關(guān)于孔板計(jì)量天然氣流量產(chǎn)生誤差的原因分析報(bào)告

1、孔板計(jì)量天然氣流量產(chǎn)生誤差的原因分析注：要結(jié)合我們的生產(chǎn)實(shí)際情況和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)6143-1998進(jìn)行分析方愛(ài)國(guó)（吐哈油田丘東采油廠(chǎng)）摘 要 文章主要對(duì)在天然氣計(jì)量中使用最廣泛的孔板流量計(jì)在流量計(jì)量時(shí)產(chǎn)生誤差的一些原因進(jìn)行了分析。主題詞 天然氣 流量 計(jì)量 孔板流量計(jì) 誤差一、前言孔板流量計(jì)在天然氣計(jì)量方面被最廣泛的采用?？装辶髁繙y(cè)量系統(tǒng)一般由節(jié)流裝置（標(biāo)準(zhǔn)孔板）、差壓變送器及數(shù)據(jù)處理器（開(kāi)方積算器或計(jì)算機(jī)）組成。孔板流量計(jì)的主要特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）適用于較大口徑管道的計(jì)量（目前口徑大于DN600的流量計(jì)一般只能選用孔板）。（2）無(wú)可動(dòng)部件，耐用。（3）應(yīng)用歷史悠久，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最全。（4）制造相對(duì)容易，

2、價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：（1）測(cè)量圍（量程比）窄，為3：1，且合理使用的流量是滿(mǎn)量程的30%80%。 （2）壓力損失最大，可達(dá)25%50%。 （3）計(jì)量準(zhǔn)確度受安裝條件影響很大。 （4）前后直管段要求長(zhǎng)，占地面積大。 （5）計(jì)量準(zhǔn)確度受人為因素影響大。 （6）不能直接讀出計(jì)量結(jié)果，使用不便。 為了提高孔板流量計(jì)在天然氣計(jì)量的準(zhǔn)確度，分析和掌握測(cè)量裝置本身在使用過(guò)程中產(chǎn)生誤差的原因是計(jì)量工作中必不可少的一項(xiàng)重要工作。二、測(cè)量原理充滿(mǎn)管道的流體，當(dāng)它流經(jīng)管道的節(jié)流件時(shí)，如圖1所示： 圖1. 孔板附近的流速和壓力分布流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。流體流

3、量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來(lái)衡量流量的大小。這種測(cè)量方法是以流動(dòng)連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)為基礎(chǔ)的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關(guān)，例如當(dāng)節(jié)流裝置形式或管道流體的物理性質(zhì)(密度、粘度)不同時(shí)，在同樣大小的流量下產(chǎn)生的壓差也是不同的。以伯努利方程式和流體流動(dòng)的連續(xù)性方程式為依據(jù)，天然氣流量計(jì)量的實(shí)用公式是： Qn=Ah*0*re*bk*Fr*d2*Fg*Fa*Fz*Ft* 式中 Qn 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體體積流量Ah 常數(shù)，視差壓、靜壓的單位而定，一般為8.68560 特定流量系數(shù)re測(cè)量管壁流量修正系數(shù)bk 孔板入口邊緣銳利度修正系數(shù)Fr 雷諾數(shù)修正

4、系數(shù)氣體膨脹系數(shù)d 孔板在20下實(shí)測(cè)的開(kāi)孔口徑Fa孔板熱膨脹修正系數(shù)Fg天然氣相對(duì)密度修正系數(shù)Fz超壓縮系數(shù)Ft 流體流動(dòng)溫度修正系數(shù)孔板上游側(cè)絕對(duì)壓力 氣體流過(guò)孔板時(shí)的差壓三、誤差因素分析1、基本誤差 由測(cè)量裝置本身準(zhǔn)確度所決定的誤差。由于孔板流量計(jì)測(cè)得的流量是根據(jù)差壓信號(hào)間接求得的。從公式可以看出，影響測(cè)量準(zhǔn)確度的主要因素是、F、等值。必須保持、F、均為恒定值，才能達(dá)到差壓和流量之間有恒定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但在實(shí)際生產(chǎn)中，、F、都與某些因素有關(guān)，特別是流量系數(shù)，它是一個(gè)影響因素復(fù)雜，變化圍大的重要系數(shù)，如果在測(cè)量過(guò)程中不能保證為恒定值，則測(cè)量誤差將會(huì)較大。從資料和實(shí)驗(yàn)證明，流量系數(shù)值與取壓點(diǎn)位置

5、、孔板的開(kāi)孔截面積和管道截面積比（m= d2 /D2）、雷諾數(shù)、管壁粗糙度、孔板入口邊緣尖銳度有關(guān)。所以，標(biāo)準(zhǔn)孔板的選用應(yīng)符合下列技術(shù)要求：（1）標(biāo)準(zhǔn)孔板的技術(shù)要求1）孔板相對(duì)于開(kāi)孔直徑d的軸線(xiàn)中心對(duì)稱(chēng)；2）孔板上游端面A應(yīng)于下游端面B平行，并且與開(kāi)孔直徑d的軸線(xiàn)垂直；3）孔板A面、B面應(yīng)無(wú)可見(jiàn)的損傷；4）孔板開(kāi)孔直徑d的上游測(cè)直角入口邊緣G應(yīng)銳利，無(wú)毛刺和劃痕。5）孔板開(kāi)孔直徑d的圓柱表面長(zhǎng)度e應(yīng)符合：0.005De0.02D；6）孔板的厚度應(yīng)符合：eF0.005D；7）孔板下游側(cè)出口邊緣H和孔板開(kāi)孔圓柱形下游側(cè)出口邊緣I應(yīng)無(wú)毛刺、劃痕和可見(jiàn)損傷；8）標(biāo)準(zhǔn)孔板在使用過(guò)程中，會(huì)由于天然氣的侵蝕

6、而產(chǎn)生變形，從而引起流量系數(shù)增大而產(chǎn)生測(cè)量誤差。因此孔板的材質(zhì)也是保證孔板工作可靠和測(cè)量準(zhǔn)確的一個(gè)因素。用于天然氣測(cè)量的孔板采制一般為：Cr17、1Cr18Ni9TiC以及其他耐酸鋼。整套流量計(jì)的精確度還決定于差壓變送器和流量顯示儀的精確度。但是當(dāng)其他參數(shù)的精確度不高時(shí)采用高精度差壓變送器并不能起多大作用。流量顯示儀的作用主要在監(jiān)視運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定性等方面，它的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度一般是無(wú)問(wèn)題的。因此，要提高測(cè)量的精確度應(yīng)有一個(gè)全面估計(jì)，這樣才能作出技術(shù)經(jīng)濟(jì)性最佳方案的選擇。 差壓儀表本身的精度也是造成基本誤差的原因。如果差壓儀表的零點(diǎn)漂移，會(huì)使測(cè)量結(jié)果與實(shí)際值相差較大。2、附加誤差在流量計(jì)的安裝和使用

7、過(guò)程中，沒(méi)有嚴(yán)格遵守技術(shù)要求和設(shè)計(jì)所提供的數(shù)據(jù)而找成的誤差。這種誤差的大小是無(wú)法估計(jì)的。但是通過(guò)對(duì)造成誤差因素的分析，可以將誤差降低。孔板流量測(cè)量系統(tǒng)安裝使用時(shí)，必須符合下列技術(shù)要求：1）孔板安裝時(shí)，他的開(kāi)孔中心和管道中心軸線(xiàn)同心，而且它的端面與管道軸線(xiàn)垂直；2）孔板上、下游側(cè)取壓孔軸線(xiàn)符合距孔板上、下游端面的距離為25.4±0.8mm的要求； 3）取壓孔的軸線(xiàn)應(yīng)與孔板上下游側(cè)2D測(cè)量管長(zhǎng)度的圓柱的軸線(xiàn)垂直，取壓孔的軸線(xiàn)與孔板兩端面向外傾斜角的夾角不大于3度。取壓孔直徑不應(yīng)大于0.08D；4）孔板安裝需要前后直管段，直管段的長(zhǎng)度與孔板上游側(cè)局部阻力件的形式和直徑比有關(guān)，其確定方法如下

8、表：表. 孔板與阻流件之間所要求的直管段長(zhǎng)度（無(wú)流動(dòng)調(diào)整器）（數(shù)值以管徑D倍數(shù)表示）直徑比孔 板 上 游 側(cè) （入口）單個(gè)90o彎頭 兩個(gè)90o彎頭在任意平面(S30D) 在同一平面上的兩個(gè)90o彎頭，S形狀(30DS10D)在同一平面上的兩個(gè)90o彎頭，S形狀(10DS)在垂直平面上的兩個(gè)90o彎頭，(30DS5D)在垂直平面上的兩個(gè)90o彎頭，(5DS) 單個(gè)90o三通單個(gè)45o彎頭在同一平面上的兩個(gè)45o彎頭，S形狀(S22D) ABABABABABABAB0.20631010101019183417930.401631010101044185025933090.502291810221

9、0441875341993090.6042133018421844186525291830180.6744204418442044206010361844180.754420441844224420751844184418直徑比孔 板 上 游 側(cè) （入口）孔板下游側(cè)（出口）漸縮管在1.5D到3D的長(zhǎng)度由2D變?yōu)镈漸擴(kuò)管在D到2D的長(zhǎng)度由0.5D變?yōu)镈 全孔球閥或閘閥全開(kāi) 對(duì)稱(chēng)突縮管溫度計(jì)套管或插口直徑小于0.03D 前面全部阻流件類(lèi)型和密度計(jì)套管 ABABABABABAB0.2055168126301553420.4055168126301553630.506518912630155

10、3630.6095221114730155373.50.67126271418930155373.50.7522113819241230155384惡劣的安裝條件，可能的話(huà)采用流量調(diào)整器。溫度計(jì)套管的安裝不會(huì)變更其上游側(cè)的最小直管段長(zhǎng)度。最小直管段長(zhǎng)度是指孔板的上下游阻流件與孔板之間的長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度是從最靠近的彎頭或三通的曲面部分下游末端或漸縮管和漸擴(kuò)管的錐管部分下游末端測(cè)量起。5）差壓信號(hào)管路的安裝 差壓信號(hào)管路是指節(jié)流裝置與差壓變送器(或差壓計(jì))的導(dǎo)壓管路。它是孔板流量計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，據(jù)統(tǒng)計(jì)孔板流量計(jì)的故障中引壓管路最多，如堵塞、腐蝕、泄漏、凍結(jié)、假信號(hào)等等，約占全部故障率的70，因此對(duì)差壓信

11、號(hào)管路的配置和安裝應(yīng)引起高度重視。 （1）取壓口 取壓口一般設(shè)置在法蘭上，當(dāng)測(cè)量管道為水平或傾斜時(shí)取壓口的安裝方向如圖2所示。它可以防止測(cè)液體時(shí)氣體進(jìn)入導(dǎo)壓管或測(cè)氣體時(shí)液滴或污物進(jìn)入導(dǎo)壓管。當(dāng)測(cè)量管道為垂直時(shí)，取壓口的位置在取壓位置的平面上，方向可任意選擇。不同溫度條件下取壓接頭的安裝方法如圖3所示。 圖2. 取壓口位置安裝示意 圖3. 在管道上安裝取壓接頭的方法（2）導(dǎo)壓管 導(dǎo)壓管的材質(zhì)應(yīng)按被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)和參數(shù)確定，其徑不小于6mm，長(zhǎng)度最好在16mm以，各種被測(cè)介質(zhì)在不同長(zhǎng)度時(shí)導(dǎo)壓管徑的建議值如下表所示。導(dǎo)壓管應(yīng)垂直或傾斜敷設(shè)，起傾斜度不小于1：12，粘度高的流體，其傾斜度應(yīng)更增大。當(dāng)導(dǎo)壓

12、管長(zhǎng)度超過(guò)30mm時(shí)，導(dǎo)壓管應(yīng)分段傾斜，并在最高點(diǎn)與最低點(diǎn)裝設(shè)集氣器（或排氣閥）和沉淀器（或排污閥）。正負(fù)導(dǎo)壓管應(yīng)盡量靠近敷設(shè)，防止兩管子溫度不同使信號(hào)失真，嚴(yán)寒地區(qū)導(dǎo)壓管應(yīng)加防凍保護(hù)，用電或蒸汽加熱保溫，要防止過(guò)熱，導(dǎo)壓管中流體汽化會(huì)產(chǎn)生假差壓。表. 導(dǎo)壓管的徑和長(zhǎng)度導(dǎo)壓管長(zhǎng)度/mm1600016000450004500090000導(dǎo)壓管直徑/mm被測(cè)流體水、水蒸氣、干氣體791013濕氣體131313低、中粘度的油品131925臟液體或氣體252538 6）測(cè)量氣體溫度的溫度計(jì)最好安裝在孔板下游側(cè)直管段以外的地方，計(jì)算氣量時(shí)應(yīng)將此時(shí)所測(cè)的氣流溫度換算成孔板上游側(cè)的氣流溫度，如果溫度計(jì)安裝在孔板上游側(cè)，則溫度計(jì)套管與孔板之間的直管段長(zhǎng)度L應(yīng)滿(mǎn)足下列規(guī)定：當(dāng)溫度計(jì)套管直徑不大于0.03D時(shí)（D為計(jì)量管徑），L5D；當(dāng)溫度計(jì)套管直徑在0.03D至0.13D圍時(shí)（D為計(jì)量管徑），L20D； 孔板節(jié)流裝置安裝于現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)酷的工作場(chǎng)所，在長(zhǎng)期運(yùn)行后，無(wú)論管道或節(jié)流裝置都會(huì)發(fā)生一些變化，如堵塞、結(jié)垢、磨損、腐蝕等等。檢測(cè)件是依靠結(jié)構(gòu)形狀及尺寸保持信號(hào)的準(zhǔn)確度，因此任何幾何形狀及尺寸的變化都會(huì)帶來(lái)附加誤差。麻煩的是，測(cè)量誤差的變化并不能從信號(hào)中覺(jué)察到，因此定期檢查檢測(cè)件是必要的。可以根據(jù)測(cè)量介質(zhì)的情況確定檢查的周期。孔板流量計(jì)是一種從設(shè)計(jì)、制造到安裝使用要求很?chē)?yán)格的儀表，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的失誤都