xiàn)校準評估。
1.5 計量(liàng)系統組件的影(ying)響
　　标準孔闆流(liú)量計要實現對(dui)天然氣流量的(de)測量,除了節流(liú)✂️裝置外還需要(yao)配備二次儀表(biao)、流量計算機以(yi)及🙇‍♀️信号處理與(yu)采集設備,其計(ji)量系統組成如(rú)圖🈲1。

　　從圖1可以看出(chū)，節流裝置隻是(shi)産生差壓，要測(ce)量天然氣的流(liu)☂️量必須依靠壓(yā)力、 差壓變送器(qi) 、 溫度變送器 、密(mi)度傳感器等二(èr)次儀表測量相(xiàng)應的參數并經(jīng)信♉号隔離、采㊙️集(jí)和轉換後輸人(rén)流量計算機進(jìn)行計算。因此二(èr)次儀表、信号🏃🏻‍♂️隔(ge)離器的精度等(deng)級和性能以🙇‍♀️及(jí)流量計算機🍓的(de)流量計算方法(fǎ),都會對天然氣(qi)的流量測量結(jié)果直接的影響(xiang)。在進行計量🥵系(xi)統設計時由于(yú)對二次儀表及(ji)信号隔離器的(de)精度等級選擇(ze)過低,最終導緻(zhì)天然氣的測量(liang)精度超出規✂️定(ding)的範圍。根據🛀GB/T18603 - 2014的(de)規定在不同測(ce)量等級的計量(liang)系統中🥵二次儀(yi)表的精度等級(jí)應符合表3要求(qiú)。

　　另外流量計算(suàn)機的計算模型(xíng)編程方法、數據(ju)采集周期🚩、累計(ji)算法也會對最(zui)終的測量結果(guǒ)産生影響👉。
2安裝(zhuang)上的影響因素(sù)
2.1節流裝置及前(qián)後直管段安裝(zhuang)影響因素
　　标準(zhun)孔闆流量計的(de)測量公式中的(de)流出系數c是在(zai)嚴格🈚的試☎️驗條(tiao)件下得出的,現(xiàn)場的安裝必須(xū)嚴格按照GB/T21446 -2008執行(hang)📧，才能🔴确保流出(chū)✉️系數c不發生變(biàn)化。标準孔闆流(liú)量計的調整器(qì)、計量管、節流裝(zhuang)置等都通過法(fǎ)蘭連接,在安裝(zhuāng)是容易出現各(ge)個部件不同心(xin)，導緻孔闆中心(xīn)和計量管軸線(xian)不在同一直線(xian)上或孔闆端面(miàn)與軸線不垂直(zhí)。GB/T21446 -2008要求孔闆與軸(zhóu)線傾斜度🐆不得(dé)超過1°,如果超過(guò)允許範圍會使(shǐ)測量結果偏小(xiǎo)。通過現場試驗(yan)當孔闆傾斜度(du)超過1°時,測量誤(wu)差随β的增大而(ér)增大,最大可達(dá)-3.5%
2.2二次儀表安裝(zhuang)影響因素
(1)壓力(li)、差壓變送器的(de)導壓管彎管半(ban)徑過小，管道坡(pō)度不夠❓,會造成(cheng)壓力、 差壓波動(dòng)失真。鉑電阻安(an)裝方向不對或(huò)🍉插入深度不符(fú)合要求，會造成(cheng)溫度測量誤差(cha)。這💋些會導緻因(yin)壓力、差壓、溫度(du)測量誤差而影(yǐng)響天然氣測量(liang)結果的精度。
(2)在(zai)标準孔闆流量(liang)計計量系統中(zhong)，現場變送器與(yǔ)信号隔離器之(zhi)間都采用 屏蔽(bì)電纜 連接。屏蔽(bì)層應在控制端(duān)與工作接地連(lián)接,現場端浮空(kōng)。一㊙️些計量系統(tong)錯誤的采用兩(liǎng)端都與工作接(jie)地連接,或☂️直接(jie)将屏蔽層與防(fang)雷接地連接。這(zhe)些錯誤連接不(bu)但起㊙️不到防💔電(diàn)磁幹💋擾的作用(yong)，反而會在屏蔽(bì)層的兩端形成(cheng)電勢差,引👌起變(bian)送器測量信号(hao)的傳輸誤差✉️。
3使(shi)用維護的影響(xiang)因素
(1)天然氣中(zhong)管道中積聚液(ye)态水或是在工(gōng)藝中使用壓縮(suō)機加壓，都會引(yǐn)發天然氣流體(tǐ)脈動流。脈動流(liú)📧會引起壓力和(hé)差壓的呈周期(qi)性的突變,使壓(ya)力、差‼️壓測量♊不(bu)準确。在運行中(zhong)難免會在孔闆(pan)、計量管、導壓管(guǎn)内沉積粉塵和(he)積液。由于天然(rán)氣的連續沖蝕(shi)，計量管内壁、孔(kǒng)闆的粗糙度增(zēng)大。這些因素都(dōu)會導🥵緻測量結(jie)果偏差。
(2)在使用(yong)中注重對二次(ci)儀表的校驗,忽(hū)視了對節流裝(zhuāng)置、孔闆的檢查(chá)和信号隔離器(qi)的校驗。計量系(xi)統作爲一個整(zheng)體,其中任何一(yi)個環節出現誤(wu)差都會導緻天(tiān)然氣的測量誤(wù)差。
(3)目前多數标(biao)準孔闆流量計(jì)計量系統采用(yòng)離線氣質分析(xi)，一個🤩月或一個(ge)季度進行一次(cì)采樣分析，并将(jiang)分析結果輸人(rén)流量計算機用(yòng)于流量計算。而(ér)現場天然氣其(qí)組分是在🔞不斷(duan)變化的,這種離(li)線分析💁的方式(shi)必然會對測量(liang)結果産生影響(xiang)。
4應對措施
4.1在設(shè)計上簡化工藝(yi)流程,保證前端(duan)直管段的長度(dù),流動調整器♊要(yao)嚴格按規定的(de)位置設計在滿(mǎn)足流量的情況(kuàng)下采用小計量(liàng)⭐管和較小的β值(zhí),以犧牲一定的(de)壓📧力來确保前(qián)端直管段長度(du)和天然氣流态(tai)符合規範💋要求(qiu)。嚴格🥵執行先計(jì)量後調壓的流(liu)程,避免計量受(shòu)調壓的影響。計(ji)量儀表應由計(ji)量工程師根據(jù)流量、壓力等參(cān)數選擇,使其精(jing)度等級、量🌈程和(hé)性能滿足測量(liàng)要求。
4.2安裝是确(què)保标準孔闆流(liu)量計測量準确(que)的重要保證
　　安(an)裝時重點控制(zhì)孔闆、計量管的(de)同心度。用于與(yu)計㊙️量管連接💋的(de)管道要嚴格檢(jiǎn)查内壁粗糙度(dù)和内徑是否符(fú)合要求。加強二(er)次㊙️儀表安裝、布(bù)線控制,避免二(er)次儀表引人誤(wu)差的🏃🏻影響因❗素(sù)。
4.3 對天然氣進行(háng)除塵、脫水處理(li),減少粉塵、液态(tai)水對測量結果(guo)的影響
　　在工藝(yi)上設置進站緩(huan)沖設備，消除流(liú)體的脈動。定期(qī)㊙️對孔闆、節流裝(zhuāng)置、二次儀表進(jìn)行檢查維護,根(gēn)據💞流量适時調(diao)整⁉️孔闆孔徑,根(gen)據計量管、孔闆(pǎn)的粗糙度,對流(liu)出系數進行修(xiu)正。定期🌏校驗時(shí)既要對二次儀(yi)表隔離器進行(hang)單獨校驗，又要(yao)對整個計量系(xì)統進行聯校，以(yǐ)确保測量結果(guo)的準确。縮短氣(qì)質采樣分析周(zhōu)期,盡量減少因(yīn)氣質參數引起(qi)的測量誤差。對(duì)于大流量及重(zhòng)要測量💋點應進(jin)行周期性的在(zai)線校準，檢查計(jì)量系統是否符(fú)合技術要求,實(shí)際不确定度超(chāo)出技術要求時(shí)應進行在線校(xiào)準系數修正㊙️。
5結(jie)束語
　　随着二次(ci)儀表的應用,因(yīn)二次儀表測量(liang)誤差造成的影(ying)響越來越小，流(liu)量計算機的應(yīng)用,使流量計算(suàn)變得快捷準确(que)，避免了人工計(ji)算流量的誤差(cha)。标準孔闆流量(liàng)計測量的先決(jue)條件是流體爲(wei)充分發展的紊(wen)流狀态的單相(xiàng)🆚流，流速在管道(dào)内沿🈲軸線均勻(yún)對稱分布。其流(liú)出系數也是假(jia)定流體雷諾數(shù)大于🌈10°,且孔闆前(qian)端💞有很長的直(zhi)管段的試驗條(tiao)件下得出🏃‍♂️.的。由(you)此可♋見天然氣(qi)的流态、管徑雷(léi)諾數以及前端(duan)直管段長度對(duì)測量結果的精(jing)度起至關重要(yao)的作🍉用,在實踐(jiàn)中應重點考慮(lü)這三♊個方面的(de)要求🈲。

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