天然氣流量計(jì)測量產(chǎn)生誤差的主要因素分析

早在20世紀(jì)30年代開始在市場投入使用，隨之在生產(chǎn)領(lǐng)域獲得了大規(guī)模廣泛應(yīng)用，截至目前，孔板流量計(jì)生產(chǎn)制造與使用技術(shù)已經(jīng)成熟，借助上長期的試驗(yàn)研究及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，
我國制定了天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法》(SY/6143-1996)，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)孔板的結(jié)構(gòu)形式、技術(shù)要求、節(jié)流裝置的取壓方式、使用方法以及流量計(jì)算及其不確定度方面的資料，為天然氣流量計(jì)量提供了標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。
 
我國是天然氣資源豐富的大國，天然氣遠(yuǎn)景儲量達(dá)3.8*1013m3(38萬億m3),目前已探明儲量就有1.6*1012m3(1.6萬億m3)，天然氣不僅是一種、 清潔燃料，也是一種的化工原料，天然氣流量計(jì)量已經(jīng)成為天然氣工業(yè)發(fā)展的重要制約因素，是天然氣供需雙方貿(mào)易結(jié)算的依據(jù),又是生產(chǎn)部門用氣效率的技術(shù)指標(biāo)，是目前我國天然氣使用中迫切需要解決的一個重要問題，
 
孔板流量計(jì)由3部分組成：節(jié)流裝置 、差壓變送器和流量顯示儀。孔板流量計(jì)易于偏離標(biāo)準(zhǔn)的原因在于儀表本身的工作原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn),儀器自身誤差是制造時產(chǎn)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(zhì)腐蝕、磨損、沾污等造成的.因此,應(yīng)嚴(yán)格按技術(shù)要求安裝流量計(jì)量系統(tǒng),消除安裝誤差.在使用過程中,操作人員應(yīng)做好系統(tǒng)的檢修、維護(hù)、保養(yǎng)工作,延長其使用壽命,減小計(jì)量誤差。
1.1計(jì)量儀表自身引起的測量誤差

采用天然氣流量計(jì)測量，對孔板加工技術(shù)要求很高，一定要符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定，否則，會給流量測量結(jié)果帶來很大的誤差。孔板的偏心和彎曲是孔板的制造安裝和使用中影響計(jì)量儀表精度的主要因素。

1.1孔板流量計(jì)生產(chǎn)階段及安裝因素造成的影響
1.1.1孔板安裝不當(dāng)引入的誤差
盡管安裝規(guī)范一般都能夠掌握，但有些細(xì)節(jié)往往沒有引起重視，導(dǎo)致較大的計(jì)量誤差。如密封墊片內(nèi)孔未按環(huán)室尺寸加工，墊片伸出環(huán)室，干擾流體穩(wěn)定流動；導(dǎo)壓管走向不合理，差壓無法順利傳導(dǎo)；平衡器不水平，直接產(chǎn)生計(jì)量誤差等。
1.1.2孔板偏心和孔徑比大小引起的誤差
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，孔板應(yīng)與節(jié)流裝置中的直管段對中。一般說來，孔徑比β值越高，偏心率對測量準(zhǔn)確度影響越大。另外根據(jù)體積流量不確定度公式：

從公式（1）可以計(jì)算得出孔徑比β與流量不確定度的關(guān)系：流量不確定度基本隨著β增減而增減，當(dāng)β<0.6時，不確定度的變化很小，基本為一條直線；隨著β的增大，不確定度迅速增大，當(dāng)β=0.75時，不確定度達(dá)到Z大。因此應(yīng)避免采用孔徑比大的孔板。
1.1.3孔板彎曲引起的測量誤差
節(jié)流裝置中伸入管內(nèi)的墊片、焊縫等也會引起測量誤差，誤差大小與突出物位置、孔板與突出物的距離等有關(guān)。有關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)β=0.7，突出物位于孔板上游管徑2倍時，產(chǎn)生誤差Z大；若突出物位于孔板上游處，誤差為16%～50%。若位于下游，則對計(jì)量精度的影響相對較小。

1.2使用條件變化引起的測量誤差
這種誤差主要是由脈動流現(xiàn)象和超量程、流程頻繁波動等問題引起的。管道中氣體流速和壓力發(fā)生突然變化，造成脈動流，引起差壓波動，當(dāng)孔板流量計(jì)節(jié)流裝置上出現(xiàn)明顯的脈動流時，計(jì)量可能產(chǎn)生較大誤差，有關(guān)文獻(xiàn)指出脈動流引起的誤差Z大可達(dá)20%～30%。當(dāng)前，輸氣干線脈動主要來源：一是，天然氣氣井為氣水同產(chǎn)，這些井的計(jì)量差壓均發(fā)生波動；二是，長輸管道或氣田管道積液造成差壓波動；三是，氣井之間的壓力干擾造成差壓波動；四是，由于小用戶用氣不均衡，氣量瞬間發(fā)生急劇變化，供氣閥突開或突關(guān)都會導(dǎo)致差壓波動。

超量程問題大多數(shù)是由于季節(jié)不同，用量發(fā)生變化引起的，特別是蒸氣計(jì)量，冬天時流量大，夏天時流量小，有可能超過所選儀表的量程，從而引起誤差。同時，城市用氣而無調(diào)峰設(shè)施的計(jì)量裝置，當(dāng)流量隨時間頻繁波動時，將會直接影響對天然氣計(jì)量的準(zhǔn)確度。

1.3測量介質(zhì)條件引起的誤差
1.3.1天然氣中的雜質(zhì)
天然氣從地層中采出來，雖然經(jīng)過分離、除塵或過濾，但由于處理不*或集氣管網(wǎng)和輸氣干線內(nèi)腐蝕物的影響，使得天然氣中混有少量的液體或固體雜質(zhì)，這些雜質(zhì)易聚集在孔板截面收縮、流速突變的孔口銳邊上，而天然氣流量計(jì)對孔板銳邊、截面及流線的變化非常的敏感。此外，天然氣中的雜質(zhì)還會對孔板產(chǎn)生沖刷和腐蝕，特別是對孔板直角入口邊緣和測量管內(nèi)壁的沖刷腐蝕特別嚴(yán)重，這將影響到孔板直角入口邊緣圓弧半徑和測量管內(nèi)壁相對粗糙的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，孔板流出系數(shù)也將發(fā)生變化，使測量準(zhǔn)確度達(dá)不到要求。
1.3.2天然氣的含水量
天然氣的含水量也對天然氣計(jì)量準(zhǔn)確度有著很大的影響。美國雪佛龍公司和科羅拉多工程實(shí)驗(yàn)站用注水后的天然氣流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量得到了：
1）天然氣流量計(jì)測量氣體流量，當(dāng)氣體中央帶少量液體時，流量測量不確定度偏高，測量的濕氣流量隨β的增加而減少，在β比為0.7時，測得的流量偏差為-1.7%。
2）夾帶少量液體時，在β比為0.5時表明孔板性能較好，但是應(yīng)將夾帶液體在孔板上游脫出，以獲得的計(jì)量性能。
3）舊的天然氣流量計(jì)測量濕氣，流量計(jì)量值將降低3%。

1.4計(jì)量系數(shù)引起的誤差
1.4.1流出系數(shù)C對計(jì)量精度的影響
流出系數(shù)C是在上游直管段充分長的試驗(yàn)條件下，并且孔板節(jié)流裝置在滿足規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)下進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)定才有效。當(dāng)R較小時，流出系數(shù)會變大，當(dāng)R較大時，流出系數(shù)會變小。流出系數(shù)C隨流量的增大而減小，實(shí)際流量越小于刻度流量，流出系數(shù)C引起的流量誤差則越大。天然氣流量計(jì)的流出系數(shù)C不是一個定值，它隨R的變化而變化，但是當(dāng)R增大到某一數(shù)值時，變化量減小。對于法蘭取壓，R應(yīng)該在106以上，對于角接取壓，R應(yīng)在2×105以上。
1.4.2可膨脹系數(shù)ε對流量計(jì)量的影響
可膨脹系數(shù)ε是因氣體流經(jīng)孔板時密度產(chǎn)生變化而引入的修正系數(shù)，這是流量誤差的一個重要來源。當(dāng)天然氣流量低于設(shè)計(jì)流量時，實(shí)際的ε低于設(shè)計(jì)的ε，導(dǎo)致測量結(jié)果偏小；反之，測量結(jié)果偏大。當(dāng)實(shí)際流量與設(shè)計(jì)流量一致，而靜壓P1低于設(shè)計(jì)壓力，實(shí)際的ε小于設(shè)計(jì)的ε，使流量測量偏大，反之偏小。
1.4.3天然氣壓縮因子對流量計(jì)量的影響
流量計(jì)量結(jié)果是以工作狀態(tài)下的流量形式給出，由于各地工況不同，需將流量轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下的氣體流量。在壓力不高、溫度不低的情況下，可以按照理想氣體方程進(jìn)行體積流量換算。然而，實(shí)際氣體和理想氣體總有一定差別，尤其是在管道壓力較大或是溫度變化較大的情況下，氣體并不遵循理想氣體狀態(tài)方程。天然氣壓縮系數(shù)的求解有卡茨曲線圖求解法、卡茨表求解法、查《天然氣壓縮系數(shù)速查手冊》法。比較而言，《速查手冊》能迅速、方便地計(jì)算出壓縮系數(shù)，但誤差更大。
卡茨表Z，但由于卡茨表的壓縮系數(shù)太少，當(dāng)表內(nèi)沒有對應(yīng)數(shù)值，還需用內(nèi)插法算出，使用較麻煩。

1.5其他原因引起的誤差
其他誤差因素有：管道泄露、人為破壞、管理不嚴(yán)、不合理的積算和取值方法、計(jì)量工況偏離標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件等。積算方法本身不合理，對溫度、壓力、氣體組成的變化沒有自動補(bǔ)償以及突發(fā)事件等毫無疑問也是引起天然氣計(jì)量誤差的原因。特別是管道泄露引起的誤差相當(dāng)大。例如節(jié)流裝置前后的差壓一般都很小（有的僅為kPa-60kPa），管道壓力往往是它的幾十倍，如發(fā)生導(dǎo)壓管泄漏或堵塞，不僅給計(jì)量帶來誤差，而且會損壞差壓變送器。