兩種氣質(zhì)條件下孔板流量計(jì)流量示值的對(duì)比研究

劉敦利 李曉宇 穆 軍

(新疆計(jì)量測(cè)試研究院，烏魯木齊 830011)

0 引言

孔板流量計(jì)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化石油化工行業(yè)，是重要的流量計(jì)量?jī)x表之一[1]。由于其理論研究比較成熟和完善，所以孔板流量計(jì)也在天然氣交接過(guò)程中擔(dān)任著重要的角色。但受設(shè)計(jì)參數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)條件、使用環(huán)境、流體介質(zhì)等方面的影響，孔板流量計(jì)也存在著計(jì)量失準(zhǔn)的問(wèn)題，吸引了許多的學(xué)者關(guān)注和研究。

針對(duì)孔板流量計(jì)的計(jì)量誤差研究，目前大多數(shù)文獻(xiàn)都是從計(jì)量原理[2]或安裝條件[3-4]等方面分析的，具有較強(qiáng)的理論價(jià)值。但現(xiàn)在實(shí)際使用過(guò)程中，外界的環(huán)境條件、流體介質(zhì)的物理?xiàng)l件等也是影響孔板流量計(jì)計(jì)量精度的重要因素。因此，十分有必要通過(guò)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)分析以上因素對(duì)其計(jì)量精度的影響程度。

本文在保持實(shí)驗(yàn)條件不變的前提下，使用同一臺(tái)孔板流量計(jì)對(duì)兩種不同組分的天然氣進(jìn)行流量計(jì)量，對(duì)比分析兩組流量數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示氣質(zhì)條件對(duì)孔板流量計(jì)計(jì)量精度影響很大。進(jìn)而建立兩組流量數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)流量計(jì)計(jì)量誤差的修正。

1 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)采用經(jīng)檢定合格的DN150mm孔板流量計(jì)。流量計(jì)正確安裝在直管段上，安裝條件符合要求。分別采用兩種不同組分的天然氣通過(guò)流量計(jì)，一種是符合國(guó)家交接標(biāo)準(zhǔn)的天然氣(以下稱(chēng)為“標(biāo)氣”)，另一種含氣態(tài)水較多的油田伴生氣(以下稱(chēng)為“濕氣”)。實(shí)驗(yàn)以標(biāo)氣的計(jì)量數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)流量數(shù)據(jù)，據(jù)此對(duì)比濕氣的計(jì)量數(shù)據(jù)，研究其計(jì)量誤差。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，盡可能保持環(huán)境溫度、濕度、大氣壓力的穩(wěn)定，以避免外界因素對(duì)流量計(jì)的影響。同時(shí)，考慮到流量計(jì)在實(shí)際使用中的狀況，受供氣氣源的影響，管道壓力會(huì)出現(xiàn)不停的浮動(dòng)。所以在條件允許范圍內(nèi)，不斷改變前段壓力，以實(shí)現(xiàn)管道流量的改變。

前段壓力可調(diào)范圍為270.0～290.0Pa。在不同的壓力條件下，等待流量穩(wěn)定后讀取多組數(shù)據(jù)計(jì)算算術(shù)平均值作為流量計(jì)的流量示值，流量示值以標(biāo)況流量為準(zhǔn)。

2 數(shù)據(jù)處理

通過(guò)以上的實(shí)驗(yàn)方法，得到標(biāo)氣和濕氣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 標(biāo)氣流量曲線(xiàn)圖

圖2 濕氣流量曲線(xiàn)圖

根據(jù)以上兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別模擬流量與管道壓力的關(guān)系曲線(xiàn)，建立數(shù)學(xué)模型為：

yN=1.024x2-554.83x+77666

(1)

yW=0.1556x2-74.429x+13164

(2)

式中：yN為標(biāo)氣流量，m3/h；yW為濕氣流量，m3/h；x為管道壓力，Pa。

以標(biāo)氣流量為孔板流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，則在濕氣計(jì)量過(guò)程中，需要將濕氣流量轉(zhuǎn)化為標(biāo)氣流量，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)濕氣流量的真實(shí)計(jì)量。

式(1)、式(2)中的x取值相同，都是從270.0～290.0Pa，根據(jù)對(duì)x的取值(參見(jiàn)圖1、圖2)，分別得到對(duì)應(yīng)的yN、yW，建立兩者的數(shù)學(xué)關(guān)系模型為：

(3)

即在使用該孔板流量計(jì)進(jìn)行濕氣計(jì)量時(shí)，通過(guò)式(3)實(shí)現(xiàn)對(duì)流量計(jì)顯示的流量進(jìn)行換算，得到的結(jié)果才是天然氣的真實(shí)流量值， 從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)流量計(jì)計(jì)量誤差的修正。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)對(duì)兩種氣質(zhì)條件下孔板流量計(jì)流量示值的實(shí)驗(yàn)和對(duì)比研究，可以看出，天然氣的氣質(zhì)對(duì)孔板流量計(jì)的計(jì)量性能影響很大。從流量計(jì)的計(jì)量原理分析，這是由于天然氣氣態(tài)水含量偏高，流體介質(zhì)的密度偏離了理論值，從而導(dǎo)致計(jì)量失準(zhǔn)[5]。

針對(duì)這一問(wèn)題，本文在保證實(shí)驗(yàn)條件相同的前提下，分別采用標(biāo)準(zhǔn)的天然氣和現(xiàn)場(chǎng)的濕氣進(jìn)行流量標(biāo)定，得到兩種狀態(tài)下流量示值的數(shù)學(xué)關(guān)系模型，從而利用標(biāo)準(zhǔn)流量實(shí)現(xiàn)對(duì)濕氣流量的誤差修正。從孔板流量計(jì)誤差分析的研究角度，本文的研究結(jié)果具有較高的實(shí)際意義和實(shí)用價(jià)值。

[1] 李建中.差壓式流量?jī)x表在能源計(jì)量中的應(yīng)用[J].計(jì)量技術(shù),2008(10):71-74

[2] 趙楊文.差壓式孔板流量計(jì)計(jì)量天然氣流量的誤差分析[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2008,(2): 46-48

[3] 史曉軍.孔板流量計(jì)的誤差分析及修正[J].自動(dòng)化儀表,2010,31(2):72-73

[4] 盧曉剛,高玉格,張紅兵.孔板流量計(jì)存在問(wèn)題的探討[J].計(jì)量技術(shù),2005(8):60-62

[5] 張琳,李長(zhǎng)俊.天然氣孔板流量計(jì)計(jì)量誤差分析及改進(jìn)措施[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械,2006, 35(2): 59-61