如何提高孔板流量计的计量精度

    　天然气管道的迅速发展,要求对天然气流量进行更加准确的测量。由于孔板计量方式结构简单,投资少,计量精度较高,它成为了国内天然气流量最主要的计量方式,在全国各大油田均有广泛的应用。据调查,石油天然气行业采用孔板流量计作贸易计量的约占95%以上。

    1　孔板流量计组成与原理

    孔板流量计是通过测量安装在管路中的同心孔板两侧的差压来计算流量的一种检测设备。它由节流装置、差压计、压力计和温度计等组成。它以能量守恒定律和流动连续性方程为理论依据,由标准节流装置产生差压,应用成熟、可靠的仪表设备进行差压、压力、温度的测量,由流量积算仪或计算机控制系统进行计算得到天然气流量。

    2　天然气流量计算方法^[1]

    2.1　天然气体积流量计算基本公式

    3　计量误差分析^[2]

    3.1　流出系数C对计量精度的影响

    C是在上游直管段充分长的实验条件下,并且孔板节流装置在满足规定的技术指标下进行校准标定,才是有效的。当雷诺数较小时,C会变大;当雷诺数较大时,C会变小。C随着流量的增大而减小,实际流量越小于刻度流量,则C引起的流量误差会越大。孔板流量计的C不是一个固定值,它随雷诺数的变化而变化,但是当雷诺数增大到某一数值时,变化量减小。对于法兰取压,雷诺数应该在10⁶以上,对于角接取压,雷诺数应在2×10⁵以上。

    3.2　被测介质实际物理性质的不确定度因素

    3.2.1　天然气相对密度对流量计量的影响

    从式(2)的推导中可知,天然气流量值与1/d^r的平方根成正比例变化,如果将相对密度dr作为一个独立量看待,则当dr的不确定度为±0.5%时,由此引起的天然气标准体积流量的不确定因素就为±0.25%,由此可见天然气真实相对密度对流量计量的影响很大。dr的不确定度是由实际天然气各有关物理参数确定、测量、分析的不确定度引起的。比如,实际空气的组分偏离标准组分的偏离程度,各有关组分相对分子质量测量的不确定度。dr的确定方法可分为2类^[4]:一是用真实相对密度计测量,例如浮力气体天平、动量比重计、气体密度计等;二是先利用气分析仪器,分析出天然气的全组分,然后根据天然气组分计算出d_r值。目前,中国普遍采用第2种方法,但由于压力温度的变化,d_r并不是一个固定的值。采用在线色谱,及时检测到组分的变化情况,可以提高计量精度。

    3.2.2　天然气压缩因子对流量计量的影响

    流量计量结果是以工作状态下的流量形式给出,由于各地工况不同,需将流量转化为统一标准下的气体流量。在压力不太高、温度不太低的情况下,可以按照理想气体方程进行体积流量的换算。然而,实际气体和理想气体总是有一定差别的,尤其是在管道压力较大或是温度变化较大的情况下,状态方程的各个量均发生了变化。天然气压缩系数的求解有以下方法:卡茨曲线图求解法、卡茨表求解法、查《天然气压缩系数速查手册》法。比较而言,后者能迅速、方便地求出压缩系数,但误差更大。卡茨表求解法最精确,但由于卡茨表的压缩系数太少,当表内没有对应数值,还需用内插法算出,使用较麻烦。