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天然气流量计量的误差分析
点击次数:558 发布时间:2016-07-14

 目前石油工业采气现场天然气流量计量用得zui多的是孔板流量计, 如进行单井产量计量、 气藏监控、 输气监测、 贸易结算等, 因为其结构简单, 操作较方便, 无活动部件, 安装以后无需经常维护。若设计、 制造及使用条件都符合标准要求, 主件无需校正。在天然气流量的现场计量过程中, 在使用机械仪表进行参数取值计算的场合, 都会不可避免地出现测量误差。孔板流量计误差产生有两种:一种是基本误差, 这是流量计本身所存在的误差;第二种是附加误差, 是由于流量计在使用时偏离了标准条件产生的。在现场机械仪表由人为操作的环节多, 且天然气这一物质的测量是一种连续的、 不可多次回复的测量, 若不加以适时监控, 所引起的测量附加误差相当大,尤其当天然气作为商品进行贸易结算时, 为供需双方带来不利影响, 所以本文通过分析产生测量误差的主要原因, 提出精心管理, 细致操作以减小计量误差的重要性。
1、误差产生的原因分析
1. 1 计量现状
在采输气现场采用的孔板差压式流量计, 机械仪表的配置是用孔板作为节流件产生差压、 压力信号, 由引压管路系统传递此信号, 用双波纹管差压计记录压力信号,辅助二次仪表求积仪、 计算器、 温度计等工具测得天然气流量。由专用卡片记录静、 差压曲线, 求积仪积算出静、 差压格数, 用输入程序的计算器计算出日产流量(Qnm 3 /d)。
1. 2 误差的产生
通过现场流量实际计量过程发现, 在上述计量系统中, 影响天然气流量计量的主要部件是节流装置、 孔板、引压管路及双波纹管差压计。通常会发生以下几种典型的产生流量测量误差的情况:(1)孔板装反;(2)孔板变形;(3)计量管段内腐蚀;(4)液体等杂质的影响。
1. 2. 1 一次仪表引起的计量误差
(1)孔板反向安装
出现这种情况的原因有二:①操作人员未进行岗前培训, 技术不熟练, 不熟悉工艺流程走向;②由于操作人员在更换孔板、 清洗检查节流装置、 进行工艺改造安装时, 或在进行训练的过程中, 粗心大意, 现场监督、 检验不到位等。出现此情况时, 孔板下游锐角边经缘朝向上游,其结果将直接影响计量偏低, 反映在现场是差压下降一个台阶, 而由于现场原因未能及时发现并纠正。其引起流量偏低的影响率, 据国外实验研究资料数据为 - 12%~ -17%, 一般情况下, 雷诺数不变时, 高 β 值与低 β 值之间的流量偏差值为 ± 2%, 管径雷诺数越低, 其流量偏差越大。
此外, 在更换孔板以后, 其配套产量计算参数必须同步更换, 否则会出现相当大的正负偏差, 若由小孔径换大孔径, 参数未更换, 则流量计量将偏高;反之, 流量计量将偏低, 在日输气量大的用户计量中, 造成的损失将是很大, 甚至是难以弥补的。
从以上分析, 我们不难看出, 孔板反向安装、 参数的错误是可以通过操作人员认真仔细的操作、 培训来杜绝的, 在天然气商品贸易结算中, 是不允许有此现象发生的, 所以制定一套科学的严格的现场计量监督制度是很有必要且很重要的。
(2)孔板变形
这是由于管线内液、 固等杂质进入或突然开启阀门在孔板处会产生冲击压力, 这种情况偏离了标准中规定的气流条件, 即孔板后压力与孔板前压力之比必须 >0. 75, 如孔板前后压差足够高, 则将使孔板朝流动方向长时间弯曲。此外, 在进行集输管线放空解堵时, 由于水化物的冲击也会使孔板变形, 出现坑蚀, 使孔板直角入口边缘磨损、 变钝, 使流出系数改变, 也影响了差压值, 多数情况下, 测量结果比实际流量偏低 4. 5%。
以上情况也可以通过定期检查、 平稳操作、 强化现场监督来减小不必要的计量误差。
(3)管道内表面粗糙
从井口采出的天然气中含有 H 2 S、 CO 2 等腐蚀性气体及其它液、 固杂质, 在长期生产过程中, 计量管段内壁被腐蚀、 磨损, 其圆度不符合标准要求, 但现场未进行校正,若为了进行管道内壁防腐而加注缓蚀剂等, 会在管道内壁形成一层保护性油膜, 这同样增加了管内表面粗糙度,使流出系数改变。资料表明, 当 β >0. 55 时, 对流出系数的影响将很明显, β =0. 73 时, 粗糙度对流出系数的影响>1%, 当 β >0. 6 时, 测量管内表面粗糙的孔板流量计所测得的流量要比实际流量偏低 1%。所以减小 β 值(β <0. 6)可以减小管道内表面粗糙对流量计量的影响。
(4)液体等杂质的影响
我们知道, 计量标准 SY/T 6143 -1996《天然气流量的标准孔板计量方法》 中明确规定了天然气在管道中的流态要求:气流在管道内的流动必须是亚音速的或仅随时间缓慢变化的, 是单相、 稳定的牛顿流体, 气流中所含的液固等杂质必须符合其质量流量 <2%, 不适合测量脉动流和旋转流, 应满足孔板前后压力之比 >0. 75。在实际生产过程中, 从井口到集输管线的原料气只进行了粗略的气液固分离, 往往只能分离出少量凝析液, 当地层出水, 天然气中含水量更大, 经分离后的天然气随着温度和压力的变化, 液体又会发生冷凝, 流经孔板的气流就不再是标准中规定的单相均质的牛顿流体, 这使流出系数发生改变。对这种非标准流态计量出的结果将会偏低, 据相关实验数据表明, 流量测量结果比实际流量值偏低1. 5%。在采气井站, 因液体存在使差压波动呈宽带状造成取值不准的现象也十分常见。
另外, 在现场操作中, 因孔板前堆积脏物, 增加了表面粗糙度, 使流态改变;用孔板夹持器固定孔板的装置,须在上下游端面安装密封垫片, 这属人为控制的操作, 可能因垫片制作时内径过大或不规范, 造成突入计量段内,引起两法兰端面处的二次节流, 使实际记录的差压不准确, 其影响结果也是计量偏低, 计量管段越小, 影响越严重;如果引压管路过长、 内径过小或有焊溜突入、 焊接处有台阶、 弯曲半径偏小、 弯曲不当使弯曲处管径变小、 引压管路有泄漏等都会使压力信号传递失真, 导致取值不准确。且冬季因导压管内有凝析水和粉尘等易形成水化物, 造成堵塞, 影响计量准确, 不便管理等情况都会增加流量测量误差, 且大多数情况, 这些误差都是呈负值。
1. 2. 2 二次仪表引起的计量误差
(1)量程选择。当使用低量程的仪表时, 仪表读数偏差会增加, 而使用满量程时, 若参数值波动较大, 则会使测量值偏低。
(2)差压计零位、 静压漂移, 随环境改变示值超差。
(3)差压计读数误差的影响因素有:
①双波纹管差压计安装时其倾斜度超标或安装不牢靠。
②存在静压零位误差。
③波纹管受腐蚀或泄漏。
④四连杆机构摩擦过大。
⑤记录笔在卡片上压得过紧, 墨水管紧使笔尖不能正常工作。
⑥差压计存在不规则的校验特性, 且为不可修正, 或可能存在校准误差。
⑦记录曲线为人为手动补描。
⑧记录卡片不规范, 存在偏心引起误差。
⑨时钟走时不准
2 结束语
通过以上误差产生原因及其对流量影响分析, 得出以下结论:
(1)在偏离标准条件下对流量计的操作会对测量产生影响, 大多表现为使测量的流量偏低。
(2)本文分析了几种容易出现的zui典型的对流量测量影响较大的几种情况:
①孔板反向安装使测量值偏低 12% ~17%。
②孔板弯曲使测量结果偏低达 4. 5%。
③测量管段内表面粗糙对测量结果的影响率达 -1%, 但 β <0. 6 时, 可以减小表面粗糙的影响。
④流态对测量结果的影响, 当含流体超出标准规定时, 影响率达 -15%, 建议可在井口到计量段之间安装分离器。
⑤其它影响因素:孔板前脏物堆积、 垫片突入测量管、 引压管堵塞、 泄漏、 差压计操作不当等, 使流量测量偏低;参数错误既可使产量偏低, 也会造成偏高。
(3)本文讨论的影响因素都是可以通过精心的管理、 正确的使用、 操作和耐心、 细致加以杜绝或减小的, 所以制定一套严格的现场计量监督制度, 及时加以落实、 贯彻实施是很重要的。

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