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正确使用孔板流量计来降低天然气长输管线输差
发布日期:2017-8-4 10:42:10
天然气经过净化处理后都采用长距离管线输送,大多数采用孔板流量计来计量,它在安装、使用和维护过程中存在很多的不足,容易产生误差。通过研究,分析其引起天然气长输管线产生输差的原因,并提出了正确使用孔板流量计来降低输差的主要途径,为长输管道控制输差提供了一种思路。
1.输差产生的原因
目前,天然气的输送都采用长距离管线进行输送,并采用孔板流量计计量,供气方和用气方在气量交接中往往存在较大的输差。产生的原因主要有:计量系统误差、管储量计算误差、气体放空、管道、阀门的泄漏损耗,以及气体组份、计量时间等其它因素所造成的误差。下面着重讨论由孔板流量计计量系统误差造成的输差。
2.孔板流量计
孔板流量计的结构组成由节流装置(高级孔板阀)、差压变送器、压力变送器、温度变送器、引压导管和流量积算仪组成。在已知有关参数的条件下,根据流动连续性原理和伯努利方程可以推导出差压与流量之间的关系而求得流量。其基本公式如下:
式中:qvn—天然气标况下的体积流量,m3/s;pn—天然气标况下的密度kg/m3;p1—天然气在流动状态下上游取压孔处的密度kg/m3;Gr—标准状态下天然气的相对密度;Za—干空气在标准状态下的压缩因子;Zn—天然气在标准状态下的压缩因子;Z1—天然气在实测状态下的压缩因子;Ma—干空气的相对分子质量;R—通用气体常数;C—流出系数;β—孔径比,β=d/D;ΔP—孔板前后差压,Pa;ε—流束膨胀系数。
3.孔板流量计对输差的影响
3.1 孔径比β对输差的影响。
根据误差理论,标准孔板配二次仪表组成的流量计量系统的误差由随机误差、已定系统误差和未定系统误差三部分组成。实际上只考虑仪表本身带来的未定系统误差。未定系统误差的大小可以用流量测量的不确定度来计算。根据SY/6143-1996可知,流量测量的不确定度相当于标准偏差的两倍,因此,求出流量测量的不确定度,就可以得到测量系统的标准偏差。利用CFD通用软件PHOENICS对输差现象进行了数值模拟,通过数值模拟,我们可以建立不确定度和孔径比β之间的关系,如图2所示。从图中可以看出,孔径比β值越高,不确定度也就越高,所造成的天然气输差也就越大,因此应避免采用孔径比大的孔板。在实际应用中,应尽量避免超过国家标准0.10≤β≤0.75规定的上限,减小输差。
3.2 孔板变形、钝化和脏污对输差的影响。
孔板变形的事件发生的并不多。发生变形多数原因一方面是由于管道开栓供气时操作工对上下游截止阀开启时开阀速度过快导致节流件两端差压迅速增加,对节流件造成过大的冲击,导致孔板变形;另一方面是由于输气量突然大幅度增加,孔板内径却很小,容易导致孔板变形。标准孔板变形常常表现为迎留面下凹,背流面突出。孔板变形对流量测量示值的影响,现在还没有标准,也无实验数据,但是影响方面是显而易见的,对已经变形而检定不合格的孔板只能报废,不能人为将其表面恢复平整,那样会造成很大的系统误差,现场生产中如果发现流量出现大幅度偏差而非人为调整所致,应考虑是否因为孔板变形造成的。另外,在使用中,由于流体的磨蚀作用,特别是对于高压、或高流速含颗粒的流体,它的入口边缘将更快地变钝,被磨成圆形。这样就会导致在相同的流量下,孔口后流体的收缩程度减弱,差压不断降低,会形成日益增大的负的流量误差。孔板出口处的流束最小截面积在入口被磨蚀后已经增大,如果在此状况下能够标定,自然会发现该孔板的流出系数已经增大,但使用中仍沿用按标准公式计算得出的较小的系数,因此会出现日益增大的负的系统误差。孔板表面的结垢和流通截面积的变化。由于孔板流量计由节流件组成,长期使用时,脏污物将堆积在孔板的上游,造成差压信号不准,直接影响计量精度。脏污和孔板钝化可造成计量偏差2~10%以上。综上所述,孔板变形、钝化和脏污对输差有很大的影响。因此,对孔板流量计的节流孔板的正确使用与不定期的日常维护可有效的减小输差。
3.3 配套二次仪表对输差的影响。
由于使用时间较长,变送器的零点会发生漂移,若是负漂移,变送器输出电流则小于标准4毫安,流量则显示偏低,若是正漂移,变送器输出电流则大于标准4毫安,流量则显示偏高。若量程设置较大,流量则显示偏低,量程设置较小,流量则显示偏高。如果天然气经脱水处理不彻底,会带有少许水汽,长时间使用就会在二次仪表(差压、压力变送器)引压管处积液,如果未及时将其排出就会对二次仪表的计量准确度造成影响。对于外界温度低于零度的北方冬季用户而言,若没有对二次仪表及引压管做保温处理,导致引压管结冰更会导致计量不准确,从而产生输差。因此,正确使用和维护二次仪表可有效减小输差。
在长输管道工程实践中,高级孔板阀长期占据统治地位。客观的讲,在采用孔板流量计进行计量时,需要对孔板流量计的一次装置(孔板节流装置)和二次仪表(差压、压力、温度、积算仪)的选择、设计和安装都应严格遵守国家的相关标准进行,再加上不定期的维护和保养,才能保证计量精度。通过合格的计量系统有效的减小输差,把输差控制到合理的范围之内,控制输气成本,保证企业的切身利益。