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差壓式孔板流量計計量不準確度分析

時間：2018-05-24 08:28:44 點擊：次

差壓式孔板流(liu)(liu)量計優點是適用(yong)于(yu)較大(da)口徑管道的計量；結(jie)構簡單，安裝容易；無(wu)可(ke)動部(bu)件，性能(neng)可(ke)靠，耐用(yong)；應(ying)用(yong)歷史悠久(jiu)，標(biao)準規(gui)定最全(quan)；按標(biao)準制(zhi)造的孔板不需要標(biao)定；價格(ge)便(bian)宜(yi)。缺點：壓損大(da)時不適宜(yi)長(chang)輸管線計量；量程比(bi)小(xiao)；前后直管段要求長(chang)，占(zhan)地面積(ji)大(da)；輸出(chu)信(xin)(xin)號為(wei)模擬(ni)信(xin)(xin)號，重復性不高(gao)；對整套流(liu)(liu)量計的精度影響(xiang)因素(su)多且(qie)錯綜(zong)復雜，很難提(ti)高(gao)測量精度。

一、不確定(ding)度分析

節流(liu)式(shi)差壓流(liu)量計不確(que)定度(du)計算式(shi)

（1）式(shi)中；Eqm-流量相(xiang)對不確(que)定度(du)，% ；EC，Eε，ED，Ed，Eρ，EΔp-分別為C，ε，D，d，ρ，Δp的(de)相(xiang)對不確(que)定度(du)，%；β-直徑(jing)比，無量綱。

1.流量計算方程中描述流體流動狀態真實性不確定度因素(su)

多年來，我國的(de)(de)(de)天(tian)(tian)然(ran)氣(qi)計(ji)量(liang)一(yi)(yi)直以體積流(liu)量(liang)為結算(suan)依據(ju)，即以一(yi)(yi)個大氣(qi)壓（101.325kPa）下，20℃時的(de)(de)(de)天(tian)(tian)然(ran)氣(qi)的(de)(de)(de)量(liang)，對應的(de)(de)(de)體積流(liu)量(liang)。根據(ju)S1Y/T6143-1996[1]，天(tian)(tian)然(ran)氣(qi)標(biao)準體積流(liu)量(liang)計(ji)算(suan)公式為[2]

（2）式(shi)中：qsc-標(biao)準狀態下天然(ran)氣(qi)體積流量(liang)(liang)(liang)，m3/s；As-秒計量(liang)(liang)(liang)系(xi)(xi)數(shu)，無量(liang)(liang)(liang)綱(gang)，As=3.1794×10-6；C-流出系(xi)(xi)數(shu)，無量(liang)(liang)(liang)綱(gang)；E-漸近(jin)速度系(xi)(xi)數(shu)，無量(liang)(liang)(liang)綱(gang)；d-孔(kong)板(ban)開(kai)孔(kong)直徑，mm；FG-相對密度系(xi)(xi)數(shu)，無量(liang)(liang)(liang)綱(gang)；ε-可膨脹(zhang)性系(xi)(xi)數(shu)，無量(liang)(liang)(liang)綱(gang)；F2-超壓縮(suo)因子(zi)，無量(liang)(liang)(liang)綱(gang)；FT-流動(dong)溫度系(xi)(xi)數(shu)，無量(liang)(liang)(liang)綱(gang)；p1-孔(kong)板(ban)上(shang)游側取壓孔(kong)氣(qi)流絕對靜壓，MPa；Δp-氣(qi)流流經孔(kong)板(ban)時產生的(de)差壓，Pa。

流(liu)出系數(shu)C為通過節流(liu)裝置的實際流(liu)量(liang)(liang)值與理論流(liu)量(liang)(liang)值之(zhi)比。它是在(zai)上游直管段充分長的實驗條件下，并且孔板節流(liu)裝置在(zai)滿足規定的技(ji)術(shu)指標下進行校準標定的，才具計量(liang)(liang)特(te)性。（3）

式中：直徑比，β=d/D；D值的(de)單(dan)位(wei)為(wei)mm；當(dang)間距符合(he)法蘭取(qu)壓方式時， L1=L2=25.4/D；當(dang)間距符合(he)角(jiao)接(jie)取(qu)壓方式時，L1=L2=0。

根據(ju)SY/T6143-1996，孔板開(kai)孔直徑d、測量管(guan)內徑JD、直徑比β和管(guan)徑雷諾(nuo)數ReD的極限(xian)值應(ying)符合規(gui)定(ding)。

當氣流(liu)(liu)流(liu)(liu)束在孔板前(qian)1D處完全充滿管道，且為(wei)紊流(liu)(liu)狀(zhuang)態時，流(liu)(liu)出系(xi)數C的百分誤差為(wei)：當β≤0.6時，為(wei)±0.6%；當0.67πβ≤0.75時，為(wei)±β%。

2.被測介質實際物理性質的(de)不確定度因素(su)

2.1 多相(xiang)、非牛頓(dun)流體(ti)[3]~[5]

標準中要(yao)求流(liu)(liu)經流(liu)(liu)量(liang)計的(de)(de)(de)流(liu)(liu)體(ti)必(bi)須(xu)是(shi)(shi)單相(xiang)的(de)(de)(de)牛頓流(liu)(liu)體(ti)。但是(shi)(shi)在油氣(qi)田開采中現場液(ye)體(ti)含有(you)微粒雜質或氣(qi)泡(pao)，氣(qi)體(ti)中有(you)液(ye)滴(di)或固體(ti)微粒是(shi)(shi)難以完全避免的(de)(de)(de)，問題的(de)(de)(de)關鍵(jian)是(shi)(shi)這些分散相(xiang)的(de)(de)(de)含量(liang)多(duo)少會影響(xiang)到基本特性?確定這個(ge)界限是(shi)(shi)很重要(yao)的(de)(de)(de)，未來界限的(de)(de)(de)試驗研(yan)究是(shi)(shi)流(liu)(liu)量(liang)計研(yan)制的(de)(de)(de)一個(ge)內(nei)容(rong)。

美國雪佛龍公司和科羅拉多工程試(shi)驗站的試(shi)驗研(yan)究結果表明：（1）用孔板流(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)測(ce)量(liang)(liang)氣體(ti)流(liu)(liu)量(liang)(liang)，當氣體(ti)中夾帶少量(liang)(liang)體(ti)時(shi)，流(liu)(liu)量(liang)(liang)測(ce)量(liang)(liang)不確定度(du)偏(pian)高，測(ce)量(liang)(liang)的濕氣流(liu)(liu)量(liang)(liang)隨β的增(zeng)加而(er)減少，在β比為0.7時(shi)，測(ce)得的流(liu)(liu)量(liang)(liang)偏(pian)差(cha)為-1.7% ；

  （2）當(dang)少量(liang)液(ye)體時(shi)，在β比為0.5時(shi)表明(ming)孔(kong)板性能較好，但是將(jiang)夾(jia)帶在孔(kong)板上游(you)脫出，以(yi)獲得(de)最佳的計(ji)量(liang)性能；

（3）用舊的孔板(ban)流(liu)量計測量濕氣，流(liu)量計量值將(jiang)降(jiang)低3%。

2.2 天然氣(qi)相對(dui)密度的影響

密(mi)度(du)(du)參(can)數(shu)是(shi)天然(ran)氣(qi)(qi)測量(liang)(liang)中極為重要(yao)(yao)的(de)物性參(can)數(shu)，密(mi)度(du)(du)測量(liang)(liang)的(de)不(bu)(bu)準(zhun)確(que)度(du)(du)對整(zheng)個測量(liang)(liang)系統的(de)不(bu)(bu)準(zhun)確(que)度(du)(du)有(you)著很(hen)大影(ying)響(xiang)。根據計(ji)量(liang)(liang)條件估(gu)算密(mi)度(du)(du)帶來的(de)不(bu)(bu)確(que)定(ding)度(du)(du)：當儀表精度(du)(du)較低運行在(zai)下限(xian)時，不(bu)(bu)確(que)定(ding)度(du)(du)為±0.818%；反之，不(bu)(bu)確(que)定(ding)度(du)(du)則在(zai)±0.793%，由此可見密(mi)度(du)(du)在(zai)流量(liang)(liang)測量(liang)(liang)中至關重要(yao)(yao)，所以(yi)為了準(zhun)確(que)進行天然(ran)氣(qi)(qi)計(ji)量(liang)(liang)，選用在(zai)線(xian)色譜(pu)儀進行組分(fen)在(zai)線(xian)分(fen)析是(shi)十(shi)分(fen)必要(yao)(yao)的(de)。

3.測量中重要(yao)設備（如孔(kong)板開孔(kong)直徑(jing)及直徑(jing)比）的(de)不確定度

SY/T6143-1996規定，標(biao)準孔(kong)(kong)(kong)板(ban)是由機(ji)械加工獲得的(de)(de)一塊圓形穿孔(kong)(kong)(kong)的(de)(de)薄板(ban)。它的(de)(de)節(jie)流孔(kong)(kong)(kong)圓筒形柱面(mian)與(yu)孔(kong)(kong)(kong)板(ban)上游(you)端面(mian)垂直，其(qi)邊(bian)緣是尖銳(rui)的(de)(de)，孔(kong)(kong)(kong)板(ban)厚與(yu)孔(kong)(kong)(kong)板(ban)直徑(jing)比(bi)是比(bi)較小的(de)(de)。孔(kong)(kong)(kong)板(ban)在測量(liang)管內的(de)(de)部分應該是圓的(de)(de)并與(yu)測量(liang)管軸線同軸，孔(kong)(kong)(kong)板(ban)的(de)(de)兩(liang)端面(mian)應始終是平整的(de)(de)和(he)平行的(de)(de)

3.1 孔板偏心

根據GB2624-81規定，孔板應與節流裝置中的直管段對中。實驗表明，孔板偏心引起的計量誤差一般在2%以內，孔徑比β值愈高，偏心率影響愈大，應不用值高的孔板。  

3.2 孔板彎(wan)曲

  由(you)于安(an)裝或維修不當。使孔板(ban)發(fa)生彎曲或變形，導致流量測量誤差(cha)較大。在法蘭取(qu)壓的孔板(ban)上(shang)進行測試，孔板(ban)彎曲產生的最大誤差(cha)約為3.5%，見圖1。

3.3 孔板邊緣尖(jian)銳度

孔板入口邊緣磨損變鈍不銳或(huo)受腐蝕發(fa)生(sheng)缺口，或(huo)孔板管道內(nei)部的焊縫或(huo)計量法蘭墊片，都將(jiang)使實際流(liu)量系(xi)數增(zeng)大和(he)差(cha)壓降低(di)，造成(cheng)計算氣量偏小。

二、提高計量精度的(de)措施

1.消除氣流(liu)中的脈動流(liu)

管(guan)道中由于氣(qi)體的流(liu)速(su)和壓(ya)力發生(sheng)突然變化，造成脈動(dong)流(liu)，它能引起差壓(ya)的波動(dong)，而節(jie)流(liu)裝置(zhi)的流(liu)量計算公式是以(yi)蘭孔板的穩定(ding)(ding)流(liu)動(dong)為基礎的，當測(ce)量點有脈動(dong)現(xian)象時，穩定(ding)(ding)原理(li)不(bu)能成立，從而影響測(ce)量精(jing)度(du)，產生(sheng)計量誤差。

脈流流量總不確定(ding)(ding)度(du)等(deng)于按(an)GB/T2624-93計算的測量誤差與脈動(dong)附加不確定(ding)(ding)度(du)的合成。

（4）式中(zhong)：ET-脈動(dong)附加不確定度，無量綱(gang)；-軸向時均(jun)速(su)度，m/s；-速(su)度脈動(dong)分(fen)量均(jun)方根值，m/s。（公式應用條件≤0.32）因此，為了(le)保證天然(ran)氣計(ji)量精度，必須抑制脈動(dong)流(liu)。常用的(de)措施有(you)：

（1）在滿足計量能力的條件下，應選擇內徑較小的測量管，提高差壓和孔徑比；

（2）采用短引壓管線，減少管線中的阻力件，并使上下游管線長度相等，減少系統中產生諧振和壓力脈動振幅增加；

（3）從管線中消除游離液體，管線中的積液引起的脈動可采用自動清管系統或低處安裝分液器來處理。

2.計(ji)量裝置(zhi)的設計(ji)安裝應(ying)符臺(tai)SY/T 6143-1996

由于影響(xiang)孔(kong)板流(liu)量(liang)計(ji)(ji)測量(liang)精(jing)度(du)(du)的(de)(de)根(gen)本原因是(shi)節流(liu)裝置的(de)(de)幾何形狀和流(liu)動(dong)動(dong)態(tai)是(shi)否(fou)偏離設計(ji)(ji)標(biao)準。因此(ci)在使用(yong)過程中必(bi)須定期做好系(xi)統的(de)(de)校檢、維護工作，對(dui)于實際使用(yong)中的(de)(de)壓力、溫度(du)(du)、流(liu)量(liang)等工況(kuang)參數的(de)(de)變化，應進行及時修(xiu)正。可采用(yong)全補償的(de)(de)流(liu)量(liang)計(ji)(ji)算機(ji)的(de)(de)積(ji)算方案，以減(jian)少(shao)計(ji)(ji)量(liang)誤(wu)差(cha)，確保計(ji)(ji)量(liang)精(jing)度(du)(du)。

3.避免(mian)人為計(ji)量誤(wu)差(cha)

加(jia)強計量管理，提高操作人員(yuan)技術素質，積極引進吸收國(guo)外先(xian)進的天然氣(qi)計量技術。

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