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差压式流量计实际应用中存在的问题及对策
发布时间：2017-09-01
1差压式流量计使用现状
胜利油田年产天然气约8亿m3，其中4亿m3用于外销，天然气成为油田重要的经济资源。在油田生产和经营管理中天然气流量计量是一项日常进行的重要的技术基础工作。天然气的准确计量不但能公平的贸易结算，而且能改进生产工艺，提高产品质量，降低产品生产成本，确保安全生产，提高经济效益和社会效益。油田目前在天然气的计量中主要使用差压式流量计。在差压式流量计中，因标准孔板节流装置结构简单、制造成本低，并且已标准化而得到最广泛的应用。目前油田范围内差压式流量计的节流装置普遍采用标准孔板，因此本文所讨论的差压式流量计仅限于孔板流量计。
2差压式流量计应用中存在的问题及原因
差压式流量计借助国际上长期的试验研究及实践经验总结，早在20世纪30年代开始实行仪表干校，从而获得了广泛应用。我国制定的天然气行业标准《天然气流量的标准孔板计量方法》SY/T6143一1996，规定标准孔板的结构形式、技术要求、节流装置的取压方式、使用方法以及流量计算及其不确定度方面的资料，为天然气流量计量提供了标准依据。
差压式流量计是以伯努利方程和流体连续性方程为依据，根据节流原理，当流体流经节流件时(如标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、经典文丘利嘴、文丘利喷嘴等)，在其前后产生压差，此差压值与该流量的平方成正比。孔板流量计理论流量计算公式为:
对于天然气而言，在标准状态下天然气体积流量的实用计算公式为:
差压式流量计一般由节流装置(节流件、测量管、直管段、流动调整器、取压管路)和差压计组成，对工况变化、准确度要求高的场合则需配置压力计(传感器或变送器)、温度计(传感器或变送器)流量计算机，组分不稳定时还需要配置在线密度计(或色谱仪)等。由于现场的工作环境较为恶劣，节流装置与差压变送器及其连接部分引压管线受到浸蚀和破坏。天然气从地层中开采出来，虽经分离，除尘和过滤，因其所含成分十分复杂，从单井计算，集气计量到配气计量，气体组分各不相同，所以节流装置在使用中所受到的腐蚀也各不相同。特别是对孔板直角人口边缘和测量管内壁的冲刷、腐蚀尤为严重，这将影响孔板直角人口边缘弧半径rK和测量管内壁的相对粗糙度K/D的规定标准，流出因数。将发生变化，流量测量不确定度超出估计数。流出因数。偏离标准值的影响因素主要有以下三项。
2.1仪器本身产生的误差
仪器本身产生的误差包括10项。
①环室尺寸产生台阶、偏心;②节流件附件产生台阶、偏心;③孔板厚度误差;④管径尺寸与计算不符;⑤孔板上游端面平度;⑥孔板人口直角锐利度;⑦取压位置;⑧焊接、焊缝突出;⑨取压孔加工不规范或堵塞;⑩节流件不同轴度。
2.2安装误差
管线布置的偏离。管线布置的偏离造成的安装误差是普遍性的，其产生的主要原因是现场不能满足直管段要求的长度。
2.3节流组件和管璧发生变化
造成的原因有以下6项。
①孔板人口直角边缘变钝，破损;②上游测量管沉积脏物;③上游端面沉积脏物;④孔板弯曲(变形);⑤雷诺数范围不符合标准规定;⑥管道粗糙度增加，管道粗糙度变化不定。
以上这些因素对流出因数产生影响，也就直接影响到了差压式流量计的准确计量。
经过长期实践检验，差压式流量计在使用中还存在以下缺点:①测量的重复性、精确度在流量计中属于中等水平，由于众多因素的影响错综复杂，精确度难以提高;②范围度窄，由于仪表信号(差压)与流量为平方关系，一般范围度仅3:1一4:1;③现场安装条件要求较高，如需较长的直管段(指孔板，喷嘴)，一般难以满足;④检测件与差压显示仪表之间引压管线为薄弱环节，易产生泄漏、堵塞、冻结及信号失真等故障;⑤压损大(指孔板，喷嘴)。
综上所述，差压式流量计其输出的信号只与工况流量呈正比例(线性刻度)关系，其与被测介质标态流量之间的刻度只能依据其某一特定工况(如设计工况)来确定，如果现场的实际工况(如介质的温度、压力、成分及流量范围等)已经发生了变化，这时仍按原刻度关系读取标态流量，显然就会产生不同程度的附加误差，使流量读数(原刻度)失去意义。要想准确地测量气体流量，则就要求使用现场实际工况与设计工况一致并保持稳定。然而实际工况经常发生变化，也正因为变化才需要快速、可靠地知道变化后实际工况条件下的准确流量，否则，测量的意义也就不复存在。在现场实际应用中，工况稳定是相对的，变化是绝对的。因此，差压式流量计除了需要配置作为关键部分的流量传感器之外，对工况变化有规律、准确度要求不高，无需远传或自动控制的场合，采取配置压力计、温度计、计算器由人工录取参数查表格的方法计算流量这种补偿方式不仅不连续、不快捷，而且繁琐、误差大。在绝大多数情况下，现场实际工况变化往往是突发和未知的，不仅频繁出现且波动范围大，此时仍依靠人工录取参数查表格方法快速而又准确地计算流量已不现实，必须采取自动补偿措施。
3解决途径
通过分析可以看出，差压式流量计在现场工况变化频繁的情况下，造成差压式流量计超差，流出因数C偏离标准值，无法快速而又准确计算流量，量值的准确传递得不到保证。然而在当前差压式流量计如此普遍使用的前提下，要想全部改用其它种类的流量计，又是不可能实现的。但在现有的条件下，应如何确保差压式流量计的准确性及贸易的公平结算呢?笔者依据多年的计量管理工作经验，认为应从以下三个方面予以解决。
3.1加强计f管理提高人员素质
差压式流量计易于偏离标准的原因在于仪表本身的工作原理与结构特点.仪器自身误差是制造时产生的，安装和使用误差则是在安装时或长期使用中由于流体介质腐蚀、磨损、沽污等造成的。因此，应严格按技术要求安装流量计量系统，消除安装误差。在使用过程中，操作人员应做好差压式流量计的维护、保养工作，延长其使用寿命。差压式流量计检测件节流装置安装于现场严酷的工作场所，在长期运行后，无论管道或节流装置都会发生一些变化，如堵塞、结垢、磨损、腐蚀等等。检测件是依靠结构形状及尺寸保持信号的准确度，因此任何几何形状及尺寸的变化都会带来附加误差。但问题是，测量误差的变化并不能从信号中觉察到，因此定期检查检测件是必要的。可以根据测量介质的情况确定检查的周期，周期的长短没有统一规定，使用单位应该根据自己的具体情况确定，有的可能要摸索一段使用时间才能掌握，周期一旦确定就应严格按周期检测:因此计量检定人员要严格执行《差压式流量计检定规程》( JJG640一1994)，对流量计实施周期检定，减小计量误差。《天然气流量的标准孔板计量方法》(SY/T6143一1996)中也提到了减少误差的方法如附录《节流装置在使用中出现部分偏离标准规定的处理》中规定在实际应用中采取在流出因数c中增加2个修正系数，即孔板入口尖锐度修正系数bK和粗糙度系数 γRe，或采用可换孔板节流装置。另外标准规定的工作条件是所谓参考工作条件，这些条件在实验室里可以满足，但是在现场要完全满足比较困难，可以说，偏离标准规定要求是难免的，这时重要的是要估计偏离的程度，如果能进行适当的补偿(修正)是最好的，否则要加大估计的测量误差。因此在差压式流量计计量的实际应用中应深人研究，吃透《天然气流量的标准孔板计量方法》( SY/T6143 -1996)及《差压式流量计检定规程》( JJG640一1994)的精髓，严格按标准规定安装、使用、处理数据，保证差压式流量计计量的准确性。
3.2计量器具的正确选用
计量器具应首选标准节流装置，当流量变化范围大时要考虑用宽量程智能差变。其它类型检测仪表在相应的计量天然气的标准出台前要慎重选用。二次仪表的计量模型应符合SY/T6143一1996的要求计算FL能输入组份，实时计算c值。
3.3加强技术培训借鉴国外经验
在实际应用中应强化宣贯《天然气流量的标准孔板计量方法》( SY/T6143一1996)标准力度，对计量检定人员要加强《差压式流量计检定规程》( JJG640-1994)的学习，在油田范围内开展培训学习活动，聘请油田或国内气体计量方面的专家讲课，以加深对标准的理解，并提高检定和操作人员的技术水平。引进、消化、吸收近几年发展起来的天然气计量新技术。从国外情况来看，在天然气国际贸易中能量计量几乎已全面取代传统的体积计量，而我国的天然气计量领域中体积计量仍占主要地位。为了尽快与国际接轨，使用单位可以与各科研究院所联合攻关，开展天然气能量计量的试验工作，并在此基础上制定标准，加以推广应用。为了加快试验进度，建议引进国外先进的在线气相色谱系统和流量计算机，在消化引进技术的基础上，发展适合油田实际生产的天然气能量计量系统。
4结束语
以上是笔者在多年的计量管理工作和日常学习中总结出的一些经验和看法，由于篇幅和水平有限，文中有些方面有叙述不周详，甚至有些观点可能有错误和欠妥的地方，还请专家予以斧正。同时感谢组织一单位提供这样一个和大家共同探讨和交流的机会，在提高自身计量管理水平的同时，能和大家共同提高油田的计量检定和管理水平.
摘自：中国计量测控网
