差压式孔板流量计计量天然气流量的误差分析

　　前 言

　　孔板流量计结构简单, 操作较方便, 使用技术成熟, 使得其在管道计量中得到广泛应用, 根据调查,在超声波流量计使用之前, 差压式孔板流量计在整个油气管道贸易结算中占到了 70%以上。随着仪表技术和计量技术的快速发展, 许多新型计量设备得到广泛应用, 但是孔板流量计仍然是目前我国天然气管道计量用得最多的计量设备, 占整个贸易计量的 50%左右。

　　为了规范孔板流量计量, 国家专门制定了 GB2628 和 SY/T 6143 计量标准, 对计量系统进行了说明和要求, 同时, 也出台天然气场站仪表配备指南,对计量系统仪器仪表精度等级进行了要求。但是由于孔板流量计量系统的结构特点, 决定了会产生两种误差, 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。由于人为操作的环节多, 且天然气这一物质的计量是一种连续的、不可重复的计量, 若不加以适时监控, 所引起的计量附加误差相当大, 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, 本文分析了产生误差的主要原因, 提出精心管理, 细致操作以减小计量误差的重要性。

　　计量原理

　　(1)差压式孔板流量计包括 3 部分: ①现场取压部分, 包括高级孔板阀、前后直管段、导压管; ②温度、压力、组分补偿部分, 包括现场用温度变送器、压力变送器、天然气组分分析仪计量的实时数据; ③流量计算部分, 指专用流量计算机( 或计算仪) 所安装的计量标准程序。

　　(2)在实际应用过程中, 当充满管道的流体流经管道内的节流件时, 如图 1 所示。

　　流线将在节流件处形成局部收缩, 因而流速增加, 静压力降低, 于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大, 产生的压差愈大, 这样可依据压差来衡量流量的大小。这种计量方法是以流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)为基础的。压差的大小不仅与流量还与其他许多因素有关, 例如当节流装置形式或管道内流体的物理性质(密度、粘度)不同时, 在同样大小的流量下产生的压差也是不同的。以伯努利方程式和流体流动的连续性方程式为依据, 天然气流量计算公式是[1]:

　　根据气体易压缩、密度差异大、受温度影响大的特点, 得出天然气流量计量的实用公式是:

   误差因素分析及技术要求

　　1 基本误差

　　(1) 由计量装置本身精确度所决定的误差。由于孔板流量计测得的流量是根据差压信号间接求得的。从公式可以看出, 影响计量精确度的主要因素是α、F、ε等值。必须保持 α、F、ε均为恒定值, 才能达到差压和流量之间有恒定的对应关系。但在实际生产中, α、F、ε都与某些因素有关, 特别是流量系数α, 它是一个影响因素复杂, 变化范围大的重要系数, 如果在计量过程中不能保证 α为恒定值, 则计量误差将会较大。