孔板流量计的计量误差分析

天然气行业标准《用标准孔板流量计测量天然气流量》（GB/T 21446）规定了标准孔板的技术参数要求、内部结构形式、孔板的取压方式、流量计使用方法以及计算、不确定度的资料，为天然气标准孔板流量计计量提供了标准依据。但在实际应用中，由于现场使用条件变化引起的误差和计量仪表本身误差，经常使孔板流量计的精度不能达到要求。本文结合孔板流量计在配气站交接计量中的应用情况从基本误差和附加误差两方面对孔板流量计的计量误差进行分析，并探讨解决方法。1、基本误差 基本误差是由计量装置本身精确度所决定的误差，是不可避免的，一般在 1% ～ 2% 范围内。为了规范孔板计量，《天然气计量系统技术要求》（GB/T 18603）对计量系统进行了说明和要求，同时对计量系统仪器仪表精度等级进行了要求。 基地配气队孔板计量系统选用的差压变送器、压力变送器、温度变送器的准确度分别为：0.25%、0.25%、0.5%，符合《天然气计量系统技术要求》（GB/T 18603）中 B 级系统配套仪表准确度的要求。2、附加误差 结合现场使用情况，对产生计量附加误差的原因进行以下分析。2.1 实际运行流量值偏离设计流量值引起的误差 这是配气站最常见也是贸易双方最关心的问题，用气量具有季节、日和小时的不均衡性，用气高峰和用气低峰变化范围较大，且很难准确的掌握用户的用气量，与设计流量值偏差很大。 如果用于计算孔板孔径的最大流量与现场实际的最大流量偏离较大，就会造成计算出来的孔板孔径较大偏差。存在大孔板测小流量的问题，由于 ΔP 偏小，计量精度大大降低。2.2 节流装置产生的误差1）孔板装反引起测量误差。在孔板阀米6体育装孔板时，应保证孔板的安装方向正确，天然气从孔板的上端面流向下端面。表3为庐配供总配气量与总配外供气量的对比，正常情况下庐配供总配气量应大于总配外供气量，如表2中4.4日至4.6日数据。4.6日庐配至总配线孔板装反，导致4.7日庐配供总配气量小于总配外供气量，引起较大误差。2）孔板孔径尺寸测量不准确引起测量误差。在实际使用中由于条件限制，不能及时送到检定部门进行检定，而是用游标卡尺在现场测量。一方面存在目测误差，另一方面由于没有在标准状况下进行计量标定，当现场环境及测量介质温度较高时，测量孔板的孔径值将偏高，造成计量值比实际值偏高。如果孔板厚度不符合标准、上下游直管段长度不够、计量装置安装不当都能引起测量误差。3）气体的冲刷和腐蚀引起测量误差。天然气从地层采出来，虽经分离、过滤，因其所含成分十分复杂，且成分经常变化，从单井采气计量、集气计量到配气计量，气质组成都各不相同，因而流量计在使用过程中宜受测量介质天然气的冲刷和腐蚀，对孔板和直管段的冲刷腐蚀尤为严重。这将影响到孔板直角入口边缘圆弧半径和直管段内表面粗糙度，使得流出系数发生变化，测量的不确定度超出预期值[2]。2.3 差压变送器引起的误差 在现场环境条件下，孔板流量计装置与差压变送器之间连接的导压管线容易发生腐蚀、堵塞、冰冻等，是孔板流量计薄弱环节和使用维护的重点。1）差压变送器零点容易漂移，造成静压、差压值失真，造成计算气量比实际气量偏差较大。2）差压变送器的阀组和导压管易生锈泄漏、堵塞。高压侧和低压侧的连接件漏气或堵塞，都会引起较大的计量偏差。 2015 年 4 月份东营压气站检修期间，天然气内含有固体悬浮颗粒和油污引起庐配至总配线的下游导压管堵塞，导致庐配至总配线计量数据偏大。2.4 天然气组分变化引起的误差 天然气从单井到集气站和配气站，气质组分各不相同，因此流量值也不同。一方面，由于气体组分的变化引起天然气相对密度的变化，天然气流量值与相对密度倒数的平方根成正比例变化。另一方面，天然气组分的变化影响压缩因子 Z 的计算，造成压缩因子的附加误差，而压缩因子直接影响工况流量转化为统一标准下的气体流量。由此可见天然气组分变化对计量的影响很大。 2015 年 5 月份对庐配交接处的天然气组分重新进行了取样分析，取样分析前后各组分含量发生变化。由相对密度计算公式可知取样分析前后的相对密度分别为 0.6495、0.6425，即取样分析前后天然气相对密度变化了 1%。