提高孔板流量计计量精度的研究

    引言

    由油井计量分离器分离出的天然气由于分离不净含有油污，属脏污介质; 计量分离器常有气路跑油现象，造成管线内积液; 天然气流量不稳定并随时间周期性地大幅度变化，属脉动流体^［1］，上述特点给天然气计量仪表的设计选型、使用维护及准确计量带来较大困难。目前，在油田单井、分队、自用气及外输气交接计量中较多应用孔板流量计。影响孔板流量计计量准确的因素很多，笔者从孔板的技术原理、孔板的管理及孔板安装使用条件等方面结合实际情况进行了分析。

    1 孔板流量计工作原理

    孔板流量计是根据安装在管道中的孔板产生的差压，已知流体条件和孔板与管道的几何尺寸来测量流量。它由孔板、差压变送器和流量显示仪组成。当流体流经设置在管道中的节流件 ( 孔板) 时，流束将在节流件处形成局部收缩，此时流速增大，静压降低，在孔板前后产生差压; 流量愈大，差压愈大，因而可根据差压来衡量流量的大小。这种测量方法以流动连续性方程 ( 质量守恒定律) 和伯努利方程 ( 能量守恒定律) 为基础。天然气标准体积流量计算公式如下:

    式中: Qn—标准状态下天然气体积流量，m³/ s; A_g—秒计量系数，视采用计量单位而定；C—流出系数; E—渐进速度系数; d—孔板开孔直径，mm; F_G—相对密度系数; ε—可膨胀性系数; F_Z—超压缩因子; F_T—流动温度系数; P₁—孔板上游侧取压孔气流绝对静压，MPa; Δp—气流流经孔板时产生的差压，Pa。

    2 孔板流量计仪表特点

    孔板流量计得以广泛使用，是因为它具有以下优点: 节流装置结构简单，安装方便，工作可靠，有一定的准确度，能满足一般工程测量和贸易计量的需要; 使用历史悠久，有丰富可靠的实验数据，设计加工已标准化，只要按标准设计、加工、安装、检验和使用，勿需进行实测标定，也能在已知的不确定度范围内进行流量测量^［3］。

    3 影响孔板流量计准确计量的因素

    通过现场多年使用和维护孔板流量计，发现仪表在运行中普遍存在以下几个问题:

    1) 采用传统孔板流量计测量，存在测量范围窄 ( 最大为 1∶ 3. 5) 、测量精度低、在气体流量波动范围大时需更换不同的孔板元件等缺点。

    2) 秋冬春三季，天然气中含水、原油及一些颗粒杂质，容易使差压计导压管路堵塞或阻塞，从而不能准确反映节流装置产生的真实差压信号^［5］。