針對標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)存在的問題， 分析影響測量準(zhǔn)確度的主要因素， 提出了提高標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量準(zhǔn)確度的具體措施。
一、影響標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量準(zhǔn)確度的因素
在實(shí)際計(jì)量工作中，影響天然氣流量測量準(zhǔn)確度有以下幾種因素。
1. 天然氣實(shí)際流動狀態(tài)對計(jì)量的影響
根據(jù)SY/T6143―2004《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量天然氣流量》規(guī)定，氣流通過節(jié)流裝置的流動必須是保持亞音速穩(wěn)定的或僅隨時(shí)間緩慢變化的單相牛頓流體。在氣流流經(jīng)孔板前，其流束必須與管道軸線平行，不得有旋轉(zhuǎn)流，特別不適用于脈動流的流量測量。但是在現(xiàn)場使用中，實(shí)際流動狀態(tài)根本達(dá)不到這種理想的實(shí)驗(yàn)室的參比條件要求，由于氣井產(chǎn)水、壓縮機(jī)的增壓、用戶不均勻用氣、輸氣管道中未設(shè)置集液器、聚集在管道低處的天然氣凝液不均勻流動、調(diào)壓閥性能不穩(wěn)、閥心彈動以及分離器放液閥的開關(guān)等干擾因素，都會使計(jì)量管道中出現(xiàn)脈動流或渦流。從試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在孔板上游40D的直管段產(chǎn)生渦流，會使流量值示值低9%。
2. 標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置偏離標(biāo)準(zhǔn)的影響
孔板流量計(jì)的流出系數(shù)C是在上游直管段充分長的實(shí)驗(yàn)室的參比條件下，即孔板節(jié)流裝置在滿足規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)下進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)定的，應(yīng)做到幾何尺寸相似和流體力學(xué)相似，才具有其計(jì)量的特性曲線。當(dāng)孔板前后的直管段長度、孔板和孔板夾持器未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，特別是孔板入口直角尖銳度和測量管內(nèi)壁粗糙度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，都會引起氣流流態(tài)的畸變而使流出系數(shù)C值改變，從而影響流量計(jì)準(zhǔn)確度。據(jù)文獻(xiàn)可知，對于小孔徑孔板，入口邊緣只要有輕微的磨圓就會引起流量測量值5%的負(fù)偏差，嚴(yán)重磨蝕和中等沾污的孔板也會引起12%的負(fù)偏差。
3. 流量積算方法不當(dāng)對計(jì)量的影響
標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置與配置不同的二次測量儀表構(gòu)成不同的流量積算方法。采用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量天然氣流量，其流量值與天然氣組分、差壓、壓力、溫度等有關(guān)。流量測量系統(tǒng)未能嚴(yán)格按計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)要求配置相應(yīng)的測量儀表，流量積算時(shí)氣體壓力、溫度和天然氣組分的變化未能得到補(bǔ)償，從而造成流量計(jì)準(zhǔn)確度下降。
4. 計(jì)量管理對計(jì)量的影響
由計(jì)量現(xiàn)場調(diào)查和歷年來的經(jīng)驗(yàn)表明，計(jì)量過程中沒有嚴(yán)格執(zhí)行計(jì)量管理規(guī)程中要求定期維修和檢驗(yàn)，會造成計(jì)量準(zhǔn)確度下降。如節(jié)流裝置沒有定期地進(jìn)行檢查清洗，孔板取壓裝置嚴(yán)重污染，孔板迎流面污物堆積，使計(jì)量結(jié)果偏低，附加誤差無法估計(jì)；計(jì)量旁路管道閥門內(nèi)漏，使計(jì)量值偏低；計(jì)量檢測器具使用和維護(hù)不當(dāng)，造成測量參數(shù)的附加誤差等。同時(shí)在流量各參數(shù)的測量和計(jì)算過程中有意或無意地滲進(jìn)了人為因素，造成不同程度的傾向性計(jì)量，在校準(zhǔn)、取值和計(jì)算過程中都向已方有利方面傾斜，這無形中擴(kuò)大了流量測量的不確定度。
二、提高標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)準(zhǔn)確度的措施
為了提高標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的準(zhǔn)確度，可采取以下措施。
1. 標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置的制造與安裝
利用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量天然氣流量必須嚴(yán)格按照SY/T6143―2004標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，對標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)、加工制造、檢驗(yàn)、安裝和使用。特別是孔板直角入口邊緣尖子度和測量管內(nèi)壁粗糙度的加工和檢驗(yàn)；孔板前后直管段長度的保證，直管段圓度、臺階以及孔板與測量管同軸度的保證。另外，開發(fā)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的設(shè)計(jì)軟件，可提高節(jié)流裝置設(shè)計(jì)和儀表選型的技術(shù)水平。
2. 采用可換孔板裝置與定值節(jié)流裝置
可換孔板節(jié)流裝置是一種新型節(jié)流裝置，節(jié)流元件精確地安裝在固定的座體內(nèi)（座體通過法蘭與管道連接），在不拆動管道或不停止流體輸送的情況下，可方便地提升孔板，進(jìn)行檢查、清洗或更換，從而保證了計(jì)量準(zhǔn)確度。采用液壓升降的裝置，孔板提升輕便，特別適用于大口徑孔板。這種節(jié)流裝置還配有清洗室和清洗機(jī)構(gòu)，為解決污垢介質(zhì)，特別是單井天然氣的準(zhǔn)確計(jì)量提供了有效手段。
定值節(jié)流裝置改變了現(xiàn)有節(jié)流裝置根據(jù)計(jì)算結(jié)果加工其孔徑的方法，對每種通徑測量管道配以有限數(shù)量的節(jié)流件，孔徑系列按優(yōu)先數(shù)系選用，每種通徑配3～5種不同孔徑比β值的孔板。目前節(jié)流裝置設(shè)計(jì)猶如量體裁衣，定值節(jié)流裝置則變成成衣選用，采用定值節(jié)流裝置有利于產(chǎn)品批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，方便選用和使用，便于監(jiān)督生產(chǎn)。可換孔板節(jié)流裝置和定值孔板相配套，將改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)了節(jié)流裝置產(chǎn)品系列化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，有利于提高標(biāo)準(zhǔn)孔板裝置計(jì)量的準(zhǔn)確度。
標(biāo)準(zhǔn)孔板存在的缺點(diǎn)是入口直角銳利度易在流體沖刷下發(fā)生鈍化。據(jù)估計(jì)，鈍化嚴(yán)重的可能使流出系數(shù)偏移1%～2%，鈍化后其流出系數(shù)較為穩(wěn)定，這在流量計(jì)算中給孔板入口直角銳利度的精確修正帶來很大的困難。標(biāo)準(zhǔn)噴嘴的流出系數(shù)是穩(wěn)定的，另外，在同樣流量和相同β值時(shí)噴嘴的壓力損失只有孔板的30%。影響標(biāo)準(zhǔn)噴嘴推廣使用的主要原因是噴嘴制造成本高，在標(biāo)準(zhǔn)中噴嘴的流出系數(shù)不確定度較大（約2%）。采用定值節(jié)流件，專用加工設(shè)備實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，而個(gè)別校準(zhǔn)則可得到高精確度的流出系數(shù)，在天然氣流量測量中用噴嘴代替孔板，其優(yōu)點(diǎn)是明顯的。
3. 應(yīng)用合理的流量積算方案
根據(jù)天然氣計(jì)量工況條件和用戶對計(jì)量精度的要求，應(yīng)采用對壓力、溫度和天然氣組分變化對流量自動部分補(bǔ)償或全補(bǔ)償?shù)姆e算方案，計(jì)量系統(tǒng)測量儀表配備和精度的選用應(yīng)符合GB/T18603―2001《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》。用智能差壓變送器、壓力變送器、溫度變送器和流量計(jì)算機(jī)組成在線檢測系統(tǒng)，使溫度和壓力變化得到補(bǔ)償，可以提高測量準(zhǔn)確度，降低流態(tài)脈動（或波動）引起的流量測量附加誤差。孔板流量計(jì)量程比一般為1∶3，而實(shí)際測量天然氣流量變化有時(shí)會超過這個(gè)范圍。在這種情況下，其測量準(zhǔn)確度顯著下降，如果采用定值節(jié)流裝置，寬量程智能差壓變送器與流量計(jì)算機(jī)配套使用，可方便地?cái)U(kuò)展流量量程或遷移量程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的智能化。
4. 建立健全各項(xiàng)規(guī)章制度
加強(qiáng)計(jì)量管理，建立健全各項(xiàng)規(guī)章制度，嚴(yán)格執(zhí)行計(jì)量法規(guī)，是確保孔板流量計(jì)測量天然氣流量準(zhǔn)確度的關(guān)鍵。按照GB/T18603―2001《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一孔板流量計(jì)測量系統(tǒng)按照不同規(guī)模規(guī)定的測量系統(tǒng)配置二次測量儀表，從設(shè)計(jì)開始，經(jīng)施工、驗(yàn)收、投產(chǎn)、操作和維護(hù)等都按統(tǒng)一的技術(shù)要求執(zhí)行，使天然氣流量測量、流量積算方法、流量計(jì)算程序軟件都在嚴(yán)格的技術(shù)要求控制中，抓好全面質(zhì)量管理，才能確保流量測量的準(zhǔn)確度。嚴(yán)格按照SY/T6143―2004標(biāo)準(zhǔn)，編制“流量計(jì)算值的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)程序"，對各種不同的流量積算方法計(jì)算出的流量值進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)。對標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量系統(tǒng)進(jìn)行流量測量不確定度評估，其測量系統(tǒng)總的流量測量不確定度應(yīng)低于允許誤差。完善計(jì)量管理制度，制訂一項(xiàng)與SY/T6143―2004標(biāo)準(zhǔn)配套切合實(shí)際需要的孔板流量計(jì)操作使用和管理規(guī)程。其內(nèi)容包括，建立健全各級計(jì)量管理責(zé)任制度、標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具周期送檢和維護(hù)制度、工作儀表檢驗(yàn)、調(diào)校和維修制度、計(jì)量設(shè)備和計(jì)量儀表的資料檔案管理制度等。在認(rèn)真貫徹執(zhí)行SY/T6143―2004標(biāo)準(zhǔn)及其有關(guān)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，應(yīng)有各項(xiàng)計(jì)量管理規(guī)程和管理制度與之配套，加強(qiáng)計(jì)量技術(shù)人員培訓(xùn)，提高計(jì)量人員的技術(shù)管理水平。
【參考文獻(xiàn)】
[1]陳陽書。天然氣計(jì)量中存在的問題及對策。《石油知識》。2006年1期。
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