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淺析孔板流量計對天然氣輸差影響

【摘要】天然氣經(jīng)過凈化處理后都采用長距離管線輸送，大多數(shù)采用孔板流量計來計量。它在安裝、使用和維護過程中存在很多的不足，容易產(chǎn)生誤差。通過研究，分析其引起天然氣長輸管線產(chǎn)生輸差的原因，并提出了正確使用孔板流量計來降低輸差的主要途徑，為長輸管道控制輸差提供了一種思路。

1.輸差產(chǎn)生的原因

目前，天然氣的輸送都采用長距離管線進(jìn)行輸送，并采用孔板流量計計量，供氣方和用氣方在氣量交接中往往存在較大的輸差。產(chǎn)生的原因主要有：計量系統(tǒng)誤差、管儲量計算誤差、氣體放空、管道、閥門的泄漏損耗，以及氣體組份、計量時間等其它因素所造成的誤差。下面著重討論由孔板流量計計量系統(tǒng)誤差造成的輸差。

2.孔板流量計

孔板流量計的結(jié)構(gòu)組成由節(jié)流裝置（高級孔板閥）、差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器、引壓導(dǎo)管和流量積算儀組成。在已知有關(guān)參數(shù)的條件下，根據(jù)流動連續(xù)性原理和伯努利方程可以推導(dǎo)出差壓與流量之間的關(guān)系而求得流量。其基本公式如下
式中：q_vn—天然氣標(biāo)況下的體積流量，m³/s；pn—天然氣標(biāo)況下的密度kg/m³；p1—天然氣在流動狀態(tài)下上游取壓孔處的密度kg/m³； Gr—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣的相對密度；Za—干空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮因子；Zn—天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮因子；Z1—天然氣在實測狀態(tài)下的壓縮因子；Ma—干空氣的相對分子質(zhì)量；R—通用氣體常數(shù)；C—流出系數(shù)；β—孔徑比，β=d/D；ΔP—孔板前后差壓，Pa；ε—流束膨脹系數(shù)。

3.孔板流量計對輸差的影響

3.1  孔徑比β對輸差的影響。根據(jù)誤差理論，標(biāo)準(zhǔn)孔板配二次儀表組成的流量計量系統(tǒng)的誤差由隨機誤差、已定系統(tǒng)誤差和未定系統(tǒng)誤差三部分組成。實際上只考慮儀表本身帶來的未定系統(tǒng)誤差。未定系統(tǒng)誤差的大小可以用流量測量的不確定度來計算。根據(jù)SY/6143-1996可知，流量測量的不確定度相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)偏差的兩倍，因此，求出流量測量的不確定度，就可以得到測量系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。利用CFD通用軟件PHOENICS對輸差現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬，通過數(shù)值模擬，我們可以建立不確定度和孔徑比β之間的關(guān)系，如圖2所示。從圖中可以看出，孔徑比β值越高，不確定度也就越高，所造成的天然氣輸差也就越大，因此應(yīng)避免采用孔徑比大的孔板。在實際應(yīng)用中，應(yīng)盡量避免超過國家標(biāo)準(zhǔn)0.10≤β≤0.75規(guī)定的上限，減小輸差。

3.2  孔板變形、鈍化和臟污對輸差的影響。孔板變形的事件發(fā)生的并不多。發(fā)生變形多數(shù)原因一方面是由于管道開栓供氣時操作工對上下游截止閥開啟時開閥速度過快導(dǎo)致節(jié)流件兩端差壓迅速增加，對節(jié)流件造成過大的沖擊，導(dǎo)致孔板變形；另一方面是由于輸氣量突然大幅度增加，孔板內(nèi)徑卻很小，容易導(dǎo)致孔板變形。標(biāo)準(zhǔn)孔板變形常常表現(xiàn)為迎留面下凹，背流面突出�？装遄冃螌α髁繙y量示值的影響，現(xiàn)在還沒有標(biāo)準(zhǔn)，也無實驗數(shù)據(jù)，但是影響方面是顯而易見的，對已經(jīng)變形而檢定不合格的孔板只能報廢，不能人為將其表面恢復(fù)平整，那樣會造成很大的系統(tǒng)誤差，現(xiàn)場生產(chǎn)中如果發(fā)現(xiàn)流量出現(xiàn)大幅度偏差而非人為調(diào)整所致，應(yīng)考慮是否因為孔板變形造成的。另外，在使用中，由于流體的磨蝕作用，特別是對于高壓、或高流速含顆粒的流體，它的入口邊緣將更快地變鈍，被磨成圓形。這樣就會導(dǎo)致在相同的流量下，孔口后流體的收縮程度減弱，差壓不斷降低，會形成日益增大的負(fù)的流量誤差�？装宄隹谔幍牧魇�最小截面積在入口被磨蝕后已經(jīng)增大，如果在此狀況下能夠標(biāo)定，自然會發(fā)現(xiàn)該孔板的流出系數(shù)已經(jīng)增大，但使用中仍沿用按標(biāo)準(zhǔn)公式計算得出的較小的系數(shù)，因此會出現(xiàn)日益增大的負(fù)的系統(tǒng)誤差。孔板表面的結(jié)垢和流通截面積的變化。由于孔板流量計由節(jié)流件組成，長期使用時，臟污物將堆積在孔板的上游，造成差壓信號不準(zhǔn)，直接影響計量精度。臟污和孔板鈍化可造成計量偏差2～10%以上。綜上所述，孔板變形、鈍化和臟污對輸差有很大的影響。因此，對孔板流量計的節(jié)流孔板的正確使用與不定期的日常維護可有效的減小輸差。

3.3  配套二次儀表對輸差的影響。由于使用時間較長，變送器的零點會發(fā)生漂移，若是負(fù)漂移，變送器輸出電流則小于標(biāo)準(zhǔn)4毫安，流量則顯示偏低，若是正漂移，變送器輸出電流則大于標(biāo)準(zhǔn)4毫安，流量則顯示偏高。若量程設(shè)置較大，流量則顯示偏低，量程設(shè)置較小，流量則顯示偏高。如果天然氣經(jīng)脫水處理不徹底，會帶有少許水汽，長時間使用就會在二次儀表（差壓、壓力變送器）引壓管處積液，如果未及時將其排出就會對二次儀表的計量準(zhǔn)確度造成影響。對于外界溫度低于零度的北方冬季用戶而言，若沒有對二次儀表及引壓管做保溫處理，導(dǎo)致引壓管結(jié)冰更會導(dǎo)致計量不準(zhǔn)確，從而產(chǎn)生輸差。因此，正確使用和維護二次儀表可有效減小輸差。

4.結(jié)束語

在長輸管道工程實踐中，高級孔板閥長期占據(jù)統(tǒng)治地位。客觀的講，在采用孔板流量計進(jìn)行計量時，需要對孔板流量計的一次裝置（孔板節(jié)流裝置）和二次儀表（差壓、壓力、溫度、積算儀）的選擇、設(shè)計和安裝都應(yīng)嚴(yán)格遵守國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，再加上不定期的維護和保養(yǎng)，才能保證計量精度。通過合格的計量系統(tǒng)有效的減小輸差，把輸差控制到合理的范圍之內(nèi)，控制輸氣成本，保證企業(yè)的切身利益。