標準孔板流量計的應用及日常管理

高京衛(wèi) 肖勁光

（陜西省天然氣股份有限公司延安分公司 陜西延安）

一、引言

標準孔板流量計是天然氣行業(yè)中使用最多，并已標準化的檢測元件，在嚴格按標準制造、安裝和使用的條件下，無需進行實流檢定，也能在已知的不確定度范圍內(nèi)進行流量測量。這一突出的優(yōu)點使孔板流量計在今后一定時期內(nèi)，仍將在天然氣流量計量中占有重要地位。

二、孔板計量選型及優(yōu)缺點

1.孔板流量計計量儀表選型

孔板流量計由節(jié)流裝置、導壓管路系統(tǒng)、差壓計組成，具有結構簡單、制造容易，安裝、使用和維護方便，可靠性高等特點。一般正常情況下，其測量準確度能滿足GB/T 2624-1993（流量測量節(jié)流裝置用孔板、噴嘴和文丘里管測量充滿圓管的流體流量（替代GB 2624-1981））和石油部SYL 04-1983（天然氣流量測量的標準孔板計量方法，升級為SY/T 6143-1996）標準的要求。使用孔板流量計時各計量點的主要區(qū)別在于二次儀表的選型配制，最常見的有兩種類型：一是采用雙波紋管差壓計記錄靜壓、差壓，求出靜壓和差壓的全天平均值，玻璃棒溫度計測量溫度，人工采樣的平均值作為溫度值；二是差壓變送器與溫度、壓力變送器加智能計算儀，實現(xiàn)天然氣流量測量和計算的自動控制及管理。雙波紋管差壓、靜壓記錄儀和玻璃棒溫度計是機械式熱工儀表，準確度差；并且需要人工求積來計算小時、日平均值、累積值，人為涉及的因素太多，天然氣的流量計算無法嚴格按照標準執(zhí)行；而智能變送器則可以實現(xiàn)在線實時檢測積算，完全符合標準規(guī)定的數(shù)學模型和計算方法。

2.孔板流量計優(yōu)缺點

孔板流量計按照是否可以帶壓更換孔板，分為一體式孔板流量計和高級孔板流量計(高級孔板閥)。優(yōu)點：原理簡明，應用技術成熟，容易掌握；適應性強，更換孔板即可實現(xiàn)不同流量的測量；性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長；孔板為標準節(jié)流件，標定方便簡單。缺點：量程比小，一般為3∶1-5∶l；壓力損失較大；計量準確度受影響因素較多；前后直管段要求長，占地面積大。

三、引起孔板計量誤差的主要因素

1.計量儀表誤差

采用孔板流量計，對孔板加工的技術要求十分嚴格，必須符合GB 2624-1981或SY/T 6143-2003（用標準孔板流量計測量天然氣流量）標準中的規(guī)定，否則，會給天然氣流量測量結果帶來很大的誤差?？装宓钠暮蛷澢强装宓闹圃彀惭b和使用中影響計量儀表精度的主要因素，有關實驗表明，孔板彎曲造成的最大誤差為3.5%?？装灏惭b盡管安裝規(guī)范一般都能夠掌握，但有些細節(jié)往往沒有引起重視，導致較大的計量誤差。如密封墊片內(nèi)孔未按環(huán)室尺寸加工，墊片伸出環(huán)室，干擾流體穩(wěn)定流動：導壓管走向不合理，差壓無法順利傳導；平衡器安裝水平精度低，直接產(chǎn)生計量誤差等。

2.節(jié)流裝置的突出物

節(jié)流裝置中伸入管內(nèi)的墊片、焊縫等也會引起測量誤差，誤差大小與突出物位置、孔板與突出物的距離以及突出等有關。有關實驗表明，當β=0.7，突出物位于孔板上游管徑2倍時，產(chǎn)生誤差最大；若突出物位于孔板上游處，誤差為16%～50%。若位于下游，則對計量精度的影響相對較小。

3.使用條件變化引起的誤差

這種誤差主要是由脈動流現(xiàn)象和超量程、流程頻繁波動問題引起的。管道中氣體流速和壓力發(fā)生突然變化，造成脈動流，引起差壓波動，當節(jié)流裝置上出現(xiàn)明顯的脈動流時，計量可能產(chǎn)生較大誤差，有關文獻指出脈動流引起的誤差最大可達20%～30%。此外，由于小用戶用氣不均衡，氣量瞬間發(fā)生急劇變化，都會導致差壓波動。超量程問題大多數(shù)是由于季節(jié)不同，用量發(fā)生變化引起的，冬天時流量大，夏天時流量小，有可能超過所選儀表的量程，從而引起誤差。同時，城市用氣而無調峰設施的計量裝置，當流量隨時間頻繁波動時，將會直接影響對天然氣計量的準確度

4.氣質條件引起的誤差

天然氣從地層中采出來，雖然經(jīng)過分離、除塵或過濾，但由于處理不徹底或集氣管網(wǎng)和輸氣干線內(nèi)腐蝕物的影響，使得天然氣中混有少量的液體或固體雜質，這些雜質易聚集在孔板截面收縮、流速突變的孔口銳邊上，而孔板流量計對孔板銳邊、截面及流線的變化非常的敏感。此外，天然氣中的雜質還會對孔板產(chǎn)生沖刷和腐蝕，特別是對孔板直角入口邊緣和測量管內(nèi)壁的沖刷腐蝕特別嚴重，這將影響到孔板直角入口邊緣圓弧半徑和測量管內(nèi)壁相對粗糙的規(guī)定標準，孔板流出系數(shù)也將發(fā)生變化，使測量準確度達不到要求。天然氣的含水量也對天然氣計量準確度有著很大的影響。美國雪佛龍公司和科羅拉多工程實驗站用注水后的孔板流量計進行計量得到了：①用孔板流量計測量氣體流量，當氣體中央帶少量液體時，流量測量不確定度偏高，測量的濕氣流量隨β的增加而減少，在β比為0.7時，測得的流量偏差為-1.7% ；②當夾帶少量液體時，在β比為0.5時，表明孔板性能較好，但是應將夾帶液體在孔板上游脫出，以獲得最佳的計量性能；③用舊的孔板流量計測量濕氣，流量計量值將降低3%。

5.其他引起的誤差

其他誤差因素有管道泄露、人為破壞、管理不嚴、不合理的積算和取值方法、計量工況偏離標準規(guī)定條件。計算方法本身不合理，對溫度、壓力、氣體組成的變化沒有自動補償?shù)龋彩且鹛烊粴庥嬃空`差的原因。特別是管道泄漏引起的誤差也相當大。例如，節(jié)流裝置前后的差壓一般都很?。?～60 kPa），管道壓力往往是它的幾十倍，如發(fā)生導壓管泄漏或堵塞，不僅給計量帶來誤差，而且會損壞差壓變送器。輸氣系統(tǒng)的泄漏有3種類型：偶然性泄漏、長期性泄漏和普通運行泄漏。偶然性泄漏是指由于輸氣系統(tǒng)在長期運行過程中的腐蝕和輸配設備安裝不當或設備發(fā)生故障所導致的泄漏。長期性泄漏是由于輸配氣站本身工藝設計的不合理或設備質量不好導致的泄漏。普通運行泄漏是指由于某些站場管部件本身設計不當造成腐蝕從而引發(fā)的泄漏，輸氣系統(tǒng)的泄漏絕大部分屬于偶然性泄漏。造成輸氣系統(tǒng)發(fā)生泄漏的主要原因包括：輸氣管道和部件長期暴露于酸性氣體環(huán)境中，造成硫化氫腐蝕；天然氣中的H2S、CO2等酸性氣體和H2O、O2等組分達不到輸氣系統(tǒng)對氣質的要求造成輸氣管道和部件內(nèi)壁腐蝕；輸氣管道制管質量差導致管道螺旋焊縫的斷裂；輸氣管道和部件安裝和焊接質量差導致管道環(huán)行焊縫和管、件之間焊縫的斷裂等等。

四、消除計量誤差的改進措施

1.孔板加工及安裝

嚴格按照標準加工孔板，正確安裝，合理選擇壓差量程嚴格按照GB 2624-1981或SY/Y 6143-1996標準中的規(guī)定加工孔板?？装骞?jié)流裝置在使用前的安裝中應按照標準安裝設計，根據(jù)孔板前阻力件形式配接足夠長度的直管段，一般應至少前30 D。當場地不允許時，必須在孔板前的直管段上安裝整流器?？装迦肟诙嗣姹仨毰c管道線垂直，其偏差不能超過10。安裝時孔板嚴禁反向，要正確使用和選擇壓差計，當壓差計工作量程在30% 以下時，必須及時更換壓差計的量程或孔板規(guī)格。法蘭取壓時β值應在0.2～0.75，角接取壓時β值應在0.4～0.6。

2.氣流脈動誤差消除

消除脈動流，減小脈動影響，合理解決超量可以采用以下方法消除脈動流，減小脈動流的影響。

（1）采用分離除塵器加強氣水分離；從管線中除去游離液體，及時吹掃排出管道內(nèi)積液，確保天然氣計量準確性。

（2）控制計量管段下流閥。實踐證明，控制下流閥能有效的抑制脈動流，同時對各類脈動源引起的壓差波動都有抑制作用。

（3）加裝緩沖罐或設置專門脈動消減器，抑制脈動源引起的差壓波動；提高差壓和孔徑比；安裝調壓閥穩(wěn)定輸出壓力，從而減小脈動對計量的影響。

（4）在滿足計量能力的條件下，應選擇內(nèi)徑較小的測量管，使Δp、β在比較高的雷諾數(shù)下運行。

（5）采用短引壓管線，盡量減少引壓管線系統(tǒng)中的阻力件，并使上下游管線長度相等，以減少系統(tǒng)中產(chǎn)生諧振和壓力脈動振幅的增加。

五、孔板計量參數(shù)的上傳及流量計算

以陜西省天然氣公司靖邊壓氣站為例，現(xiàn)場安裝孔板閥，差壓變送器，溫度變送器，壓力變送器?？刂剖覂?nèi)站控PLC系統(tǒng)有專用的計量模塊，可讀取其他模擬量模板采集的流量相關參數(shù)，包括差壓、壓力、溫度，完成對流量的計算，溫度壓力補償，這種方式在控制成本的同時可保證一定的精度；控制室內(nèi)有1746系列PLC，模擬量采集模板1746-NI8負責采集差壓、壓力、溫度。MVl46-AFC流量計算機模板，支持8路流量計量，流量累積。PLC處理器將I/O模板采集的差壓、壓力、溫度數(shù)據(jù)通過槽架背板傳給MVl46-AFC，完成流量的計算后再通過背板將結果傳給處理器，供PLC邏輯程序使用、工控機顯示或上傳SCADA系統(tǒng)。

六、孔板流量計日常管理

（1）加強日常管理，對參數(shù)進行合理修正在日常生產(chǎn)中應定期對孔板進行清潔、維修或撤換并且對測量流量進行修正。在孔板流量計日常使用過程中，要確保準確的計量，應至少每月一次清洗檢測孔板、檢查儀表零點、儀表D/A轉換通道、核對流量計算程序，對有坑蝕及劃痕的孔板應及時更換。從節(jié)流裝置不確定度的計算公式可以看出，天然氣的壓力、密度、溫度和壓縮系數(shù)的變化將直接影響到測量的準確度。因此，應該選擇合適的儀表來測量天然氣的壓力、密度、溫度等特性參數(shù)。

（2）孔板流量計測量范圍一般為3.5∶1，而實際工況并不都在此范圍，一旦超過測量范圍，必將引起測量誤差?？装宀顗鹤兯推鞑顗悍秶鷳刂圃谄淞砍痰?0%以內(nèi)，例如，差壓變送器量程為0～60 kPa，日常計量中差壓工作范圍應保持在 6 kPa～54 kPa，如超出該量程范圍將影響計量精度。

（3）根據(jù)場站下游用戶用氣量的不斷變化，提前加工制作不同規(guī)格孔板，每塊孔板都可以計算出對應流量范圍，場站可根據(jù)氣量變化及時更換孔板。以此實現(xiàn)節(jié)流裝置產(chǎn)品系列化、標準化，有利于提高節(jié)流裝置計量的準確度。

（4）定期檢查孔板導壓管是否存在銹蝕，觀察導壓管是否有堵塞、泄漏等現(xiàn)象，一旦發(fā)現(xiàn)立即整改，以確保計量精度。

（5）場站值班人員定期檢查孔板流量計的差壓、壓力、溫度變送器現(xiàn)場工作是否正常，控制室上傳參數(shù)及現(xiàn)場顯示是否一致，孔板瞬時流量是否穩(wěn)定等。這些都是影響孔板計量精度的主要因素。