如何高效率的使用孔板流量計(jì)

在實(shí)際應(yīng)用中，影響流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度的因素很多，下面就幾個(gè)方面進(jìn)行論述。
1 目前孔板流量計(jì)計(jì)量中存在的問(wèn)題
流量計(jì)量?jī)x表品種多，計(jì)算模型五花八門(mén)，如標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)、渦街流量計(jì)、漩渦流量計(jì)、超聲流量計(jì)等，除了標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)外，缺乏必要的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范支持。
孔板流量計(jì)在20世紀(jì)初即使用于天然氣流量測(cè)量，經(jīng)過(guò)一個(gè)世紀(jì)漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程，它已成為全世界最主要的天然氣流量計(jì)，據(jù)估計(jì)，目前在國(guó)外它約占60%，而在國(guó)內(nèi)占90%以上。美國(guó)AGA(美國(guó)氣體協(xié)會(huì))3號(hào)報(bào)告(孔板流量計(jì)計(jì)量天然氣及其它烴類流體)就是針對(duì)天然氣計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)，從1955年發(fā)布起已經(jīng)過(guò)多次修訂(1955年第一版，1969年第一版修訂，1985年第二版，1990-1992年第三版，2000年第四版)，尤其是第三版有實(shí)質(zhì)性的修訂，它是在80年代國(guó)際上對(duì)孔板流量計(jì)進(jìn)行大規(guī)模研究試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，AGANO3總結(jié)了幾十項(xiàng)針對(duì)天然氣計(jì)量的專項(xiàng)研究，其中大部分的實(shí)驗(yàn)介質(zhì)就是天然氣，可以說(shuō)用孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量已經(jīng)進(jìn)行過(guò)非常深入細(xì)致的研究試驗(yàn)，積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)亦很豐富，在量的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，其標(biāo)志就是標(biāo)準(zhǔn)化，即使用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)，可以無(wú)須實(shí)校準(zhǔn)而確定信號(hào)(差壓)與流量的關(guān)系，并估算其測(cè)量誤差，目前在全部流量計(jì)中它亦是唯一達(dá)到此標(biāo)準(zhǔn)的。
孔板流量計(jì)的主要特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)易于復(fù)制，簡(jiǎn)單牢固，性能穩(wěn)定可靠，使用期限長(zhǎng)，價(jià)格低廉等，整套流量計(jì)由節(jié)流裝置，差壓變送器和流量顯示儀(或流量計(jì)算機(jī))組成。它們可以分別由不同廠家生產(chǎn)，易于形成規(guī)模生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益高，各部分組合非常靈活，即使目前推出的一體化孔板流量計(jì)，亦可分開(kāi)生產(chǎn)，再靈活組裝。
但是孔板流量計(jì)一般由三部分組成：節(jié)流裝置、差壓變送器和流量顯示儀。在現(xiàn)場(chǎng)惡劣的工作條件下，節(jié)流裝置與差壓變送器及其連接部分引壓管線是使用維護(hù)的重點(diǎn)?！短烊粴饬髁康臉?biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法》(SY/6143-1996)中指出，天然氣從地層中開(kāi)采出來(lái)，雖經(jīng)分離，除塵和過(guò)濾，因其所含成份十分復(fù)雜，從單井計(jì)算，集氣計(jì)量到配氣計(jì)量，氣體組分各不相同，所以節(jié)流裝置在使用中所受到的腐蝕亦各不同。特別對(duì)孔板直角人口邊緣和測(cè)量管內(nèi)壁的沖刷、腐蝕尤為嚴(yán)重，這將影響孔板直角入口邊緣弧半徑rk 和測(cè)量管內(nèi)壁的相對(duì)粗糙k/d的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，流出系數(shù)C將發(fā)生變化，流量測(cè)量不確定度超出估計(jì)數(shù)。輸出信號(hào)為模擬信號(hào)，重復(fù)性不高，對(duì)整套流量計(jì)的精確度影響因素多且錯(cuò)綜復(fù)雜，因此精確度提高的難度很大。
1.1 被測(cè)流體特性的影響
由于天然氣本身的性質(zhì)，會(huì)隨著外界環(huán)境溫度的變化而發(fā)生復(fù)雜的變化，從而影響流量計(jì)的測(cè)量精度。對(duì)于天然氣的測(cè)量，必須首先確定天然氣的工作溫度和壓力，因?yàn)橥饨鐪囟鹊淖兓?，?huì)使天然氣本身的壓力和溫度也發(fā)生變化，都有可能造成過(guò)大的密度變化和壓縮系數(shù)變化。低密度氣體對(duì)某些測(cè)量方法呈現(xiàn)困難，此時(shí)就要改變所選擇的測(cè)量方法，或者作溫度和(或)壓力修正，以保證測(cè)量準(zhǔn)確準(zhǔn)確度。因此在評(píng)估流量計(jì)的適應(yīng)性時(shí)，要掌握氣體的溫度- 粘度特性。雖然氣體的粘度因溫度和壓力變化的值一般較低，但是對(duì)流量計(jì)量的精確度還是有一定的影響。
在礦場(chǎng)計(jì)量中或測(cè)量含有雜質(zhì)的天然氣時(shí)，雜質(zhì)會(huì)腐蝕儀表接觸件，使接觸表面結(jié)垢或析出結(jié)晶，將減少活動(dòng)部件的間隙，從而改變流量計(jì)使用性能參數(shù)，降低敏感元件的靈敏度或測(cè)量性能，影響計(jì)量精度。
對(duì)于油田濕氣(伴生氣)，其中含有大量的飽和水蒸氣，在溫度降低時(shí)會(huì)有水凝結(jié)；分離不凈的濕氣含有油滴或油污，屬于臟污介質(zhì)；間斷計(jì)量，將有油、水沉積在管線內(nèi)；它們屬于多組分流動(dòng)，計(jì)量時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎對(duì)待.。經(jīng)驗(yàn)表明，單相通用流量?jī)x表用于多組分或多相流體，測(cè)量性能會(huì)改變(或大幅度改變)。單相流動(dòng)的氣體有時(shí)也會(huì)呈現(xiàn)雙相，例如濕氣中水微粒隨著天然氣流動(dòng)，環(huán)境溫度或天然氣壓力偏離原定狀態(tài)，儀表就有可能不適應(yīng)。測(cè)量氣液雙相流時(shí)盡可能采用分離后分相測(cè)量，以保證最小測(cè)量不確定度，然而對(duì)有些場(chǎng)合這種方法不切實(shí)可行或不符合要求。
1.2 儀表性能的影響
孔板流量計(jì)本身引起的誤差原因主要有：孔板入口直角銳利度；管徑尺寸與計(jì)算不符；孔板厚度誤差；節(jié)流件附件產(chǎn)生臺(tái)階、偏心；孔板上游端面平度；環(huán)室尺寸產(chǎn)生臺(tái)階、偏心；取壓位置；焊接、焊縫突出；取壓孔加工不規(guī)范或堵塞；節(jié)流件不同軸度等等。這些因素都有可能影響孔板的重復(fù)性，重復(fù)性是由儀器本身原理與制造質(zhì)量所決定，它在過(guò)程控制應(yīng)用中是重要的指標(biāo)。而精確度除取決于重復(fù)性外，尚與量值標(biāo)定系統(tǒng)有關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用中，儀表優(yōu)良的重復(fù)性被許多因素包括流體粘度、密度等變化所干擾，都會(huì)影響測(cè)量精度。若儀表輸出特性是非線性的，則這種影響更為突出。
流量?jī)x表輸出主要有線性和平方根非線性兩種。大部分流量?jī)x表的非線性誤差不列出單獨(dú)指標(biāo)，而包含在基本誤差內(nèi)。然而對(duì)于寬流量范圍脈沖輸出用作總量積算的儀表，線性度是一個(gè)重要指標(biāo)，使有可能在流量范圍內(nèi)用同一個(gè)儀表常數(shù)，線性度差就要降低儀表精確度。
應(yīng)用于脈動(dòng)流動(dòng)場(chǎng)所應(yīng)注意儀表對(duì)流動(dòng)階躍變化的響應(yīng)。有些使用場(chǎng)所要求儀表輸出跟隨流動(dòng)變化，而另一些為獲得綜合平均只要求有較慢響應(yīng)的輸出。瞬態(tài)響應(yīng)(transient response)常以時(shí)間常數(shù)或響應(yīng)頻率表示，其值前者從幾毫秒到幾秒，后者在數(shù)百赫茲以下，配用顯示儀表可能相當(dāng)大地延長(zhǎng)響應(yīng)時(shí)間。Red medloc 認(rèn)為儀表的流量上升和下降動(dòng)態(tài)響應(yīng)不對(duì)稱會(huì)急劇增加測(cè)量誤差。
1.3 流量計(jì)安裝的影響
管線布置的偏離造成的安裝誤差是普遍性的，其產(chǎn)生的主要原因是現(xiàn)場(chǎng)不能滿足直管段要求的長(zhǎng)度。
天然氣流量計(jì)只有安裝到管道上才能對(duì)天然氣進(jìn)行計(jì)量，在安裝時(shí)首先應(yīng)考慮管道的布置和天然氣的流動(dòng)方向，有些雖然是能雙向工作的儀表，在安裝時(shí)也要考慮正向和反向之間測(cè)量性能是否存在差異。
許多現(xiàn)場(chǎng)不能滿足孔板流量計(jì)直管段要求的長(zhǎng)度，管線布置的偏離造成的安裝誤差是普遍性存在的。
大部分流量計(jì)儀表或多或少會(huì)受進(jìn)口流動(dòng)狀況的影響，因而必須保證良好流動(dòng)狀況。輸送管道上安裝的定排量泵、往復(fù)式壓縮機(jī)、振蕩著的閥或調(diào)節(jié)器等都是常見(jiàn)的脈動(dòng)源，上游管道布置和阻流件會(huì)引起流動(dòng)擾動(dòng)，另外管道直徑上和方向上的急劇改變等不良布置，都會(huì)產(chǎn)生脈動(dòng)。流量計(jì)來(lái)不及跟隨記錄脈動(dòng)流動(dòng)，帶來(lái)測(cè)量誤差。因此應(yīng)考慮在儀表前后管道安裝支撐件。雖然脈動(dòng)緩沖器可清除或減小泵或壓縮機(jī)的影響，然而流量計(jì)還是盡可能避開(kāi)振動(dòng)或振動(dòng)源為好。
流量計(jì)的信號(hào)輸出顯示有流量(體積流量或質(zhì)量流量)、總量、平均流速、點(diǎn)流速幾種，亦可分為模擬量(電流或電壓)和脈沖量。目前大部分儀表系統(tǒng)，在儀表上或其附近結(jié)合著電子設(shè)備。儀表(設(shè)備)的輸出信號(hào)容易受大功率電源影響，大功率電源不僅會(huì)使儀表輸出脈沖波動(dòng)，還會(huì)影響儀表工作性能，如電磁流量計(jì)的磁場(chǎng)被畸變，影響測(cè)量精度。因此電氣連接應(yīng)有抗雜散電平干擾的能力，并且信號(hào)電纜應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離電力電纜和電力源，將電磁干擾和射頻干擾降至最低水平，否則將影響信號(hào)的傳輸。另外流量計(jì)的安裝除了考慮以上的幾點(diǎn)因素，有時(shí)安裝還取決于流體物性。
1.4 環(huán)境條件方面的影響
雖然流量計(jì)安裝能正常使用了，但因所使用環(huán)境條件與預(yù)期的情況發(fā)生了改變，使儀表的一些性能參數(shù)和硬件方面也隨之發(fā)生了改變，從而會(huì)改變流量計(jì)測(cè)量結(jié)果。例如：
環(huán)境溫度或介質(zhì)溫度的急劇變化引起濕度方面的問(wèn)題。高濕度會(huì)加速大氣腐蝕和電解腐蝕并降低電氣絕緣，低濕度則容易感生靜電。
儀表的電子部件和某些儀表流量檢測(cè)部分會(huì)受環(huán)境溫度變化影響。例如，儀表尺寸變化，通過(guò)儀表殼體傳熱改變流體密度和粘度等，影響到顯示儀表電子元件時(shí)，將降低測(cè)量準(zhǔn)確度。
同時(shí)影響孔板流量計(jì)計(jì)量的因素還有氣體雷諾數(shù)范圍不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定、管道粗糙度影響，管道粗糙度增加，管道粗糙度變化不定等等。
2 解決孔板流量計(jì)計(jì)量問(wèn)題的途徑
2.1 加強(qiáng)管理，提高人員素質(zhì)。
孔板流量計(jì)易于偏離標(biāo)準(zhǔn)的原因在于儀表本身的工作原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，儀器自身誤差是制造時(shí)產(chǎn)生的，安裝和使用誤差則是在安裝時(shí)或長(zhǎng)期使用中由于流體介質(zhì)腐蝕、磨損、沾污等造成的。因此，應(yīng)嚴(yán)格按技術(shù)要求安裝流量計(jì)量系統(tǒng)，消除安裝誤差。
在使用過(guò)程中，操作人員應(yīng)做好系統(tǒng)的檢修、維護(hù)、保養(yǎng)工作，延長(zhǎng)其使用壽命，減小計(jì)量誤差。同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)強(qiáng)化宣貫SY/T6143-1996標(biāo)準(zhǔn)力度。天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法))(SY/6143-1996)中提到了減少誤差的方法。如附錄節(jié)流安置在使用中出現(xiàn)部分偏離標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的處理》中規(guī)定在實(shí)際應(yīng)用中采取在流出系數(shù)C中增加二個(gè)修正系數(shù)，即孔板入口尖銳度修正系數(shù)和管壁粗糙修正系數(shù)或者采用可換孔板節(jié)流裝置。因此在天然氣計(jì)量的實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)深入研究，吃透天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法)(SY/T6143-1996)的精髓，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定安裝、使用、處理數(shù)據(jù)，保證天然氣計(jì)量的準(zhǔn)確性。
2.2 測(cè)量?jī)x表的正確選用
測(cè)量?jī)x表應(yīng)首選標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置，當(dāng)流量變化范圍大時(shí)要考慮用寬量程智能差變，其它類型檢測(cè)儀表在相應(yīng)的計(jì)量天然氣的標(biāo)準(zhǔn)出前臺(tái)，應(yīng)慎重選用，二次儀表的計(jì)量模型應(yīng)符合SY/T6143-1996的要求計(jì)算Fz能輸入組份，實(shí)時(shí)計(jì)算C值。
2.3 加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)，借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)
引進(jìn)、消化、吸收近幾年發(fā)展起來(lái)的天然氣計(jì)量新技術(shù)。從國(guó)外情況來(lái)看，在天然氣國(guó)際貿(mào)易中，能量計(jì)量幾乎已全面取代傳統(tǒng)的體積計(jì)量，而我國(guó)的天然氣計(jì)量領(lǐng)域中體積計(jì)量仍占統(tǒng)制地位。為了盡快與國(guó)際接軌，使用單位可以與各科研究院所聯(lián)合攻關(guān)，開(kāi)展天然氣能量計(jì)量的試驗(yàn)工作，并在此基礎(chǔ)上完成標(biāo)準(zhǔn)化。為了加快試驗(yàn)進(jìn)度，建議引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的在線氣相氣色譜系統(tǒng)和流量計(jì)算機(jī)，在消化引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展適合我國(guó)國(guó)情的天然氣能量計(jì)量系統(tǒng).孔板流量計(jì)是將標(biāo)準(zhǔn)孔板與多參數(shù)差壓變送器(或差壓變送器、溫度變送器及壓力變送器)配套組成的高量程比差壓流量裝置，可測(cè)量氣體、蒸汽、液體及天然氣的流量，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、供熱、供水等領(lǐng)域的過(guò)程控制和測(cè)量。