关于孔板计量天然气流量产生误差的原因分析报告32277.pdf
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1、 孔板计量天然气流量产生误差的原因分析 注:要结合我们的生产实际情况和计量标准 6143-1998 进行分析 方爱国(吐哈油田丘东采油厂)摘 要 文章主要对在天然气计量中使用最广泛的孔板流量计在流量计量时产生误差的一些原因进行了分析。主题词 天然气 流量 计量 孔板流量计 误差 一、前言 孔板流量计在天然气计量方面被最广泛的采用。孔板流量测量系统一般由节流装置(标准孔板)、差压变送器及数据处理器(开方积算器或计算机)组成。孔板流量计的主要特点:优点:(1)适用于较大口径管道的计量(目前口径大于 DN600 的流量计一般只能选用孔板)。(2)无可动部件,耐用。(3)应用历史悠久,标准规定最全。(
2、4)制造相对容易,价格便宜。缺点:(1)测量围(量程比)窄,为 3:1,且合理使用的流量是满量程的 30%80%。(2)压力损失最大,可达 25%50%。(3)计量准确度受安装条件影响很大。(4)前后直管段要求长,占地面积大。(5)计量准确度受人为因素影响大。(6)不能直接读出计量结果,使用不便。为了提高孔板流量计在天然气计量的准确度,分析和掌握测量装置本身在使用过程中产生误差的原因是计量工作中必不可少的一项重要工作。二、测量原理 充满管道的流体,当它流经管道的节流件时,如图 1 所示:图 1.孔板附近的流速和压力分布 流速将在节流件处形成局部收缩,因而流速增加,静压力降低,于是在节流件前后便
3、产生了压差。流体流量愈大,产生的压差愈大,这样可依据压差来衡量流量的大小。这种测量方法是以流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)为基础的。压差的大小不仅与流量还与其他许多因素有关,例如当节流装置形式或管道流体的物理性质(密度、粘度)不同时,在同样大小的流量下产生的压差也是不同的。以伯努利方程式和流体流动的连续性方程式为依据,天然气流量计量的实用公式是:Qn=Ah*0*re*bk*Fr*d2*Fg*Fa*Fz*Ft*hwp*1 式中 Qn 标准状态下气体体积流量 Ah 常数,视差压、静压的单位而定,一般为 8.6856 0 特定流量系数 re测量管壁流量修正系数 bk 孔板入
4、口边缘锐利度修正系数 Fr 雷诺数修正系数 气体膨胀系数 d 孔板在 20下实测的开孔口径 Fa孔板热膨胀修正系数 Fg天然气相对密度修正系数 Fz超压缩系数 Ft 流体流动温度修正系数 1p孔板上游侧绝对压力 hw气体流过孔板时的差压 三、误差因素分析 1、基本误差 由测量装置本身准确度所决定的误差。由于孔板流量计测得的流量是根据差压信号间接求得的。从公式可以看出,影响测量准确度的主要因素是、F、等值。必须保持、F、均为恒定值,才能达到差压和流量之间有恒定的对应关系。但在实际生产中,、F、都与某些因素有关,特别是流量系数,它是一个影响因素复杂,变化围大的重要系数,如果在测量过程中不能保证为恒
5、定值,则测量误差将会较大。从资料和实验证明,流量系数值与取压点位置、孔板的开孔截面积和管道截面积比(m=d2/D2)、雷诺数、管壁粗糙度、孔板入口边缘尖锐度有关。所以,标准孔板的选用应符合下列技术要求:(1)标准孔板的技术要求 1)孔板相对于开孔直径 d 的轴线中心对称;2)孔板上游端面 A 应于下游端面 B 平行,并且与开孔直径 d 的轴线垂直;3)孔板 A 面、B 面应无可见的损伤;4)孔板开孔直径 d 的上游测直角入口边缘 G 应锐利,无毛刺和划痕。5)孔板开孔直径 d 的圆柱表面长度 e 应符合:0.005De0.02D;6)孔板的厚度应符合:eF0.005D;7)孔板下游侧出口边缘
6、H 和孔板开孔圆柱形下游侧出口边缘 I 应无毛刺、划痕和可见损伤;8)标准孔板在使用过程中,会由于天然气的侵蚀而产生变形,从而引起流量系数增大而产生测量误差。因此孔板的材质也是保证孔板工作可靠和测量准确的一个因素。用于天然气测量的孔板采制一般为:Cr17、1Cr18Ni9TiC 以及其他耐酸钢。整套流量计的精确度还决定于差压变送器和流量显示仪的精确度。但是当其他参数的精确度不高时采用高精度差压变送器并不能起多大作用。流量显示仪的作用主要在监视运行参数的稳定性等方面,它的数据转换精度一般是无问题的。因此,要提高测量的精确度应有一个全面估计,这样才能作出技术经济性最佳方案的选择。差压仪表本身的精度
7、也是造成基本误差的原因。如果差压仪表的零点漂移,会使测量结果与实际值相差较大。2、附加误差 在流量计的安装和使用过程中,没有严格遵守技术要求和设计所提供的数据而找成的误差。这种误差的大小是无法估计的。但是通过对造成误差因素的分析,可以将误差降低。孔板流量测量系统安装使用时,必须符合下列技术要求:1)孔板安装时,他的开孔中心和管道中心轴线同心,而且它的端面与管道轴线垂直;2)孔板上、下游侧取压孔轴线符合距孔板上、下游端面的距离为 25.40.8mm 的要求;3)取压孔的轴线应与孔板上下游侧 2D 测量管长度的圆柱的轴线垂直,取压孔的轴线与孔板两端面向外倾斜角的夹角不大于 3 度。取压孔直径不应大
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