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淺析孔板流量計(jì)對(duì)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(jì)來計(jì)量。它在安裝、使用和維護(hù)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(jì)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(jì)計(jì)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(jì)量系統(tǒng)誤差、管儲(chǔ)量計(jì)算誤差、氣體放空、管道、閥門的泄漏損耗，以及氣體組份、計(jì)量時(shí)間等其它因素所造成的誤差。下面著重討論由孔板流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)誤差造成的輸差。

2.孔板流量計(jì)

孔板流量計(jì)的結(jié)構(gòu)組成由節(jié)流裝置（高級(jí)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(dòng)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(dòng)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(duì)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(shí)測(cè)狀態(tài)下的壓縮因子；Ma—干空氣的相對(duì)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(jì)對(duì)輸差的影響

3.1  孔徑比β對(duì)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(jì)量系統(tǒng)的誤差由隨機(jī)誤差、已定系統(tǒng)誤差和未定系統(tǒng)誤差三部分組成。實(shí)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(cè)量的不確定度來計(jì)算。根據(jù)SY/6143-1996可知，流量測(cè)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(cè)量的不確定度，就可以得到測(cè)量系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。利用CFD通用軟件PHOENICS對(duì)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(shí)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(duì)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(shí)操作工對(duì)上下游截止閥開啟時(shí)開閥速度過快導(dǎo)致節(jié)流件兩端差壓迅速增加，對(duì)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�(duì)流量測(cè)量示值的影響，現(xiàn)在還沒有標(biāo)準(zhǔn)，也無實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但是影響方面是顯而易見的，對(duì)已經(jīng)變形而檢定不合格的孔板只能報(bào)廢，不能人為將其表面恢復(fù)平整，那樣會(huì)造成很大的系統(tǒng)誤差，現(xiàn)場(chǎng)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?yàn)榭装遄冃卧斐傻�。另外，在使用中，由于流體的磨蝕作用，特別是對(duì)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(huì)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(huì)形成日益增大的負(fù)的流量誤差。孔板出口處的流束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(huì)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(jì)算得出的較小的系數(shù)，因此會(huì)出現(xiàn)日益增大的負(fù)的系統(tǒng)誤差�？装灞砻娴慕Y(jié)垢和流通截面積的變化。由于孔板流量計(jì)由節(jié)流件組成，長期使用時(shí)，臟污物將堆積在孔板的上游，造成差壓信號(hào)不準(zhǔn)，直接影響計(jì)量精度。臟污和孔板鈍化可造成計(jì)量偏差2～10%以上。綜上所述，孔板變形、鈍化和臟污對(duì)輸差有很大的影響。因此，對(duì)孔板流量計(jì)的節(jié)流孔板的正確使用與不定期的日常維護(hù)可有效的減小輸差。

3.3  配套二次儀表對(duì)輸差的影響。由于使用時(shí)間較長，變送器的零點(diǎn)會(huì)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(huì)帶有少許水汽，長時(shí)間使用就會(huì)在二次儀表（差壓、壓力變送器）引壓管處積液，如果未及時(shí)將其排出就會(huì)對(duì)二次儀表的計(jì)量準(zhǔn)確度造成影響。對(duì)于外界溫度低于零度的北方冬季用戶而言，若沒有對(duì)二次儀表及引壓管做保溫處理，導(dǎo)致引壓管結(jié)冰更會(huì)導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn)確，從而產(chǎn)生輸差。因此，正確使用和維護(hù)二次儀表可有效減小輸差。

4.結(jié)束語

在長輸管道工程實(shí)踐中，高級(jí)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(jì)進(jìn)行計(jì)量時(shí)，需要對(duì)孔板流量計(jì)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(jì)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(hù)和保養(yǎng)，才能保證計(jì)量精度。通過合格的計(jì)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。