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孔板流量计在配气站计量应用中的误差分析
点击次数:713 发布时间:2016-03-04

  天然气计量是一种动态的间接的多参数的综合计量,在整个流量计量领域中难度非常大,影响因素zui多。国内天然气贸易交接结算选用的流量计有很多种,而采用标准孔板流量计计量是zui广泛方式。由于孔板计量方式结构简单牢固、使用期限长、可在线更换检修、计量精度比较高,成为天然气贸易交接结算重要的计量方式,在油气田均有广泛应用。
1、配气站计量现状
天然气配气站担负着城镇居民天然气流量计调配及输配任务,在用气高峰和低峰需要根据流量进行调配,满足工业及居民用气。
结合天然气配气队实际情况,提高天然气计量准确度减少贸易摩擦,胜利油田配气站天然气计量大部分采用孔板流量计。配气队天然气计量实现了温度、压力、流量等现场数据的自动采集与处理、显示和报表的打印,实现了远程的实时监控、实时数据传输,达到了计量全过程的自动化运行。孔板计量系统由孔板阀、智能差压变送器、智能压力变送器、一体化温度变送器以及流量计算显示装置组成,包括硬件和软件两部分。其系统结构拓扑图如图1所示。

2、孔板流量计的计量误差分析
天然气行业标准 《用标准孔板流量计测量天然气流量》(GB/ T 21446)规定了标准孔板的技术参数要求、内部结构形式、孔板的取压方式、流量计使用方法以及计算、不确定度的资料,为天然气标准孔板流量计计量提供了标准依据。但在实际应用中,由于现场使用条件变化引起的误差和计量仪表本身误差,经常使孔板流量计的精度不能达到要求。本文结合孔板流量计在配气站交接计量中的应用情况从基本误差和附加误差两方面对孔板流量计的计量误差进行分析,并探讨解决方法。
2.1 基本误差
基本误差是由计量装置本身度所决定的误差,是不可避免的,一般在 1% ~ 2% 范围内。为了规范孔板计量,《天然气计量系统技术要求》(GB/ T 18603)对计量系统进行了说明和要求,同时对计量系统仪器仪表精度等级进行了要求。
基地配气队孔板计量系统选用的差压变送器、压力变送器、温度变送器的准确度分别为:0. 25% 、0. 25% 、0. 5% ,符合《天然气计量系统技术要求》(GB/ T 18603)中 B 级系统配套仪表准确度的要求。
2.2 附加误差
结合现场使用情况,对产生计量附加误差的原因进行以下分析。
2. 2. 1 实际运行流量值偏离设计流量值引起的误差
这是配气站zui常见也是贸易双方zui关心的问题,用气量具有季节、日和小时的不均衡性,用气高峰和用气低峰变化范围较大,且很难准确的掌握用户的用气量,与设计流量值偏差很大。
如果用于计算孔板孔径的zui大流量与现场实际的zui大流量偏离较大,就会造成计算出来的孔板孔径较大偏差。
存在大孔板测小流量的问题,由于 ΔP 偏小,计量精度大大降低。
2.2.2 节流装置产生的误差
1)孔板装反引起测量误差。在孔板阀中安装孔板时,应保证孔板的安装方向正确,天然气从孔板的上端面流向下端面。表3为庐配供总配气量与总配外供气量的对比,正常情况下庐配供总配气量应大于总配外供气量,如表2中4. 4日至4. 6日数据。4. 6日庐配至总配线孔板装反,导致4.7日庐配供总配气量小于总配外供气量,引起较大误差。

2)孔板孔径尺寸测量不准确引起测量误差。在实际使用中由于条件限制,不能及时送到检定部门进行检定,而是用游标卡尺在现场测量。一方面存在目测误差,另一方面由于没有在标准状况下进行计量标定,当现场环境及测量介质温度较高时,测量孔板的孔径值将偏高,造成计量值比实际值偏高。如果孔板厚度不符合标准、上下游直管段长度不够、计量装置安装不当都能引起测量误差。
3)气体的冲刷和腐蚀引起测量误差。天然气从地层采出来,虽经分离、过滤,因其所含成分十分复杂,且成分经常变化,从单井采气计量、集气计量到配气计量,气质组成都各不相同,因而流量计在使用过程中宜受测量介质天然气的冲刷和腐蚀,对孔板和直管段的冲刷腐蚀尤为严重。这将影响到孔板直角入口边缘圆弧半径和直管段内表面粗糙度,使得流出系数发生变化,测量的不确定度超出预期值。
2. 2. 3 差压变送器引起的误差
在现场环境条件下,孔板流量计装置与差压变送器之间连接的导压管线容易发生腐蚀、堵塞、冰冻等,是孔板流量计薄弱环节和使用维护的重点。
1)差压变送器零点容易漂移,造成静压、差压值失真,造成计算气量比实际气量偏差较大。
2)差压变送器的阀组和导压管易生锈泄漏、堵塞。高压侧和低压侧的连接件漏气或堵塞,都会引起较大的计量偏差。
2015 年 4 月份东营压气站检修期间,天然气内含有固体悬浮颗粒和油污引起庐配至总配线的下游导压管堵塞,导致庐配至总配线计量数据偏大。
2. 2. 4 天然气组分变化引起的误差
天然气从单井到集气站和配气站, 气质组分各不相同,因此流量值也不同。一方面,由于气体组分的变化引起天然气相对密度的变化,天然气流量值与相对密度倒数的平方根成正比例变化。另一方面,天然气组分的变化影响压缩因子 Z 的计算,造成压缩因子的附加误差,而压缩因子直接影响工况流量转化为统一标准下的气体流量。由此可见天然气组分变化对计量的影响很大。
2015 年 5 月份对庐配交接处的天然气组分重新进行了取样分析,取样分析前后各组分含量发生变化。由相对密度计算公式可知取样分析前后的相对密度分别为 0. 6495、0. 6425,即取样分析前后天然气相对密度变化了 1% 。
3、提高孔板流量计计量精度的措施
孔板流量计计量精度与孔板、管道条件、安装质量等诸多因素有关,为提高流量计量准确度,可采取以下措施。
3.1 孔板流量计的制造和组装
孔板的直径、厚度、斜角、流量计的外形、粗糙度等均应满足 GB/ T 2624. 2 的要求。流量计制造和组装需符合GB/ T 21446 及 API M PM S 14. 3. 3 的要求。
孔板的密封垫圈应采用耐腐蚀、抗老化、满足输送介质温度的材料,在组装时应保证任何点都不会突入管道,且不影响流量的计量精度。孔板片与导板之间,上下腔之间应有良好密封。
孔板流量计制造是需要设置排污阀和放空阀,排放应汇总为一个总放空接口,统一排放。孔板流量计的直管段要根据孔板前后端工艺配管的形式来确定长度,考虑一定的富余系数,一般按前 30D 后 15D 来布置。
3.2 合理选择测量仪表
为了避免“大马拉小车”或“小马拉大车”现象产生的误差,建议严格按照 GB/ T 18603《天然气计量系统技术要求》要求选用合适量程仪表。首先要根据输气流量,选择zui合适内径的孔板。智能差压变送器量程宜在满量程 10% ~ 90% ,智能压力变送器量程宜在满量程30% ~75% , 采选用绝压量程仪表, 精度建议选用0. 1% 。
3.3 仪表的安装
孔板流量计应垂直于管道轴线安装,且与管道同心,偏差应满足小于 1°。孔板流量计应配套提供机械装置指示孔板片,用来测试是否安装在管径中心 。孔板安装在在法兰之间固定后,允许自由热膨胀而不产生扭曲变形,在满足设计压力的情况下,由于其它作用力或差压引起的弹性形变、塑性扭曲都不应超过直线斜度的 1% 。
孔板上下游取压孔的直径相同,建议直径应小于13m m ;取压孔中心线应平行于地面、且与管道中心线垂直相交,偏差不应大于 3°。
3.4 加强计量管理维护、健全计量规章制度
加强计量装置的日常管理维护,如定期对压力仪表进行计量标定,发现有异常或损坏情况,应及时进行维修;冬季气温下降,易发生冻堵,需增加排污次数,给差压变送器加装保温设备;加强节孔板流量计的排污和清洗检查等等。
健全计量规章制度,如定期维护、周期送检等。严格管理,做到计量装置有记录,操作有规程,使用有制度,维修有周期。
3.5 加强业务培训、提高技术人员素质
加强现场操作员的业务培训,提高操作员的技术水平和解决问题的能力,更好的做好流量计地检修、维护、保养工作。
孔板流量计在胜利油田已经应用多年 ,起到不可替代的作用。同时还能改善劳动条件,节省人力,提高天然气调配水平和操作人员的工作效率,降低生产成本。孔板流量计在应用中将进一步优化和完善、降低误差,提高计量准确性。

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