首頁>技術中心>技術資訊>差壓式流量計實際應用中存在的問題及對策
差壓式流量計實際應用中存在的問題及對策
發布時間：2017-09-01
1差壓式流量計使用現狀
勝利油田年產天然氣約8億m3，其中4億m3用于外銷，天然氣成為油田重要的經濟資源。在油田生產和經營管理中天然氣流量計量是一項日常進行的重要的技術基礎工作。天然氣的準確計量不但能公平的貿易結算，而且能改進生產工藝，提高產品質量，降低產品生產成本，確保安全生產，提高經濟效益和社會效益。油田目前在天然氣的計量中主要使用差壓式流量計。在差壓式流量計中，因標準孔板節流裝置結構簡單、制造成本低，并且已標準化而得到最廣泛的應用。目前油田范圍內差壓式流量計的節流裝置普遍采用標準孔板，因此本文所討論的差壓式流量計僅限于孔板流量計。
2差壓式流量計應用中存在的問題及原因
差壓式流量計借助國際上長期的試驗研究及實踐經驗總結，早在20世紀30年代開始實行儀表干校，從而獲得了廣泛應用。我國制定的天然氣行業標準《天然氣流量的標準孔板計量方法》SY/T6143一1996，規定標準孔板的結構形式、技術要求、節流裝置的取壓方式、使用方法以及流量計算及其不確定度方面的資料，為天然氣流量計量提供了標準依據。
差壓式流量計是以伯努利方程和流體連續性方程為依據，根據節流原理，當流體流經節流件時(如標準孔板、標準噴嘴、長徑噴嘴、經典文丘利嘴、文丘利噴嘴等)，在其前后產生壓差，此差壓值與該流量的平方成正比。孔板流量計理論流量計算公式為:
對于天然氣而言，在標準狀態下天然氣體積流量的實用計算公式為:
差壓式流量計一般由節流裝置(節流件、測量管、直管段、流動調整器、取壓管路)和差壓計組成，對工況變化、準確度要求高的場合則需配置壓力計(傳感器或變送器)、溫度計(傳感器或變送器)流量計算機，組分不穩定時還需要配置在線密度計(或色譜儀)等。由于現場的工作環境較為惡劣，節流裝置與差壓變送器及其連接部分引壓管線受到浸蝕和破壞。天然氣從地層中開采出來，雖經分離，除塵和過濾，因其所含成分十分復雜，從單井計算，集氣計量到配氣計量，氣體組分各不相同，所以節流裝置在使用中所受到的腐蝕也各不相同。特別是對孔板直角人口邊緣和測量管內壁的沖刷、腐蝕尤為嚴重，這將影響孔板直角人口邊緣弧半徑rK和測量管內壁的相對粗糙度K/D的規定標準，流出因數。將發生變化，流量測量不確定度超出估計數。流出因數。偏離標準值的影響因素主要有以下三項。
2.1儀器本身產生的誤差
儀器本身產生的誤差包括10項。
①環室尺寸產生臺階、偏心;②節流件附件產生臺階、偏心;③孔板厚度誤差;④管徑尺寸與計算不符;⑤孔板上游端面平度;⑥孔板人口直角銳利度;⑦取壓位置;⑧焊接、焊縫突出;⑨取壓孔加工不規范或堵塞;⑩節流件不同軸度。
2.2安裝誤差
管線布置的偏離。管線布置的偏離造成的安裝誤差是普遍性的，其產生的主要原因是現場不能滿足直管段要求的長度。
2.3節流組件和管璧發生變化
造成的原因有以下6項。
①孔板人口直角邊緣變鈍，破損;②上游測量管沉積臟物;③上游端面沉積臟物;④孔板彎曲(變形);⑤雷諾數范圍不符合標準規定;⑥管道粗糙度增加，管道粗糙度變化不定。
以上這些因素對流出因數產生影響，也就直接影響到了差壓式流量計的準確計量。
經過長期實踐檢驗，差壓式流量計在使用中還存在以下缺點:①測量的重復性、精確度在流量計中屬于中等水平，由于眾多因素的影響錯綜復雜，精確度難以提高;②范圍度窄，由于儀表信號(差壓)與流量為平方關系，一般范圍度僅3:1一4:1;③現場安裝條件要求較高，如需較長的直管段(指孔板，噴嘴)，一般難以滿足;④檢測件與差壓顯示儀表之間引壓管線為薄弱環節，易產生泄漏、堵塞、凍結及信號失真等故障;⑤壓損大(指孔板，噴嘴)。
綜上所述，差壓式流量計其輸出的信號只與工況流量呈正比例(線性刻度)關系，其與被測介質標態流量之間的刻度只能依據其某一特定工況(如設計工況)來確定，如果現場的實際工況(如介質的溫度、壓力、成分及流量范圍等)已經發生了變化，這時仍按原刻度關系讀取標態流量，顯然就會產生不同程度的附加誤差，使流量讀數(原刻度)失去意義。要想準確地測量氣體流量，則就要求使用現場實際工況與設計工況一致并保持穩定。然而實際工況經常發生變化，也正因為變化才需要快速、可靠地知道變化后實際工況條件下的準確流量，否則，測量的意義也就不復存在。在現場實際應用中，工況穩定是相對的，變化是絕對的。因此，差壓式流量計除了需要配置作為關鍵部分的流量傳感器之外，對工況變化有規律、準確度要求不高，無需遠傳或自動控制的場合，采取配置壓力計、溫度計、計算器由人工錄取參數查表格的方法計算流量這種補償方式不僅不連續、不快捷，而且繁瑣、誤差大。在絕大多數情況下，現場實際工況變化往往是突發和未知的，不僅頻繁出現且波動范圍大，此時仍依靠人工錄取參數查表格方法快速而又準確地計算流量已不現實，必須采取自動補償措施。
3解決途徑
通過分析可以看出，差壓式流量計在現場工況變化頻繁的情況下，造成差壓式流量計超差，流出因數C偏離標準值，無法快速而又準確計算流量，量值的準確傳遞得不到保證。然而在當前差壓式流量計如此普遍使用的前提下，要想全部改用其它種類的流量計，又是不可能實現的。但在現有的條件下，應如何確保差壓式流量計的準確性及貿易的公平結算呢?筆者依據多年的計量管理工作經驗，認為應從以下三個方面予以解決。
3.1加強計f管理提高人員素質
差壓式流量計易于偏離標準的原因在于儀表本身的工作原理與結構特點.儀器自身誤差是制造時產生的，安裝和使用誤差則是在安裝時或長期使用中由于流體介質腐蝕、磨損、沽污等造成的。因此，應嚴格按技術要求安裝流量計量系統，消除安裝誤差。在使用過程中，操作人員應做好差壓式流量計的維護、保養工作，延長其使用壽命。差壓式流量計檢測件節流裝置安裝于現場嚴酷的工作場所，在長期運行后，無論管道或節流裝置都會發生一些變化，如堵塞、結垢、磨損、腐蝕等等。檢測件是依靠結構形狀及尺寸保持信號的準確度，因此任何幾何形狀及尺寸的變化都會帶來附加誤差。但問題是，測量誤差的變化并不能從信號中覺察到，因此定期檢查檢測件是必要的。可以根據測量介質的情況確定檢查的周期，周期的長短沒有統一規定，使用單位應該根據自己的具體情況確定，有的可能要摸索一段使用時間才能掌握，周期一旦確定就應嚴格按周期檢測:因此計量檢定人員要嚴格執行《差壓式流量計檢定規程》( JJG640一1994)，對流量計實施周期檢定，減小計量誤差。《天然氣流量的標準孔板計量方法》(SY/T6143一1996)中也提到了減少誤差的方法如附錄《節流裝置在使用中出現部分偏離標準規定的處理》中規定在實際應用中采取在流出因數c中增加2個修正系數，即孔板入口尖銳度修正系數bK和粗糙度系數 γRe，或采用可換孔板節流裝置。另外標準規定的工作條件是所謂參考工作條件，這些條件在實驗室里可以滿足，但是在現場要完全滿足比較困難，可以說，偏離標準規定要求是難免的，這時重要的是要估計偏離的程度，如果能進行適當的補償(修正)是最好的，否則要加大估計的測量誤差。因此在差壓式流量計計量的實際應用中應深人研究，吃透《天然氣流量的標準孔板計量方法》( SY/T6143 -1996)及《差壓式流量計檢定規程》( JJG640一1994)的精髓，嚴格按標準規定安裝、使用、處理數據，保證差壓式流量計計量的準確性。
3.2計量器具的正確選用
計量器具應首選標準節流裝置，當流量變化范圍大時要考慮用寬量程智能差變。其它類型檢測儀表在相應的計量天然氣的標準出臺前要慎重選用。二次儀表的計量模型應符合SY/T6143一1996的要求計算FL能輸入組份，實時計算c值。
3.3加強技術培訓借鑒國外經驗
在實際應用中應強化宣貫《天然氣流量的標準孔板計量方法》( SY/T6143一1996)標準力度，對計量檢定人員要加強《差壓式流量計檢定規程》( JJG640-1994)的學習，在油田范圍內開展培訓學習活動，聘請油田或國內氣體計量方面的專家講課，以加深對標準的理解，并提高檢定和操作人員的技術水平。引進、消化、吸收近幾年發展起來的天然氣計量新技術。從國外情況來看，在天然氣國際貿易中能量計量幾乎已全面取代傳統的體積計量，而我國的天然氣計量領域中體積計量仍占主要地位。為了盡快與國際接軌，使用單位可以與各科研究院所聯合攻關，開展天然氣能量計量的試驗工作，并在此基礎上制定標準，加以推廣應用。為了加快試驗進度，建議引進國外先進的在線氣相色譜系統和流量計算機，在消化引進技術的基礎上，發展適合油田實際生產的天然氣能量計量系統。
4結束語
以上是筆者在多年的計量管理工作和日常學習中總結出的一些經驗和看法，由于篇幅和水平有限，文中有些方面有敘述不周詳，甚至有些觀點可能有錯誤和欠妥的地方，還請專家予以斧正。同時感謝組織一單位提供這樣一個和大家共同探討和交流的機會，在提高自身計量管理水平的同時，能和大家共同提高油田的計量檢定和管理水平.
摘自：中國計量測控網
