统一计量方法搞好天然气流量计量

1、维普资讯 第 8卷 第 2期天然气与石浊I统一计量方法搞好天然气流量计量游 弱 定一、概述流体的流量计量有它自己的特殊性，流量是由长度、时间、质量、温度等基本量的综合导出量。一般说来基本量的铡虽l精度可以达到很高，然而流量的测量精度报难达到05，其根本原因在于流量测量的综合性，导出性和动态性 。流量测置是动态 测量，态测量比静态测量困难而复杂得多。首先是被测介质处于不停的龌动中，流动特性由许多运动参数所决定，如管道中的流速分布、压力分布、温度分布，旋涡流、湍流和脉动流等J其次被铡介质和检测仪表的特性处于复杂的和不同的相互关鞋的条件下，第三大多数被测介质的物

2、理化学性质及使用条件千变万化，情况复杂。因此流量测量或计量在现场上达到 1 都是相当困难的。鼷l 天然气是由地层中采出来韵碳氢化合物，并含有其他气体组分和水蒸汽的可燃气强 组分千变万化，多少不定，其流量更难铡得十分准确。目前无论在国际或国内，剥霉 然气流量的一次元件大都采用标准孔板节流装置，取压方式采用了法兰、竟接、径垣或管式，以法兰和角接取压法居多。一些工业发达的国家还颁布了天然气流量计量的专用标准，如美国的AOAN03报告，日本的JISs8。I。，我国在 Ig83年颁布 了sYL0d一 83。二次仪表采用了三种方式：第一种配CWD430型双波纹管差压流量记录仪记录节流件上游侧静压和上、下游

3、侧之差压，用求积仪将记录卡上的静压和差压开 方值 求出来，用棒式，乞银温度请铡取节流件上游侧的气流温度值，以人工方法严格按标准规定进行全补偿运算求出实际流量值，一般矿场和集输站场多采用此法第二种是甩压力、差压变送器和热电阻配温度变送器，运用微机编程在线实时全补偿运算，得出瞬时和累积流量值 此法犬都用在输配气集中控制管理的数据传输系统中J第三种方法是用压力、墓意变送器，热电阻配温度变送器，运算器和比例积算器等电动单元组合仪表进行压力温度补偿运算，累积和显示，此法大都l甩于化工装置。本文所谈的计量方法应包括一、二次仪表选型，节流装置设计、加工制造，安装l检验、使用维护，实用公式，系数和参数取值，计

4、算顺序和方法以及定期清洗和谓校等一系列规程规范的遵守。 其中只要有一项不符合标准，便会给流量计量带来附加误差，最缚造成总误差大大超过标准所倍算的误差范围。二、计量方法不统一所造成的误差无法确定目前我国天然气流量计量均遵守。1983年石油工业部颁布的 天然气流量的标准现板计量方法”sYL04-83； ，该标准第失章列出盼测量流量总相对误差估算式疆 在满维普资讯 42天然气与石油199O年足第一至第五章标准规定的条件下才能运用，否则将发生错误。这 个估算式如下：毒 粕 + +4( 鲁 4(1+芋 半 + (詈(詈 (哿 n( )(1)式中：l一流量系数的基本相

5、对误差，三 。：粤 气流流柬膨胀系数的基本相对误差，；，： 计量管内径的基本相对误差， I一孔板开孔直径的基本相对误差， ，孚气体相对密度的基本相对误差， ，-一气体压菲系数的基本相对误差， ，、气流绝对温度测定的基本相对误差， II粤 气流绝对压力测定的基本相对误差，一-hw 差压测定的基本相对误差， 。流量测量总的极限相对误差为：导 -2 (2)以上各参数和系数的取值在标准中备有其明确规定，我们猜算了一些符合标准耍隶的儇题得知：当严格按照sY L04-8 -，加工制造，安装使用的标准孔板节流置，在合理选用一级精度的差压、压力和温度的二次测量仪表时，其流量测量的总相对误差大约为 1 ，总的极

6、限相对误差为 2。如果说气流条件，节流装置设计，加工制造，安装使用等一系列计量管理措施偏离了标准规定和有关的应有要求，将造成无法估计的误差据英国气体委员会研究通讯报告Gc2o4中毒关孔板流量计计量部分的论述指出t(1)安装直管段长度是为了消除由于不同的阻力件对轴向速度剖面图的扰动或引起的涡流。速 度剖面图拉长，会导致流量示值过低计量管壁附近的流速高会导致流体在 冲量增大，流体流经孔板时产生喷射，流速收缩增大而流量示值过高，假若这种速维普资讯 第 i卷 第 2期天然气与石油13度剖面在孔板上游均匀出现，其流量大致偏高 3。流体 流动中出现涡流会产生很大的测量

7、误差，出现强涡流会使流量示值偏低3O，由于涡流本身很稳固，既使直管段长达100D的地方仍有轻微涡流存在，为了消除涡流，直管段长必须职 100D或大于 100D，因此流体的流动务必避免产生涡流的任何可能性，并且在孔板前流体要有一个充分发展的轴向速度面 假若达不到标准要求的直管段长，也就是说从上游阻力件处导致速度剖面的变形和产生的涡流不能消除而获得充分发展的轴向速度面的话，将造成流量谢量的附加误差，并且这个附加误差是无法估算的。r(2)计量营内壁的祖糙度对速度剖面亦有影响，粗糙的计量管内表面会使流体速度剖面变得尖一些，其结果导致流量示值偏低。采用大目值的小计量管较大计量譬的 表面粗缝度对流量示值偏

8、低的影响更为敏感 更为重要时是：由于计量管内表面是会随时间磨蚀的，因此应经常定期地对计量管内表面进行检查和清管。有人曾经发现，在一条36英时 (约914ram) 的计量管里，孔板上游侧填有 2英时 (约51ram)大小碎石块，流量示值偏高达 10 13。同时又在一 些试验室里模拟当计量管底部有积液时所造成的流量测量误差，发现当积液高度低于孔板堰高时会出现流量示值偏低，当积液高度超过孔板堰高时则出现流量示值偏高。(3)孔板几何形状不符合标准要求的程度与产生流量测量误差之间的关系一般说来是不能直接得出的。孔板承受各种不同形式的力，并在不同成分的介质中工作，而且制造厂和加工技术亦不同，据启普的研究报

9、告指出：由此引起的流量测量误差可 高达24。经研究者仔细地观察和检查，发现所有孔板里有五分之一在迎流面上发生永久性变形。从实验资料得出：当使用一块弯曲变形的孔板时，会出现流量示值偏低的情况。较大变形量的孔板会产生非常大的误差，已经记录到流量示值误差达到 6的 资料此外流体在流动过程中的脉动，一般说流量示值偏大，其误差变化也相当大。计 量管雷诺数太低，取压位置偏离，取压 ra， 引压管不符合标准要求等均会导致流量测量的附加误差，这些误差情况复杂，在目前大都是无法确定的。三、CWD-43o型双 波纹管流量计和微机计量仪考虑了各变化因素的全补偿SY L0483标准对利用标准孔板测量天然气流量的装置设

10、计，加工制造，安 装 检验，使用维护，参数捡测讯号引线，实用公式、系数和参数取值、计算顺序和方法等均作了具体规定，从而避免了由于计量方法不统一所造成的各神附加误差。该标准规定采用标准孔板节流装置测量天然气流量的实用公式为 t：，QAanFb di。F。FFzFr Pth= (3)式中 Q 一 标准状态下 (绝对压力为 1o1325kpa，绝对温度为 29315K)气体体积流量，Nm h；维普资讯 4天然气与石油A一 小时系数，常数等于00114454a口 特定流置系数，常数，F，一 雷诺数系数，常数|一粗糙度系数，常数，b-一尖锐度系数，常数|ds 可孔扳

11、开孔直径 (室温20c下捡测值)，m |F一s一Fj一E 一孔板热膨胀系数，常数，流京膨胀系数，常数|超压缩系数，常数|流动温度系数，其值 F =面，Tl=27315+tl， t 为孔板上游 僻Pl一检铡晦气流摄氏温度 ，T 为绝温度K，天然气通过孔板时，在其上游检测的绝对静压力，MP |w一 天然气通过孔板时，在其上、下游检测的差压值，Pa为了用人工方式或微机编程运算方式进行实时运算累积，将式 (3) 变为 tQ =o195964a。F，r b 。F,Fc6Fz lh一 (1)式 (4)中的系数 F 、r F、 、G、Fz均随天 然气流量，介质成分，压力、温度等因素的变化而改变，若要完全补偿

12、这部分的变化只有用人工方法或微机在线编程进行经常性的，随时改变参数变化和实时运算累积才能获得精确的结果。而采用电动单元组合仪表用比例积算器累积显示是无法补偿这些系数因为天然气成分、流量、压力和温度的波 而 生的 化，只能将其多个 化系数 合成一个常数K来 理。所 的 力温度 其能 由于P 、T 波 偏离 而引起的 流量的影响置，即 两的变化置。这点可从压力温度补偿原理看清楚压力温度补偿原理是将APPT转化为厶P ，即：=APP =厶 t,+丽273o15 ! 墨经压力温度补偿的流量公式为：Q 酉 =x音P + O101325(p为表压，t为摄氏度)t+ 27315夸 Ko磊器 -xAP(6)下

13、文举例说明一下全补偿运算与电动单元组合仪表的压力温度补偿运算之间的误差就会 目了然 设 一标准孔板节流装置为角接取压接，计量管内径 D=1003mm，新冷拔无 缝钒维普资讯 第 卷 第 2期天然气与石油5酱，内壁绝对平均粗糙度 K=003ram， 孔板开孔直径d=4370ram，设计，加工，安装和检验均符合SY L04 83标 准，最 大流量 Qo =4000Nm。h,常 用 流量 Q =2500Nm。h,最小流量Q=1250Nm。h。假设接有两套仪表，两种计算方 法。一套为人工或微机编程实时全补偿运算累积，套为电动单元组合仪表的压力温度补偿运算，比例积算

14、器累积显示。它们选用的二次检测、仪表规格均相同，压力计Px=40MPaj温度计T =100J差压计hw =25000P_。设计 (操作)压力为 20MP_，波动 5E设计 (操作) 温度为20，波动 5J天 然气相对密度 o0586， 由于气流成分的改变引起的波动为 2J天然气的临界压力、临界温度、动力粘度、等熵指数均由于气流成分的改变引起的变化量很小且为间接影响天然气流量测量精度，其误差可忽略不计，它们分别为I Pc=48MP“，rc=19783kj 1=00110mP_0，k=13。当采用电动单元组合仪表进行压力温度补偿运算时，通常按常用流量Q一，设计 (操作)压力P，设计 (操作)温度T

15、 计算比例积算器的比率 K 的。因为 K 作为一常数处理则有式中l PI 20MP0J hw =25000Pa J T1=27315+tI， t1：20， 所 以Tl=29315K ，因此：K =4000v 丽而=30628则这套电动单元组台仪表韵压力温度补偿的流量计算公式为：Q=30628 v7 (8)式中l Pl=P1+01Q1325、(MPa)JTI=tl+2731 ( ) 。式 (8) 与式 (6) 是完全相同的。当采用人工或微机编程按照SY L0483标准进行 全补偿运算应按下倒步骤计算I 值 I在常用流量Q ，设计压力 PIm 设计温度TI 时，则有：口。 =06132(B=043

16、57)因为雷诺数 R,D=42625000586o0l101003)=57i0F =10002(p=04357R。D=57x 10)袒糙度系数 r ：(r。一1)(_l)：+lOr =10000(B=04357vx=3343)新加工的孔板，必须满足r O0004d， 则tbx= 1 0000维普资讯 46天然气与石油1990年dio=4s70。=190969F- 10000(tl 20)常用流置时的差压 h一 =(天热 hw气，对() 25o0o雌=9765631Pa扎=1一(口4l+0 356)h虹 (10 PlK) =1一 (o11+o35x0；435

17、7)9765 33(1ox213)lIII天然气对比温度tT=鲁=293,n丽15=1482天热气的压缩系数0=956Fz= i7o955=10233人工或微机编程全补偿运算的综合系数为 K = 0195964 。6132x1二。00Zx1000010000 xl90969x10000x 13063x 099841x 10233= 30633在操作条件完全符合设计条件的特定情况下，电勤单元组合仪表的压力温度补偿武运算的，由比侧积算器累积显示出的流量值与用人工 微机犏程按照 sY Lo483标准运算出的流量值是吻合的，其相对误差仅为：6 =!塑 =!30633= 0016 0假若天然气组分，流劫

18、温度，天然气流量波动到变化范围的高限值，压力波动到变化范围的低限值而引起 K 值有多大的变化呢? 流量测量的相对误 差又有 多大呢?这时 lG =0586+05862 =0598；tl= 2O+5= 25 =4000NM。h；P l= 2 2x 5= 19M Pa。由此而引起的系数变化有R=426x4000x0593(OOl101003)维普资讯 率 8饕 第 2期天然气与石油= 92 10F =10000( =口4357盘，=92xlO)：(ro-；1)c毕1_=10000C j寸435DKt 334)FGi _ l皇啦窖=1一 (04l+035x 0n

19、tl叠 矗 l10x19x1= 099572Pr 1汀9=03958 1507Z-0卿Fz=l 百 ；10206这时的比率应为：K = 0195964 x 06132x 10000x 1 0000x 1O口 x r90969x 10000x 12932x 099572x 10206； 30158相对误差 = +16盘此看出 在这种波动l情况下如暴不果用人工或微视编程按 SY L04-83标 准进行全补偿实时运算而用电动单元仪表仅仅进行压办温度补偿，用固有比率的比例积算器景积显示将产生流量测量有 +16 的误差，也就是说比例积算器累积显示出的流量值 比实际流量值偏高16 。又假设天然气组分，流动

20、温度、流量波动蓟变化范硇的低限值，压力波动到变化范凰胀高限直，且孔扳经过了一段时间使甩，直角八口尖锐度r 有了一定程度的磨蚀而不满足 00004d，经检测rx=06ram，查表得bx=1002。计量管 内壁有了一定程度的腐蚀，其绝对平均粗糙度K=02ram，在此情况下比率K 值又有多大变化?粗对谖差又有多少呢?这时tG = 0586 0586 2= 0574It1= 20 5： 15 IQ。=1250Hm 0htPl 2+2x5 =21MP 。维普资讯 48天然气与石油tego由此 5I起的系数 变化有：RD=4261250O574I(o01101003)

21、= 28 10Ft=10007(8=04357R，=孔 6lo。)=(r一 1)( 1ogR6) + 1r。=1003(B=04357vie=5O2)= (1003 1)(1o$22x 106= 1OOZ5G=7i丽=13199+1hW i=(1250J 25000=2441 41P ae=1一(041+035x O4357)244141(1o21x13)= O99962P产 2i1 =O 4375_ I7Z = 0960丽：1o26o这时的比率应为tK =0195964x 0613210007100251002x 19096910000x 13J99x 099962x 10260= 3122

22、6相对误差 6 =!垫二! ： 193226由此又可看出，在这一种波动情况下如果不采用人工或微机编程按 SY L 0483标准全补偿实时运算累积而采用电动单元组合仪表的压力温度补偿运算，用固有比率的比倒积算器累积显示将产生流量测量示值偏低 19 的误差值，即是说比例积算器累积显示出的流量值比实际流量值小19。四，结束语作为天然气的流置计量，它关系到供需部门的成本核算和经济利益必须重视和全面维普资讯 第 8卷 第 2期天然气与石油4口考虑分析。为 了达到测量的准确和基本一致，应当首先建立一套准确的基本的标准量值装置 (或系统 )作为天然气流量计量的标准，并通过一套有效的流量量值传递方法将标准量值传递给工作仪表，才能保证在用工作仪表在测量时有足够的准确度。