孔板流量计在深冷装置中存在问题初讨

流量计量既是天然气供需双方贸易结算的依据，又是生产部门采输和衡量天然气用气效率的主要技术指标。天然气的准确计量不但能实现公平的贸易结算，而且能为改进生产工艺、提高产品质量、降低产品生产成本、确保安全生产等提供依据，提高经济效益和社会效益。
主题词：孔板；计量；天然气
中国分类号：TH122 文献标识码：A   文章标号：2095-2104（2012）03-0001-02

1、天然气深冷装置计量的现状
天然气是一种高效、清洁燃料和优质的化工原料。中国是天然气资源比较丰富的大国，资料显示，我国天然气远景储量达3.8×1013m3(38万亿m3)，目前已探明储量就有1.6×1012m³(1.6万亿m³)。天然气流量计量已经成为天然气工业生产发展的重要组成部分，在企业生产和经营管理中，流量计量是一项日常进行的重要的技术基础工作。目前在我们油气初加工深冷装置中，天然气的计量采用的是大庆桡兴公司生产的孔板流量计。
2、孔板流量计的结构原理及特点
孔板流量计属于节流装置又称为差压式流量计，是由一次检测件(节流件)和二次装置(差压变送器和流量显示仪)组成，广泛应用于气体、蒸汽和液体的流量测量。孔板流量计用于天然气流量测量具有结构简单、维修方便，性能稳定，使用寿命长、价格低等特点，因此是天然气计量的主要仪表。
孔板流量计的结构原理： 在管路上装有一块孔板，孔板两侧接测压管，分别与U型压差计相连接。孔板流量计是利用流体通过锐孔的节流作用，使流速增大，压强减小，造成孔板前后压强差，作为测量的依据。http://www.botulw.com
3、目前孔板流量计计量中存在的问题及产生的原因
    孔板流量计自20世纪70年代引入我国使用，逐步在天然气流量计量中获得了广泛应用。1983年我国制定了天然气行业标准，并于1996年经过修订，成为现在执行的标准：《天然气流量的标准孔板计量方法》(SY/6143-1996)，此标准在孔板的结构形式、技术要求、节流装置的取压方式、使用方法以及流量计算及其不确定度方面进行了规范，为天然气流量的标准孔板计量提供了标准依据。
    但孔板流量计在天然气流量计量中还存在不少问题。孔板流量计由三部分组成：节流装置、差压变送器和流量显示仪。由于现场安装很大一部分仪表在露天或者室外工作条件恶劣的情况下，节流装置与差压变送器及其连接部分引压管线是使用维护的重点。《天然气流量的标准孔板计量方法》(SY/6143-1996)中指出，天然气从地层中开采出来，虽经分离、除尘和过滤，因其所含成份十分复杂，从单井计量、集气计量到配气计量，气体组分各不相同，所以节流装置在使用中所受到的腐蚀程度亦各不同。特别对孔板直角入口边缘和测量管内壁的冲刷、腐蚀尤为严重，这将影响孔板直角入口边缘弧半径r_k和测量管内壁的相对粗糙k/d，使其超出规定标准，导致流出系数c发生变化，最终使流量测量不确定度超出估计数。
3．1仪器本身产生的误差
    (1)孔板入口直角锐利度超出标准规定；(2)管径尺寸与计算不符；(3)孔板厚度误差；(4)节流件附件产生台阶、偏心；(5)孔板上游端面平度；(6)环室尺寸产生台阶、偏心；(7)取压位置；(8)焊接、焊缝突出；(9)取压孔加工不规范或堵塞；(10)节流件不同轴度。
    3．2安装误差
   管线布置的偏离，管线布置的偏离造成的安装误差是普遍性的，其产生的主要原因是现场不能满足直管段要求的长度。
3．3使用误差
(1)孔板弯曲(变形)；(2)上游测量管沉积脏物；(3)上游端面沉积脏物；(4)孔板入口直角边缘变钝、破损；(5)雷诺数范围不符合标准规定；(6)管道粗糙度影响（管道粗糙度增加、管道粗糙度变化）。
在深冷装置中，处理的天然气中杂质比较多，容易在上游断面沉积赃物，间接导致在差压变送器的正负压室形成积液，这样就导致了差压变送的零点发生飘移，大大降低了计量的准确性。为了避免赃物沉积，需将孔板流量计中的孔板定期的摇出进行清理，但是这需要多方面的配合才能完成这项工作，增加装置的启停次数，降低了产品的收率，直接影响到了生产效益，加大了生产成本。
4、解决天然气孔板计量问题的途径
4．1依据标准，加强仪表的安装、使用、维护等管理，消除人为误差
 孔板流量计的安装和使用误差是在安装时或长期使用中由于流体介质腐蚀、磨损、沾污等造成的。因此，应严格按技术要求安装流量计量系统，消除安装误差。在使用过程中，操作人员应做好系统的检修、维护、保养工作，延长其使用寿命，减小计量误差。同时，在实际应用中应强化宣贯彻SY/T6143-1996标准力度，《天然气流量的标准孔板计量方法》 （SY/6143-1996)中提到了减少误差的方法。附录《节流装置在使用中出现部分偏离标准规定的处理》中规定，在实际应用中采取在流出系数C中增加二个修正系数，即孔板入口尖锐度修正系数和管壁粗糙修正系数，或者采用可换孔板节流装置。因此在天然气计量的实际应用中应深入研究，吃透《天然气流量的标准孔板计量方法》(SY/T6143-1996)的精髓，严格按标准规定安装、使用、处理数据，保证天然气流量计量的准确性。
4．2正确选用配套的仪表
    测量仪表应首选标准节流装置，当流量变化范围大时要考虑用宽量程智能差变，其它类型检测仪表在相应的计量天然气的标准出前台，应慎重选用。二次仪表的计量模型应符合 SY/T6143-1996的要求，能输入组份实时计算C值。
   4．3消除气流中的脉动流
管道中由于气体的流速和压力发生突然变化，造成脉动流，它能引起差压的波动，而节流装置的流量计算公式是以兰孔板的稳定流动为基础的，当测量点有脉动现象时，稳定原理不能成立，从而影响测量精度，产生计量误差。
脉流流量总不确定度等于按GB/T2624-93计算的测量误差与脉动附加不确定度的合成。
因此，为了保证天然气计量精度，必须抑制脉动流。常用的措施有：
(1)在满足计量能力的条件下，应选择内径较小的测量管，提高差压和孔径比；
(2)采用短引压管线，减少管线中的阻力件，并使上下游管线长度相等，减少系统中产生谐振和压力脉动振幅增加；
(3)从管线中消除游离液体，管线中的积液引起的脉动可采用自动清管系统或低处安装分液器来处理。
4．4计量装置的设计安装应符合SY/T 6143-1996
由于影响孔板流量计测量精度的根本原因是节流装置的几何形状和流动动态是否偏离设计标准。因此在使用过程中必须定期做好系统的校检、维护工作，对于实际使用中的压力、温度、流量等工况参数的变化，应进行及时修正。可采用全补偿的流量计算机的积算方案，以减少计量误差，确保计量精度。
 
参考文献
[1]《流量测量工程手册（第一版）》[美]R.W 米勒编著，孙延祚译，机械工业出版社，1990年5月 北京 第一版
[2]《流量计量学术动态及发展趋势》，孙延祚，仪器仪表标准化与计量，2002年第3期，33至35页，第4期，21至25页。
[3]《国际流量计量学术动态及发展趋势》，孙延祚，天然气工业，2003年1月23卷No.1,84至88页。
 
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