差壓式孔板流量計(jì)計(jì)量天然氣流量的誤差分析
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2 誤差因素分析及技術(shù)要求
2.1 基本誤差
(1)由計(jì)量裝置本身精確度所決定的誤差。由于孔板流量計(jì)測得的流量是根據(jù)差壓信號間接求得的。從公式可以看出，影響計(jì)量精確度的主要因素是α、F、ε等值。必須保持α、F、ε均為恒定值,才能達(dá)到差壓和流量之間有恒定的對應(yīng)關(guān)系。但在實(shí)際生產(chǎn)中，α、F、ε都與某些因素有關(guān)，特別是流量系數(shù)α，它是一個(gè)影響因素復(fù)雜，變化范圍大的重要系數(shù)，如果在計(jì)量過程中不能保證α為恒定值，則計(jì)量誤差將會較大。
從資料和實(shí)驗(yàn)證明，流量系數(shù)α值與取壓點(diǎn)位置、孔板的開孔截面積和管道截面積比(m=d2/D2)、雷諾數(shù)、管壁粗糙度、孔板入口邊緣尖銳度有關(guān)。所以，標(biāo)準(zhǔn)孔板的選用應(yīng)符合下列技術(shù)要求:
孔板相對于開孔直徑d的軸線中心對稱;
孔板上游端面A應(yīng)于下游端面B平行，并且與開孔直徑d的軸線垂直;
孔板A面、B面應(yīng)無可見的損傷;
孔板開孔直徑d的上游測直角入口邊緣G應(yīng)銳利,無毛刺和劃痕。
孔板開孔直徑d的內(nèi)圓柱表面長度e應(yīng)符合:0.005D≤.. e≤0.02D;
孔板的厚度應(yīng)符合:e≤F≤0.005D;
孔板下游側(cè)出口邊緣H和孔板開孔圓柱形下游側(cè)出口邊緣I應(yīng)無毛刺、劃痕和可見損傷;
標(biāo)準(zhǔn)孔板在使用過程中,會由于天然氣的侵蝕而產(chǎn)生變形,從而引起流量系數(shù)增大而產(chǎn)生計(jì)量誤差。因此孔板的材質(zhì)也是保證孔板工作可靠和計(jì)量準(zhǔn)確的一個(gè)因素。用于天然氣計(jì)量的孔板采制一般為:Cr17、Cr18Ni9TiC以及其他耐酸鋼。
(2)變送器和流量顯示儀表的精確度對整套流量計(jì)系統(tǒng)的精確度也很重要。目前，變送器大多數(shù)采用的都是 4～20mA信號，顯示儀表采用數(shù)字信號，只要變送器現(xiàn)場安裝和系統(tǒng)接地沒有問題，整個(gè)系統(tǒng)誤差不會受到影響。為了減小誤差，標(biāo)準(zhǔn)明確了配套儀表的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)和使用單位可以參考（見表1）[2]。
2.2 附加誤差
如果儀表的制造、選型都嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，而在安裝和使用過程中，沒有嚴(yán)格遵守技術(shù)要求執(zhí)行，就會造成誤差，這種誤差的大小是無法估計(jì)的。但是通過對造成誤差因素的分析，可以將誤差降低。
孔板計(jì)量系統(tǒng)安裝使用時(shí)，必須符合下列技術(shù)要求:
(1)孔板安裝時(shí)，他的開孔中心和管道中心軸線同心，而且它的端面與管道軸線垂直。
(2)孔板上下游側(cè)取壓孔軸線符合距孔板上下游端面的距離為25.4±0.8mm的要求(目前國內(nèi)絕大部分取壓方式采用法蘭取壓)。
(3)取壓孔的軸線應(yīng)與孔板上下游側(cè)2D計(jì)量管長度的內(nèi)圓柱的軸線垂直，取壓孔的軸線與孔板兩端面向外傾斜角的夾角不大于3度。取壓孔直徑不應(yīng)大于0.08D。
(4)孔板安裝需要前后直管段，直管段的長度必須滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，必要時(shí)安裝整流器。
(5)導(dǎo)壓管應(yīng)采用耐腐蝕材料，其內(nèi)徑不小于6mm，長度最好在16mm以內(nèi)，導(dǎo)壓管應(yīng)垂直或傾斜敷設(shè)，起傾斜度不小于1:12。
(6)計(jì)量氣體溫度的溫度計(jì)最好安裝在孔板下游側(cè)直管段以外的地方，計(jì)算氣量時(shí)應(yīng)將此時(shí)所測的氣流溫度換算成孔板上游側(cè)的氣流溫度，如果溫度計(jì)安裝在孔板上游側(cè)，則溫度計(jì)套管與孔板之間的直管段長度L應(yīng)滿足下列規(guī)定:當(dāng)溫度計(jì)套管直徑不大于0.03D時(shí)(D為計(jì)量管內(nèi)徑)，L≥5D;當(dāng)溫度計(jì)套管直徑在0.03D至0.13D范圍內(nèi)時(shí)(D為計(jì)量管內(nèi)徑)，L≥20D。
2.3 其他方面的差
（1）儀器本身產(chǎn)生的誤差
孔板入口直角銳利度超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；管徑尺寸與計(jì)算不符；孔板厚度誤差；節(jié)流件附件產(chǎn)生臺階、偏心；孔板上游端面不平整度；環(huán)室尺寸產(chǎn)生臺階、偏心；取壓位置不符合標(biāo)準(zhǔn)；焊接、焊縫突出；取壓孔加工不規(guī)范或堵塞；節(jié)流件不同軸度。
（2）安裝誤差
管線布置的偏離及取壓管產(chǎn)生積液，溫度傳感器測溫元件距離裝置較遠(yuǎn)，其主要原因是裝置前后直管段長度不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
（3）使用誤差
孔板彎曲、變形及上游端面沉積臟物；上游取壓管沉積臟物；孔板入口直角邊緣變鈍、破損。
3 解決天然氣孔板計(jì)量問題的途徑
3.1 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn),加強(qiáng)儀表的安裝、使用、維護(hù)等管理,消除人為誤差孔板流量計(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(shí)產(chǎn)生的，安裝和使用誤差則是在安裝時(shí)或長期使用中由于流體介質(zhì)腐蝕和磨損等：天然氣計(jì)量中的存在問題及解決方法腐蝕、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。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)強(qiáng)化宣貫徹SY/T6143-2004標(biāo)準(zhǔn)力度，標(biāo)準(zhǔn)在附錄《節(jié)流裝置在使用中出現(xiàn)部分偏離標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的處理》中規(guī)定，在實(shí)際應(yīng)用中采取在流出系數(shù)C中增加二個(gè)修正系數(shù)，即孔板入口尖銳度修正系數(shù)和管壁粗糙修正系數(shù)，或者采用可換孔板節(jié)流裝置。因此在天然氣計(jì)量的實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)深入研究，正確掌握標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定安裝、使用、處理數(shù)據(jù)，確保天然氣流量計(jì)量的準(zhǔn)確度滿足生產(chǎn)經(jīng)營要求。
3.2 正確選用配套的儀表
(1)測量天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置的制作應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，配套的壓力、差壓及Pt100鉑熱電阻的型號、準(zhǔn)確度和量程應(yīng)與現(xiàn)場工況條件相匹配，尤其是流量積算儀或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配套軟件及計(jì)量模型，應(yīng)等同采用SY/T6143-2004標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算公式，或近AGA ReportNo.3最新版本。
(2)孔板流量計(jì)測量范圍(量程比)較窄，一般為3∶1或4∶1，但可以在孔徑比0:1≤β≤0:75范圍內(nèi)通過調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)孔板的內(nèi)徑來擴(kuò)大量程。但要選擇較寬量程比的壓力和差壓變送器，智能積算系統(tǒng)能輸入組份實(shí)時(shí)計(jì)算C值。
(3)現(xiàn)場安裝條件要求高，往往無法滿足天然氣管網(wǎng)輸配氣計(jì)量寬量程的需要?？装邃J角邊的磨損、結(jié)垢等因素均會影響計(jì)量精度。需要經(jīng)常檢查、清洗孔板。用于貿(mào)易交接計(jì)量的測量天然氣流量和標(biāo)準(zhǔn)孔板、壓力和差壓變送器、溫度變送器和氣相色譜儀等配套器具,需按期檢定。
3.3 引用國外先進(jìn)技術(shù)，加快新型流量計(jì)的開發(fā)天然氣是21世紀(jì)日益重要的一次性能源，在天然氣國際貿(mào)易中，能量計(jì)量幾乎已全面取代傳統(tǒng)的體積計(jì)量，而我國目前仍采用天然氣體積計(jì)量方式。為了盡快與國際接軌，引進(jìn)、消化、吸收近幾年發(fā)展起來的天然氣計(jì)量新技術(shù)成為當(dāng)務(wù)之急，使用單位可以與各科研究院所聯(lián)合攻關(guān)，開展天然氣能量計(jì)量的試驗(yàn)工作，并在此基礎(chǔ)上加快技術(shù)裝備、計(jì)量儀表和計(jì)算方法的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)步伐。為了加快試驗(yàn)開發(fā)的進(jìn)度，建議引進(jìn)國外先進(jìn)的在線氣相色譜系統(tǒng)和流量計(jì)算機(jī)，在消化引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展適合我國國情的天然氣能量計(jì)量系統(tǒng)。
4 結(jié)論
影響流量計(jì)的計(jì)量誤差因素很多，如天然氣的組分影響、管道粗糙的影響、上下游用戶計(jì)量方式不同等等。因此，不僅要解決上述的幾個(gè)問題，而且還要改進(jìn)工藝流程，加強(qiáng)計(jì)量監(jiān)督檢查，提升計(jì)量人員的業(yè)務(wù)水平，熟悉計(jì)量法律法規(guī)及計(jì)量交接協(xié)議的規(guī)定。只有這樣，才能消除流量計(jì)的計(jì)量附加誤差，提高標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確性。(end)
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