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提高孔板流量计计量精度的方法
发布时间:2016-08-08

引言
   随着天然气在我国的发展速度飞快,所以需要精度非常高的天然气流量测量计。目前我国大部分天然气企业采用的天然气流量测量仪篇孔板流量计,其具有结构简单,造价便宜且其测量精度很高的优点。据有关数据表明,超过百分之九十五的石油天然气企业把孔板流量计用在贸易计量计上。孔板流量计是检测装在管路中的同心孔板两边的压力差来得到流量数据的一类检测仪器。其主要是由节流装置、差压计、压力计和温度计构成。它根据能量守恒定律和流动连续性方程这些原理来设计制造的。它的计算天然气流量的方法是通过节流装置产生压力差,然后再进过一些仪器测量压力差和压力、温度,后在使用流量积算仪或者计算机控制系统后得到数据。
1 孔板流量计工作原理及特点
   孔板流量计以能量守恒定律和流动连续性方程为设计原理,其计算方法是根据装在管路中的同心孔板两边的压力差来计算的,其结构是由温度计、压力计、节流装置等构成。由于其造价便宜,结构简单,具有较高的测量精度,并且适用于精度要求不高的工程测量以及贸易。我国使用孔板流量计已经有很长的一段时间了,并拥有非常成熟的孔板流量计设计,生产,加工经验,其生产的孔板流量计也可以测量一些未知范围的天然气流量。现目前,我国主流的天然气测量仪器还是孔板流量计。
2 天然气流量计算方法
2.1 天然气体积流量计算基本公式
(1)
式中 Qn———标准状态下天然气体积流量,m3/s;
C———流出系数;
β———直径比;
ε———可膨胀系数;
d———孔板开孔直径,mm;
Δp———节流件前后的压差,Pa;
ρ1———天然气在上游工况条件下的密度,kg/m3;
ρn———天然气在标准状态下的密度,kg/m3。
2.2 天然气体积流量计算实用公式
(2)
式中,As———秒计量系数,视采用计量单位而定,此式As=3.1794×10-6;
E———渐进速度系数;
FG———相对密度系数;
Fz———超压缩因子;
Fr———流动温度系数;
P1———孔板上游取压孔绝对静压,MPa。
3 孔板流量计计量误差分析
3.1 流出系数C对计量精度的影响
   孔板流量计的校准于流出系数有关,它需要在上游直管段达到足够的长度,同时其的节流装置需要到达必要的技术要求。而流动系数又与雷诺数有关且随其变化。c值增大时,雷诺数会变小,反之则c值减小时,雷诺数会增大。流动系数C也会随着流量变化而变化,其变化是随流量的变大而减小,当实际的流量比刻度流量小时,则由其带来的流量误差会增大。同时C值是个变量,其根据雷诺数改变而改变,当雷诺数到一定值时,其变化量将会变小。关于法兰取压,雷诺数要超过106,而关于交接取压其值要超过210.
3.2 被测介质实际物理性质的不确定度因素
(1)天然气相对密度对流量计量的影响。
   天然气流量值会随着1/Gr变化而变化,其两者之间关系是正比例关系,这一点可以从上面公式(2)中可得知中可以看出。假如把Gr看作一个单独的量,那么当Gr的不确定度为正负百分之零点五,这是天然气标准体积流量的不确定因素为正负百分之零点二五,因此显而易见流量计量会受到天然气实际的相对密度的影响。而导致Gr不确定度出现的原因是由于没有测量和分析以及确定出真实天然气的相关物理参数。例如,实际空气的组分偏离标准组分的偏离程度,各有关组分分子量测量的不确定度。目前Gr有两种办法确认,第一是用浮力气体天平、动量比重计等仪器检测其实际相对密度;第二种是采用气分析仪器,先得知天然气的全部组成部分,再根据其算出Cr值。现在我们国家通常使用后一种方法。但是因为存在着压力温度差,所以Gr是一个变量。这时需要使用在线色谱,观察其变化状况,从而进一步增加计量的精度。
(2)天然气压缩因子对流量计量的影响。
   流量计量的结果通常表现为在实际运行中的流量流出,但是因为各个工程的实际情况不同,那么这时候就一般认为标准气体流量。当我们遇到外部因素的影响时(气压不高、温度高),也可以用理想气体方程等到体积流量。然而现实和理想是有差异的,同样的现实气体也同样与理想气体有差异,特别是在由于管道压力大和其温差大时,理想气体状态方程不在适用在这里。可以计算出天然气压缩系数办法的有三种,第一是用卡茨曲线图求解法,其优点在于求解方法快速,使用方便,但其缺点就是误差较大。第二是采用卡茨表求解法,但其缺点在于算法繁琐,当没有有关压缩系数时还要用到内插法,但其优点在于算出的数值准确。第三种是查阅《天然气压缩系数速查手册》。
(3)可膨胀系数ε对流量计量的影响。
   我们需要在气体经过孔板的时候对密度的影响的变化加入一个修正系数ε。这个引进的系数使我们在实际工作中产生误差一个主要的原因。如果工作中天然气的流量没有达到预期的程度的时候,真正的修正系数的ε会比规划中的ε要小很多。后让工作中得出的结果数据要比预期的数据小很多。假设真正修正系数比工作中的修正系数要大,后得到的结果也要比真正地结果要大很多。
(4)脉动流对流量计量的影响。
   造成脉动流的根本原因是因为仪器管道中气体流过的速度还有气体的压力产生改变,这个改变能够引导出压力差的改变,让我们仪器记录下来的线条是不是一根线。而是一段宽带。然而让这个脉动流产生的原因有些只有一个,而另一些却是有很多个原因结合到一起的。比如我们长距离管道中残余液体的积累,压缩天然气的仪器的使用,天然气井田中压力的变化扰动,天然气使用单位不能很平均的使用天然气。能够有稳定的流量流动才是截留装置计算流量基本的因素,当我们需要测量的单位产生波动的时候,我们就不能很好的对其进行测量,这样就会使测量的误差增大。因此我们为了让我们终的测量结果误差小,就有必要对脉动流进行削弱。
3.3 仪器的设计、安装管理误差分析
(1)仪器的设计误差
   仪器差生误差的原因是因为仪器本身设计的不足或者是因为在仪器使用的时候产生了一些不可预测的改变。这种误差主要是以下几个方面体现出来:第一是因为仪器孔板的上面构成角度的尖锐程度还没有达到预期的标准,仪器管孔的参数没有按照计算制造,仪器控板的高不能达到工作标准,或者是工作本身就没有按照规定的流程进行,致使工作中出现许多不可逆的失误,终导致误差的产生。
(2)安装管理误差
   那么这个误差会后发展成一个不能有一个准确判定的持续差生误差的源头。产生这种误差有很强的普通性。比如在施工的时候,符合要求的施工材料不够,施工的材料参数不能满足施工所需要的参数,这些参数具体体现在材料的长度,材料的制造工艺,材料孔板的形变,还有材料中冗余物质对材料本身参数造成的映像,材料雷诺参数的不能满足制造所需的要求,材料焊接的位置发生偏差。而管理上面的错误主要在于:工作仪器不是我们所需要的仪器、孔板的直径不能通过相应的流量,引压管、平衡阀、差压计各连接部位发生的错误,人员自身操作产生的错误。
3.4 流量积算方法不当对计量的影响
   现阶段我们使用的一般的孔板节流装置和与它解构不一样的二次测量工具使用不一样的数据计算方法。我们需要使用符合规则的孔板流量工具来计算天然气的流量,它的数据和天然气的各个方面都有密不可分的联系。假设我们使用的流量测量体系并没有符合相应的配置工具,它就会在工作时不能够进行准确的计算,使仪器的误差增大。
4 孔板流量计运行中准确计量的影响因素
现阶段我们的仪片护板的流量统计表经过长期的使用经常出现一下一些问题:
(1)我们使用的基本的孔板测量仪器,有一个能够测量的范围有限、测量的准确性不高、测量本体的环境因素影响较多时我们需要使用不同的孔板原件。
(2)在一些特殊的时间里,我们的天然气中含有许多的杂质,使天然气的纯度得不到提高。这会让计量仪器管道被堵塞,造成一些其实可以避免的误差。
(3)因为现阶段的天然气与天然气液体不能很好的分开,会让导出压力的管道中和压力计算记因为正压与负面压力而产生多余的水分与油,这会让差压计因为有多余的液体而计算不准确。
(4)孔板在每隔一段时间都需要检查一次,还需要经过洗净与测量常规参数,但是天然气计的工作条件不好,不能每隔一段时间就进行检查与维修。
(5)当介质的压力和温度都发生不同的变化的时候,天然气的体积也会跟随这变化,这会让天然气计出现误差。
5 提高孔板流量计计量精度的措施
我们从计量天然气产生误差的原因入手,研究出几种在进行天然气计量不同时间段的不同办法来降低误差。
5.1 孔板流量计的设计安装上应严格符合技术标准
我们现阶段的孔板节流装置应该要和规定(SY/T6143-1996)所有的指标都要吻合,尤其实在进行安装的时候,必须要与响应的参数来匹配相应的材料,大多数情况下都需要少前30D。
5.2 消除脉动流
(1)使用风吹,扫除的,清理管道或者在低的地方使用分液器来让管道中多余的液体减少。
(2)我们需要我计量能力能够做到的情况下,使测量管道的内径见效,从而让差压和孔径比得到提高。
(3)在实际工作中,我们要尽可能使用短引压管线,这样的目的是为了让引压管线中的阻力,而且还能让上游和下游的管线的长一样。这样就能在实际工作中降低工作系统里的谐振和压力脉动振幅。
(4)我们需要将测量点的前面增加一个调整压力的阀门,使压力能够平稳的被输出,在测量管前面增加一个缓冲罐用来使气体得到储存和释放也能起到见效误差的作用。
(5)控制计量管段下流阀。
5.3 量值溯源
因为我们所需要的流量的参数不是一尘不变的,所以如何让让仪表更加精确使我们现阶段亟待解决的一个问题之一,我们所采取的方法是量值溯源。
(1)转原级标准的固定装置之一,流量量值的和流量计有着非常巨大的不同。流量量值的标准不能进行移动,所以它不可以很好的把流量参数的变化性展现出来。怎么样才能把流量计上的基本的擦描述整合成为导出的两,在现阶段仍然是一个巨大的挑战。
(2)在我们的孔板节流的装置的所有的程序都满足了现阶段对此的规章要求的时候,我们的装置就可以与几何学与流体力学一样。我们可以以此为基本,对我们需要的参宿进行溯源,我们的节流装部分用长度进行检测,压力、温度、时间或气样分析用各自的标准器具或标准样气进行检验,并将标准器与国家基准建立溯源链。
(3)在一些用于商业用途的计量流量的装置里,我们在流量计工作一个时间段之后,我们就要对我们的仪器进行检测与维修,使我们的仪器能够精准。
5.4 加强业务培训,建立健全各项规章制度
   我们需要对员工进行强化训练,使他们能够提高自身的技术能力水平,使他们能够在出现问题的同时能够及时的检测出来并且能够将其维修完好,让工作原件的工作寿命能够得到大化的提升。我们还需要拥有一个完善的计量责任体制,让员工按照规章制度对仪器进行定期的维护与修理,并且对每一个仪器都能有一个完备的资料库,这样才能使工作人员能够及时的发现问题并且进行处理。在现阶段的规定中,我们必须对我们的仪器进行每个月一次的清洁处理,检查我们仪器的计量准确度,仪器的D/A转换通道,还有对仪器计算流量的程序、有损坏的孔板都要做好及时检测与更换,后我们必须要把天然气的生产检测状况的检测加强,这样才能提高检测的准确成都,从根源上减少误差。
5.5 孔板流量计发展与展望
   孔板流量计是一种很实用并且发展时间很长的流量计算工具,它由很多个相互不联系的部分结和在一起。这些部分之间能不能很好的搭配到一起,它们安装的流程是不是符合规章流程,都可能从正面作用到计量工具的误差大小。所以我们研究一个一体化的流量计的成品的时候,我们需要将它的解构尽可能的简单化,并且提高它的稳定性,使它的性价比能得到巨大的提升。孔板流量计是一个很有市场前途的商业项目,它的发展依靠社会科技发展的速度。现阶段世界上的计量工具的发展大环境是要将计量鞠躬一体化,并且做到计量仪器的精准性,能够智能化。还需要领先于现阶段社会的软件功能,还要拥有能与DSC连接的RS485微机连通接口,这样才能使工作人员进行检测的时候能够很迅捷、简便的为工作人员提供检测。以上的条件都能让我们计量工具的发展得到平稳的发展。
6 结语
   我们从上文能够得出结论,现阶段我们的孔板流量计还不能很好的在天然气作业中进行使用,其中的困难还非常之多,各种因素的影响导致后的结果不能很准确。但是随着世界整体技术迅猛的发展,在不久的将来,一体化的智能孔板流量计的使用范围和使用精确程度都能想必较以前得到极大的提升。


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