关于孔板计量天然气流量产生误差的原因分析.docx

孔板计量量天然气气流量产产生误差差的原因因分析注：要结结合我们们的生产产实际情情况和计计量标准准61443-119988进行分分析方爱国（吐哈油油田丘东东采油厂厂）摘 要文文章主要对对在天然然气计量量中使用用最广泛泛的孔板板流量计计在流量量计量时时产生误误差的一一些原因因进行了了分析。主题词 天然然气 流流量 计计量 孔孔板流量量计 误误差一、前言言孔板流量量计在天天然气计计量方面面被最广广泛的采采用。孔孔板流量量测量系系统一般般由节流流装置（标准孔孔板）、差压变送送器及数数据处理理器（开开方积算算器或计计算机）组成。孔板流流量计的的主要特特点：优点：（1）适适用于较较大口径径管道的的计量（目前口口径大于于DN6600的的流量计计一般只只能选用用孔板）。（2）无无可动部部件，耐耐用。（3）应应用历史史悠久，标准规规定最全全。（44）制造造相对容容易，价价格便宜宜。缺点：（1）测测量范围围（量程程比）窄窄，为33：1，且合理理使用的的流量是是满量程程的300%880%。（2）压力损损失最大大，可达达25%500%。（3）计计量准确确度受安安装条件件影响很很大。（4）前前后直管管段要求求长，占占地面积积大。（5）计计量准确确度受人人为因素素影响大大。（66）不能能直接读出计计量结果果，使用用不便。 为了了提高孔孔板流量量计在天天然气计计量的准准确度，分析和和掌握测测量装置置本身在在使用过过程中产产生误差差的原因因是计量量工作中中必不可可少的一一项重要要工作。二、测量量原理充满管道道的流体体，当它它流经管管道内的的节流件件时，如如图1所示：图1. 孔板附附近的流流速和压压力分布布流速将在在节流件件处形成成局部收收缩，因因而流速速增加，静压力力降低，于是在在节流件件前后便便产生了了压差。流体流流量愈大大，产生生的压差差愈大，这样可可依据压压差来衡衡量流量量的大小小。这种种测量方方法是以以流动连连续性方方程(质质量守恒恒定律)和伯努努利方程程(能量量守恒定定律)为为基础的的。压差差的大小小不仅与与流量还还与其他他许多因因素有关关，例如如当节流流装置形形式或管管道内流流体的物物理性质质(密度度、粘度度)不同同时，在在同样大大小的流流量下产产生的压压差也是是不同的的。以伯伯努利方方程式和和流体流流动的连连续性方方程式为为依据，天然气气流量计计量的实实用公式式是：QQn=Ah*0*re*bbk*Fr*d2*Fg*Fa*Fz*Ft* 式中中 Qnn 标标准状态态下气体体体积流流量Ah 常数数，视差差压、静静压的单单位而定定，一般般为8.685560 特定定流量系系数re测量量管内壁壁流量修修正系数数bk 孔板板入口边边缘锐利利度修正正系数Fr 雷诺诺数修正正系数气气体膨胀胀系数d 孔板在在20下实测测的开孔孔口径Fa孔板热热膨胀修修正系数数Fg天然气气相对密密度修正正系数Fz超压缩缩系数Ft 流体体流动温温度修正正系数孔板板上游侧侧绝对压压力气体体流过孔孔板时的的差压三、误差差因素分分析1、基本本误差 由测测量装置置本身准准确度所所决定的的误差。由于孔板板流量计计测得的的流量是是根据差差压信号号间接求求得的。从公式式可以看看出，影影响测量量准确度度的主要要因素是是、F、等值。必须保保持、F、均为恒恒定值，才能达达到差压压和流量量之间有有恒定的的对应关关系。但但在实际际生产中中，、F、都与某某些因素素有关，特别是是流量系系数，它是是一个影影响因素素复杂，变化范范围大的的重要系系数，如如果在测测量过程程中不能能保证为恒定定值，则则测量误误差将会会较大。从资料和和实验证证明，流流量系数数值与取取压点位位置、孔孔板的开开孔截面面积和管管道截面面积比（m= d2 /DD2）、雷雷诺数、管壁粗粗糙度、孔板入入口边缘缘尖锐度度有关。所以，标准孔孔板的选选用应符符合下列列技术要要求：（1）标标准孔板板的技术术要求1）孔板板相对于于开孔直直径d的的轴线中中心对称称；2）孔板板上游端端面A应应于下游游端面BB平行，并且与与开孔直直径d的的轴线垂垂直；3）孔板板A面、B面应应无可见见的损伤伤；4）孔板板开孔直直径d的的上游测测直角入入口边缘缘G应锐锐利，无无毛刺和和划痕。5）孔板板开孔直直径d的的内圆柱柱表面长长度e应应符合：0.0005DDe0.002D；6）孔板板的厚度度应符合合：eF0.0005DD；7）孔板板下游侧侧出口边边缘H和和孔板开开孔圆柱柱形下游游侧出口口边缘II应无毛毛刺、划划痕和可可见损伤伤；8）标准准孔板在在使用过过程中，会由于于天然气气的侵蚀蚀而产生生变形，从而引引起流量量系数增增大而产产生测量量误差。因此孔孔板的材材质也是是保证孔孔板工作作可靠和和测量准准确的一一个因素素。用于于天然气气测量的的孔板采采制一般般为：CCr177、1CCr188Ni99TiCC以及其其他耐酸酸钢。整套流量量计的精精确度还还决定于于差压变变送器和和流量显显示仪的的精确度度。但是是当其他他参数的的精确度度不高时时采用高高精度差差压变送送器并不不能起多多大作用用。流量量显示仪仪的作用用主要在在监视运运行参数数的稳定定性等方方面，它它的数据据转换精精度一般般是无问问题的。因此，要提高高测量的的精确度度应有一一个全面面估计，这样才才能作出出技术经经济性最最佳方案案的选择择。 差差压仪表表本身的的精度也也是造成成基本误误差的原原因。如如果差压压仪表的的零点漂漂移，会会使测量量结果与与实际值值相差较较大。2、附加加误差在流量计计的安装装和使用用过程中中，没有有严格遵遵守技术术要求和和设计所所提供的的数据而而找成的的误差。这种误误差的大大小是无无法估计计的。但但是通过过对造成成误差因因素的分分析，可可以将误误差降低低。孔板板流量测测量系统统安装使使用时，必须符符合下列列技术要要求：1）孔板板安装时时，他的的开孔中中心和管管道中心心轴线同同心，而而且它的的端面与与管道轴轴线垂直直；2）孔板板上、下下游侧取取压孔轴轴线符合合距孔板板上、下下游端面面的距离离为255.4±±0.88mm的的要求； 3）取压压孔的轴轴线应与与孔板上上下游侧侧2D测测量管长长度的内内圆柱的的轴线垂垂直，取取压孔的的轴线与与孔板两两端面向向外倾斜斜角的夹夹角不大大于3度度。取压压孔直径径不应大大于0.08DD；4）孔板板安装需需要前后后直管段段，直管管段的长长度与孔孔板上游游侧局部部阻力件件的形式式和直径径比有关，其确定定方法如如下表：表. 孔孔板与阻阻流件之之间所要要求的直直管段长长度（无无流动调调整器）（数值以以管径DD倍数表表示）直径比孔 板 上 游游 侧 （入口口）单个900o弯头两个个90o弯头在任任意平面面(S30DD)在同一平平面上的的两个990o弯头，S形状状(30DDS10DD)在同一平平面上的的两个900o弯头，S形状状(10DDS)在垂直平平面上的的两个990o弯头，(30DDS5D)在垂直平平面上的的两个990o弯头，(5DDS) 单个900o三通单个455o弯头在在同一平平面上的的两个445o弯头，S形状状(S22DD) ABABABABABABAB0.200631010101019183417930.4001631010101044185025933090.50022918102210441875341993090.60042133018421844186525291830180.67744204418442044206010361844180.7554420441844224420751844184418直径比孔 板 上 游游 侧 （入口口）孔板下游游侧（出出口）渐缩管在在1.55D到33D的长长度内由由2D变变为D渐扩管在在D到22D的长长度内由由0.55D变为为D 全孔球阀阀或闸阀阀全开对称突缩缩管温度计套套管或插插口直径径小于00.033D 前面全部部阻流件件类型和和密度计计套管 ABABABABABAB0.20055168126301553420.40055168126301553630.50065189126301553630.60095221114730155373.50.677126271418930155373.50.75522113819241230155384恶劣的安安装条件件，可能能的话采采用流量量调整器器。温度度计套管管的安装装不会变变更其上上游侧的的最小直直管段长长度。最小直管管段长度度是指孔孔板的上上下游阻阻流件与与孔板之之间的长长度，该该长度是是从最靠靠近的弯弯头或三三通的曲曲面部分分下游末末端或渐渐缩管和和渐扩管管的锥管管部分下下游末端端测量起起。5）差压压信号管管路的安安装差压压信号管管路是指指节流装装置与差差压变送送器(或或差压计计)的导导压管路路。它是是孔板流流量计的的薄弱环环节，据据统计孔孔板流量量计的故故障中引引压管路路最多，如堵塞塞、腐蚀蚀、泄漏漏、冻结结、假信信号等等等，约占占全部故故障率的的70，因此此对差压压信号管管路的配配置和安安装应引引起高度度重视。 （11）取压口口 取压压口一般般设置在在法兰上上，当测测量管道道为水平平或倾斜斜时取压压口的安安装方向向如图22所示。它可以以防止测测液体时时气体进进入导压压管或测测气体时时液滴或或污物进进入导压压管。当当测量管管道为垂垂直时，取压口口的位置置在取压压位置的的平面上上，方向向可任意意选择。不同温温度条件件下取压压接头的的安装方方法如图图3所示。图2. 取压口口位置安安装示意意图3. 在管道道上安装装取压接接头的方方法（2）导导压管 导压管管的材质质应按被被测介质质的性质质和参数数确定，其内径径不小于于6mmm，长度度最好在在16mmm以内内，各种种被测介介质在不不同长度度时导压压管内径径的建议议值如下下表所示示。导压压管应垂垂直或倾倾斜敷设设，起倾倾斜度不不小于11：122，粘度度高的流流体，其其倾斜度度应更增增大。当当导压管管长度超超过300mm时，导导压管应应分段倾倾斜，并并在最高高点与最最低点装装设集气气器（或或排气阀阀）和沉沉淀器（或排污污阀）。正负导导压管应应尽量靠近近敷设，防止两两管子温温度不同同使信号号失真，严寒地地区导压压管应加加防冻保保护，用用电或蒸蒸汽加热热保温，要防止止过热，导压管管中流体体汽化会会产生假假差压。表. 导导压管的的内径和和长度导压管长长度/mmm16000016000044500004500009900000导压管直直径/mmm被测流体体水、水蒸蒸气、干干气体791013湿气体131313低、中粘粘度的油油品131925脏液体或或气体252538 6）测测量气体体温度的的温度计计最好安安装在孔孔板下游游侧直管管段以外外的地方方，计算算气量时时应将此此时所测测的气流流温度换换算成孔孔板上游游侧的气气流温度度，如果果温度计计安装在在孔板上上游侧，则温度度计套管管与孔板板之间的的直管段段长度LL应满足足下列规规定：当温度计计套管直直径不大大于0.03DD时（DD为计量量管内径径），LL5D；当温度计计套管直直径在00.033D至00.133D范围围内时（D为计计量管内内径），L20DD； 孔板节节流装置置安装于于现场严严酷的工工作场所所，在长长期运行行后，无无论管道道或节流流装置都都会发生生一些变变化，如如堵塞、结垢、磨损、腐蚀等等等。检检测件是是依靠结结构形状状及尺寸寸保持信信号的准准确度，因此任任何几何何形状及及尺寸的的变化都都会带来来附加误误差。麻麻烦的是是，测量量误差的的变化并并不能从从信号中中觉察到到，因此此定期检检查检测测件是必必要的。可以根根据测量量介质的的情况确确定检查查的周期期。孔板流量量计是一一种从设设计、制制造到安安装使用用要求很很严格的的仪表，任何一一个环节节的失误误都会产产生很大大的误差差，因此此，如果果严格遵遵循标准准规定，它的精精确测量量是可保保证的。孔板流流量计的的重复性性与其他他流量计计（电磁磁式，容容积式，涡轮，涡街等等）相比比要低，其原因因为输出出信号为为模拟值值易受干干扰，尤尤其差压压引压管管线这一一环节易易使信号号产生干干扰波动动，正是是由于重重复性不不高，影影响到其其精确度度的提高高。以上是分分析的计计量产生生误差的的原因，目的是是为了要要尽可能能的消除除或减少少误差。我们应应当根据据误差产产生原因因，对症症下药，采取相相应措施施，提高高天然气气流量计计量的准准确度。