旋進(jìn)旋渦流量計(jì)取壓方式對(duì)檢定結(jié)果的影響及改進(jìn)措施

李高峰 王宏偉 朱梅松 劉燦 靳小蘋(píng)

1.中國(guó)石化勝利油田分公司技術(shù)檢測(cè)中心流量檢定站 2.西南石油大學(xué)

旋進(jìn)旋渦流量計(jì)取壓方式對(duì)檢定結(jié)果的影響及改進(jìn)措施

李高峰1王宏偉1朱梅松2劉燦1靳小蘋(píng)1

1.中國(guó)石化勝利油田分公司技術(shù)檢測(cè)中心流量檢定站 2.西南石油大學(xué)

為了了解表體取壓孔取壓和管道取壓孔取壓兩種取壓方式對(duì)旋進(jìn)旋渦流量計(jì)檢定結(jié)果的影響，比較了不同口徑、不同生產(chǎn)廠(chǎng)家的旋進(jìn)旋渦流量計(jì)在兩種取壓方式下的流量計(jì)相對(duì)誤差，分析了不同流量點(diǎn)下的誤差關(guān)系。結(jié)果表明：①旋進(jìn)旋渦流量計(jì)型號(hào)一定的情況下，用表體取壓孔取壓方式檢定流量計(jì)時(shí)流量計(jì)的線(xiàn)性度較好，用管道取壓孔取壓方式檢定流量計(jì)時(shí)流量計(jì)的線(xiàn)性度較差；②流量測(cè)點(diǎn)相同的情況下，表體取壓孔取壓檢定方式的流量計(jì)誤差較小，管道取壓孔取壓檢定方式的流量計(jì)誤差較大；③兩種取壓方式引起的誤差隨著流量的增大而逐漸增大，在流量為2 900 m3／h時(shí)兩者相差近6.2%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)，因此，在旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的檢定過(guò)程中，應(yīng)避免在流量計(jì)表體取壓孔以外的地方取壓進(jìn)行檢定。同時(shí)還提出了避免旋進(jìn)旋渦流量計(jì)取壓孔堵塞的改進(jìn)措施：改進(jìn)流量計(jì)結(jié)構(gòu)、安裝過(guò)濾裝置、涂抹潤(rùn)滑油和設(shè)置取壓無(wú)效報(bào)警。

旋進(jìn)旋渦流量計(jì) 取壓孔 堵塞 檢定 流量 誤差 改井措施

隨著我國(guó)天然氣工業(yè)的發(fā)展，旋進(jìn)旋渦流量計(jì)作為一種高精度的氣體流量計(jì)量?jī)x表，被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于天然氣計(jì)量［1］。在旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的使用過(guò)程中，為了保證其計(jì)量的準(zhǔn)確性和可靠性，必須按照檢定規(guī)程對(duì)其進(jìn)行檢定（檢定周期一般為2年）［2］，檢定時(shí)要從表體取壓孔取壓進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算。但在實(shí)際生產(chǎn)計(jì)量中往往由于所計(jì)量的天然氣成分不純，通常會(huì)夾雜一些雜質(zhì)（如油污、沙礫等），容易造成流量計(jì)取壓孔的堵塞和腐蝕，致使檢定過(guò)程中取壓工作無(wú)法正常進(jìn)行，因此，有的檢定員就直接從管道取壓孔取壓或不取壓，這到底對(duì)流量計(jì)的檢定結(jié)果有沒(méi)有影響？筆者利用試驗(yàn)的方法，比較了在流量計(jì)表體取壓孔取壓和管道取壓孔取壓兩種取壓方式下的旋進(jìn)旋渦流量計(jì)檢定試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定了流量計(jì)在兩種取壓方式下的計(jì)量誤差，為旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的檢定工作提供了參考。

1 流量計(jì)工作原理及數(shù)據(jù)處理

1.1 旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的工作原理

圖1為旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的結(jié)構(gòu)圖。當(dāng)流體通過(guò)由螺旋形葉片組成的旋渦發(fā)生器后，流體被迫繞著發(fā)生器劇烈旋轉(zhuǎn)，形成旋渦。當(dāng)流體進(jìn)入擴(kuò)散段時(shí)，旋渦流受到回流的作用，開(kāi)始作二次旋轉(zhuǎn)，形成陀螺式的渦流進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象［3－4］。該進(jìn)動(dòng)頻率與流量大小成正比，不受流體的物理性質(zhì)及密度的影響。檢測(cè)元件測(cè)得流體二次旋轉(zhuǎn)進(jìn)動(dòng)頻率，通過(guò)計(jì)算就可得到流量值，且所測(cè)流量值能在較寬的范圍內(nèi)獲得良好的線(xiàn)性度。流量計(jì)算式為［5］：

式中qv為體積流量，m3／s；f為旋渦頻率，Hz；K為流量?jī)x表系數(shù)，m－3。

圖1 旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的結(jié)構(gòu)圖

旋進(jìn)旋渦流量計(jì)檢定過(guò)程中使用的取壓孔在表體的下部或側(cè)部。為了弄清楚取壓方式對(duì)流量計(jì)檢定準(zhǔn)確度的影響，分別在流量計(jì)表體取壓孔取壓和管道取壓孔取壓兩種取壓方式下進(jìn)行了流量計(jì)檢定試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)采用的標(biāo)準(zhǔn)裝置為負(fù)壓法臨界流音速?lài)娮旆怏w流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，其準(zhǔn)確度等級(jí)為0.3級(jí)，可以滿(mǎn)足一般準(zhǔn)確度等級(jí)為1.5級(jí)的天然氣流量計(jì)的檢定要求，檢定依據(jù)為JJG 198—1994速度式流量計(jì)檢定規(guī)程。試驗(yàn)以不同廠(chǎng)家、不同口徑的旋進(jìn)旋渦流量計(jì)為例，對(duì)采用表體取壓孔取壓和管道取壓孔取壓方式下不同流量點(diǎn)的流量計(jì)誤差進(jìn)行比較。

以使用廣泛的LUYBⅡ31—DN100B旋進(jìn)旋渦流量計(jì)為例，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為60 s，標(biāo)準(zhǔn)裝置的滯止平均溫度為28.9℃，空間平均濕度為30%，流量計(jì)的平均溫度為28.3℃，在表體取壓孔取壓和管道取壓孔取壓的流量計(jì)檢定試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別如表1、2所示。

表1 LUYBⅡ31—DN100B旋進(jìn)旋渦流量計(jì)表體取壓孔取壓的檢定試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

表2 LUYBⅡ31—DN100B旋進(jìn)旋渦流量計(jì)流量計(jì)管道取壓孔取壓的檢定試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

由表1、2得到LUYBⅡ31—DN100B旋進(jìn)旋渦流量計(jì)在兩種取壓方式下的流量計(jì)相對(duì)誤差曲線(xiàn)如圖2所示。

以某公司生產(chǎn)的TDS200BT旋進(jìn)旋渦流量計(jì)為例，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為60 s，標(biāo)準(zhǔn)裝置的滯止平均溫度為29.7℃，空間平均濕度為42%，流量計(jì)的平均溫度為29.3℃，在表體取壓孔取壓和管道取壓孔取壓的流量計(jì)檢定試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別如表3、4所示。兩種取壓方式下的流量計(jì)相對(duì)誤差曲線(xiàn)如圖3所示。

圖2 LUYBⅡ31—DN100B旋進(jìn)旋渦流量計(jì)在兩種取壓方式下的流量計(jì)相對(duì)誤差曲線(xiàn)圖

表3 TDS200BT旋進(jìn)旋渦流量計(jì)表體取壓孔取壓的檢定試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

表4 TDS200BT旋進(jìn)旋渦流量計(jì)流量計(jì)管道取壓孔取壓的檢定試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

表1～4中的儀表系數(shù)計(jì)算方法參見(jiàn)JJG 198—1994速度式流量計(jì)檢定規(guī)程。流量計(jì)相對(duì)誤差的計(jì)算公式為［5］：

式中E為流量計(jì)相對(duì)誤差，%；Ki為檢定過(guò)程中計(jì)算得出的儀表系數(shù)，m－3；K0為原始狀態(tài)的儀表系數(shù)，m－3。

圖3 TDS200BT旋進(jìn)旋渦流量計(jì)在兩種取壓方式下的流量計(jì)相對(duì)誤差曲線(xiàn)圖

2 取壓方式的影響分析

從以上數(shù)據(jù)表和曲線(xiàn)圖中可以看出：旋進(jìn)旋渦流量計(jì)型號(hào)一定的情況下，用表體取壓孔取壓方式檢定流量計(jì)時(shí)流量計(jì)的線(xiàn)性度較好，用管道取壓孔取壓方式檢定流量計(jì)時(shí)流量計(jì)的線(xiàn)性度較差；流量測(cè)點(diǎn)相同的情況下，表體取壓孔取壓檢定方式的流量計(jì)誤差較小，管道取壓孔取壓檢定方式的流量計(jì)誤差較大；兩種取壓方式引起的誤差隨著流量的增大而逐漸增大，在流量為2 900 m3／h時(shí)兩者相差近6.2%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了流量計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)。所以，在旋進(jìn)旋渦流量計(jì)的檢定過(guò)程中，應(yīng)避免在流量計(jì)表體取壓孔以外的地方取壓進(jìn)行檢定。

3 流量計(jì)使用改進(jìn)措施

綜上所述，旋進(jìn)旋渦流量計(jì)在檢定過(guò)程中，管道取壓孔取壓方式對(duì)流量計(jì)檢定結(jié)果的影響較大。為了保證旋進(jìn)旋渦流量計(jì)檢定工作的準(zhǔn)確性、科學(xué)性和公正性，避免由于流量計(jì)表體取壓孔堵塞而導(dǎo)致檢定員在管道取壓孔取壓對(duì)流量計(jì)進(jìn)行檢定，提出以下改進(jìn)措施。

1）建議旋進(jìn)旋渦流量計(jì)生產(chǎn)廠(chǎng)家在不影響流量計(jì)性能的前提下，適當(dāng)改進(jìn)流量計(jì)的結(jié)構(gòu)，比如可以提高取壓孔的位置，避免其被雜物堵塞。

2）用戶(hù)在使用現(xiàn)場(chǎng)可在旋進(jìn)旋渦流量計(jì)前端安裝過(guò)濾裝置，將雜物濾除掉。

3）旋進(jìn)旋渦流量計(jì)出廠(chǎng)時(shí)將取壓孔外部螺絲涂抹潤(rùn)滑油，同時(shí)將取壓孔內(nèi)部用橡皮塞堵上，防止雜物堵塞和取壓孔生銹。

4）旋進(jìn)旋渦流量計(jì)檢定過(guò)程中，如果點(diǎn)流量變化較大，而流量計(jì)壓力變化不明顯時(shí)，檢定系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置取壓無(wú)效報(bào)警，以提示檢定人員采取相應(yīng)補(bǔ)救措施。

［1］宋艾玲，梁光川.天然氣流量計(jì)量現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2006，22（3）：20－23.

［2］中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.JJG 198—1994速度式流量計(jì)檢定規(guī)程［S］.北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1994.

［3］胡艷峰，申宏，王岱林.旋進(jìn)旋渦流量計(jì)計(jì)量誤差分析［J］.工業(yè)計(jì)量，2005，15（3）：33－34.

［4］李軍，王秀英.旋進(jìn)旋渦流量計(jì)檢定方式和計(jì)量特性的研究［J］.石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2010，26（3）：27－29.

［5］費(fèi)業(yè)泰.誤差理論與數(shù)據(jù)處理［M］.5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

Impact of the pressure measurement methods of a swirlmeter on its calibration results and the improvement measures

Li Gaofeng1，Wang Hongwei1，Zhu Meisong2，Liu Chan1，Jin Xiaoping1
（1.Flow Rate Measurement and Test Station，Inspection Technology Center，Shengli Oilfield Company，Sinopec，Dongying，Shandong 257000，China；2.Southwest Petroleum University，Chengdu，Sichuan 610500，China）

NATUR.GAS IND.VOLUME 31，ISSUE 11，pp.100－102，11／25／2011.（ISSN 1000－0976；In Chinese）

In order to know how the pressure measurement methods through the bores of a meter body and the adjacent piping respectively affect the calibration results of a swirlmeter，this paper compares the relative errors of the swirlmeters with different diameters and different types（made by different manufacturers）under the above said two pressure measurement methods.A comparative analysis of the relative error curves show that（1）under the same condition of a certain type of swirlmeters，the flow meter with the pressure measurement through the meter body bores has a higher linearity than that through the adjacent piping bores；（2）under the same flow measurement point，again，the former one achieves smaller errors than the latter one；（3）the errors resulting from the said two pressure measurement methods increase with the rising flow rates，and the relative error between them is even up to 6.2% when the flow rate is 2900 m3／h，which is far more deviated from the accuracy level of a swirlmeter.Thus，in the calibration process of a swirlmeter，the pressure measurement should be ensured to be through no other than the meter body bores.In addition，the improvement measures are put forward to prevent the clogging of the meter body bores：to improve the structure in the manufacturing of swirlmeters；to install a filter in the front of swirlmeters；to smear lubricant oil on the bolts around the bores；and to add an alarm system of failures in pressure measurement.

swirlmeter，pressure measurement through a hole，choke，calibration，flow rate，error

李高峰等.旋進(jìn)旋渦流量計(jì)取壓方式對(duì)檢定結(jié)果的影響及改進(jìn)措施.天然氣工業(yè)，2011，31（11）：100－102.

10.3787／j.issn.1000－0976.2011.11.025

李高峰，1983年生，助理工程師，碩士；主要從事流量計(jì)檢定方面的研究工作。地址：（257000）山東省東營(yíng)市濟(jì)寧路64號(hào)。電話(huà)：15005466921。E－mail：coollgf＠163.com

（修改回稿日期 2011－09－20 編輯 何 明）

DOI：10.3787／j.issn.1000－0976.2011.11.025

Li Gaofeng，assistant engineer，born in 1983，holds an M.Sc.degree and is mainly engaged in research of flow measurement and test.

Add：No.64，Jining Rd.，Dongying，Shandong 257000，P.R.China

Mobile：＋86－15005466921 E－mail：coollgf＠163.com