孔板流量計的計量誤差分析

天然氣行業標準《用標準孔板流量計測量天然氣流量》（GB/T 21446）規定了標準孔板的技術參數要求、內部結構形式、孔板的取壓方式、流量計使用方法以及計算、不確定度的資料，為天然氣標準孔板流量計計量提供了標準依據。但在實際應用中，由于現場使用條件變化引起的誤差和計量儀表本身誤差，經常使孔板流量計的精度不能達到要求。本文結合孔板流量計在配氣站交接計量中的應用情況從基本誤差和附加誤差兩方面對孔板流量計的計量誤差進行分析，并探討解決方法。1、基本誤差 基本誤差是由計量裝置本身精確度所決定的誤差，是不可避免的，一般在 1% ～ 2% 范圍內。為了規范孔板計量，《天然氣計量系統技術要求》（GB/T 18603）對計量系統進行了說明和要求，同時對計量系統儀器儀表精度等級進行了要求。 基地配氣隊孔板計量系統選用的差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器的準確度分別為：0.25%、0.25%、0.5%，符合《天然氣計量系統技術要求》（GB/T 18603）中 B 級系統配套儀表準確度的要求。2、附加誤差 結合現場使用情況，對產生計量附加誤差的原因進行以下分析。2.1 實際運行流量值偏離設計流量值引起的誤差 這是配氣站最常見也是貿易雙方最關心的問題，用氣量具有季節、日和小時的不均衡性，用氣高峰和用氣低峰變化范圍較大，且很難準確的掌握用戶的用氣量，與設計流量值偏差很大。 如果用于計算孔板孔徑的最大流量與現場實際的最大流量偏離較大，就會造成計算出來的孔板孔徑較大偏差。存在大孔板測小流量的問題，由于 ΔP 偏小，計量精度大大降低。2.2 節流裝置產生的誤差1）孔板裝反引起測量誤差。在孔板閥中安裝孔板時，應保證孔板的安裝方向正確，天然氣從孔板的上端面流向下端面。表3為廬配供總配氣量與總配外供氣量的對比，正常情況下廬配供總配氣量應大于總配外供氣量，如表2中4.4日至4.6日數據。4.6日廬配至總配線孔板裝反，導致4.7日廬配供總配氣量小于總配外供氣量，引起較大誤差。2）孔板孔徑尺寸測量不準確引起測量誤差。在實際使用中由于條件限制，不能及時送到檢定部門進行檢定，而是用游標卡尺在現場測量。一方面存在目測誤差，另一方面由于沒有在標準狀況下進行計量標定，當現場環境及測量介質溫度較高時，測量孔板的孔徑值將偏高，造成計量值比實際值偏高。如果孔板厚度不符合標準、上下游直管段長度不夠、計量裝置安裝不當都能引起測量誤差。3）氣體的沖刷和腐蝕引起測量誤差。天然氣從地層采出來，雖經分離、過濾，因其所含成分十分復雜，且成分經常變化，從單井采氣計量、集氣計量到配氣計量，氣質組成都各不相同，因而流量計在使用過程中宜受測量介質天然氣的沖刷和腐蝕，對孔板和直管段的沖刷腐蝕尤為嚴重。這將影響到孔板直角入口邊緣圓弧半徑和直管段內表面粗糙度，使得流出系數發生變化，測量的不確定度超出預期值[2]。2.3 差壓變送器引起的誤差 在現場環境條件下，孔板流量計裝置與差壓變送器之間連接的導壓管線容易發生腐蝕、堵塞、冰凍等，是孔板流量計薄弱環節和使用維護的重點。1）差壓變送器零點容易漂移，造成靜壓、差壓值失真，造成計算氣量比實際氣量偏差較大。2）差壓變送器的閥組和導壓管易生銹泄漏、堵塞。高壓側和低壓側的連接件漏氣或堵塞，都會引起較大的計量偏差。 2015 年 4 月份東營壓氣站檢修期間，天然氣內含有固體懸浮顆粒和油污引起廬配至總配線的下游導壓管堵塞，導致廬配至總配線計量數據偏大。2.4 天然氣組分變化引起的誤差 天然氣從單井到集氣站和配氣站，氣質組分各不相同，因此流量值也不同。一方面，由于氣體組分的變化引起天然氣相對密度的變化，天然氣流量值與相對密度倒數的平方根成正比例變化。另一方面，天然氣組分的變化影響壓縮因子 Z 的計算，造成壓縮因子的附加誤差，而壓縮因子直接影響工況流量轉化為統一標準下的氣體流量。由此可見天然氣組分變化對計量的影響很大。 2015 年 5 月份對廬配交接處的天然氣組分重新進行了取樣分析，取樣分析前后各組分含量發生變化。由相對密度計算公式可知取樣分析前后的相對密度分別為 0.6495、0.6425，即取樣分析前后天然氣相對密度變化了 1%。