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天然气流量计测量产生误差的主要因素分析

早在20世纪30年代开始在市场投入使用，随之在生产领域获得了大规模广泛应用，截至目前，孔板流量计生产制造与使用技术已经成熟，借助上长期的试验研究及实践经验总结，
我国制定了天然气行业标准中《天然气流量的标准孔板计量方法》(SY/6143-1996)，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。
 
我国是天然气资源丰富的大国，天然气远景储量达3.8*1013m3(38万亿m3),目前已探明储量就有1.6*1012m3(1.6万亿m3)，天然气不仅是一种、 清洁燃料，也是一种的化工原料，天然气流量计量已经成为天然气工业发展的重要制约因素，是天然气供需双方贸易结算的依据,又是生产部门用气效率的技术指标，是目前我国天然气使用中迫切需要解决的一个重要问题，
 
孔板流量计由3部分组成：节流装置 、差压变送器和流量显示仪。孔板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、沾污等造成的.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,操作人员应做好系统的检修、维护、保养工作,延长其使用寿命,减小计量误差。
1.1计量仪表自身引起的测量误差

采用天然气流量计测量，对孔板加工技术要求很高，一定要符合相关标准中的规定，否则，会给流量测量结果带来很大的误差。孔板的偏心和弯曲是孔板的制造安装和使用中影响计量仪表精度的主要因素。

1.1孔板流量计生产阶段及安装因素造成的影响
1.1.1孔板安装不当引入的误差
尽管安装规范一般都能够掌握，但有些细节往往没有引起重视，导致较大的计量误差。如密封垫片内孔未按环室尺寸加工，垫片伸出环室，干扰流体稳定流动；导压管走向不合理，差压无法顺利传导；平衡器不水平，直接产生计量误差等。
1.1.2孔板偏心和孔径比大小引起的误差
根据标准的要求，孔板应与节流装置中的直管段对中。一般说来，孔径比β值越高，偏心率对测量准确度影响越大。另外根据体积流量不确定度公式：

从公式（1）可以计算得出孔径比β与流量不确定度的关系：流量不确定度基本随着β增减而增减，当β<0.6时，不确定度的变化很小，基本为一条直线；随着β的增大，不确定度迅速增大，当β=0.75时，不确定度达到Z大。因此应避免采用孔径比大的孔板。
1.1.3孔板弯曲引起的测量误差
节流装置中伸入管内的垫片、焊缝等也会引起测量误差，误差大小与突出物位置、孔板与突出物的距离等有关。有关实验表明，当β=0.7，突出物位于孔板上游管径2倍时，产生误差Z大；若突出物位于孔板上游处，误差为16%～50%。若位于下游，则对计量精度的影响相对较小。

1.2使用条件变化引起的测量误差
这种误差主要是由脉动流现象和超量程、流程频繁波动等问题引起的。管道中气体流速和压力发生突然变化，造成脉动流，引起差压波动，当孔板流量计节流装置上出现明显的脉动流时，计量可能产生较大误差，有关文献指出脉动流引起的误差Z大可达20%～30%。当前，输气干线脉动主要来源：一是，天然气气井为气水同产，这些井的计量差压均发生波动；二是，长输管道或气田管道积液造成差压波动；三是，气井之间的压力干扰造成差压波动；四是，由于小用户用气不均衡，气量瞬间发生急剧变化，供气阀突开或突关都会导致差压波动。

超量程问题大多数是由于季节不同，用量发生变化引起的，特别是蒸气计量，冬天时流量大，夏天时流量小，有可能超过所选仪表的量程，从而引起误差。同时，城市用气而无调峰设施的计量装置，当流量随时间频繁波动时，将会直接影响对天然气计量的准确度。

1.3测量介质条件引起的误差
1.3.1天然气中的杂质
天然气从地层中采出来，虽然经过分离、除尘或过滤，但由于处理不*或集气管网和输气干线内腐蚀物的影响，使得天然气中混有少量的液体或固体杂质，这些杂质易聚集在孔板截面收缩、流速突变的孔口锐边上，而天然气流量计对孔板锐边、截面及流线的变化非常的敏感。此外，天然气中的杂质还会对孔板产生冲刷和腐蚀，特别是对孔板直角入口边缘和测量管内壁的冲刷腐蚀特别严重，这将影响到孔板直角入口边缘圆弧半径和测量管内壁相对粗糙的规定标准，孔板流出系数也将发生变化，使测量准确度达不到要求。
1.3.2天然气的含水量
天然气的含水量也对天然气计量准确度有着很大的影响。美国雪佛龙公司和科罗拉多工程实验站用注水后的天然气流量计进行计量得到了：
1）天然气流量计测量气体流量，当气体中央带少量液体时，流量测量不确定度偏高，测量的湿气流量随β的增加而减少，在β比为0.7时，测得的流量偏差为-1.7%。
2）夹带少量液体时，在β比为0.5时表明孔板性能较好，但是应将夹带液体在孔板上游脱出，以获得的计量性能。
3）旧的天然气流量计测量湿气，流量计量值将降低3%。

1.4计量系数引起的误差
1.4.1流出系数C对计量精度的影响
流出系数C是在上游直管段充分长的试验条件下，并且孔板节流装置在满足规定的技术指标下进行校准标定才有效。当R较小时，流出系数会变大，当R较大时，流出系数会变小。流出系数C随流量的增大而减小，实际流量越小于刻度流量，流出系数C引起的流量误差则越大。天然气流量计的流出系数C不是一个定值，它随R的变化而变化，但是当R增大到某一数值时，变化量减小。对于法兰取压，R应该在106以上，对于角接取压，R应在2×105以上。
1.4.2可膨胀系数ε对流量计量的影响
可膨胀系数ε是因气体流经孔板时密度产生变化而引入的修正系数，这是流量误差的一个重要来源。当天然气流量低于设计流量时，实际的ε低于设计的ε，导致测量结果偏小；反之，测量结果偏大。当实际流量与设计流量一致，而静压P1低于设计压力，实际的ε小于设计的ε，使流量测量偏大，反之偏小。
1.4.3天然气压缩因子对流量计量的影响
流量计量结果是以工作状态下的流量形式给出，由于各地工况不同，需将流量转化为统一标准下的气体流量。在压力不高、温度不低的情况下，可以按照理想气体方程进行体积流量换算。然而，实际气体和理想气体总有一定差别，尤其是在管道压力较大或是温度变化较大的情况下，气体并不遵循理想气体状态方程。天然气压缩系数的求解有卡茨曲线图求解法、卡茨表求解法、查《天然气压缩系数速查手册》法。比较而言，《速查手册》能迅速、方便地计算出压缩系数，但误差更大。
卡茨表Z，但由于卡茨表的压缩系数太少，当表内没有对应数值，还需用内插法算出，使用较麻烦。

1.5其他原因引起的误差
其他误差因素有：管道泄露、人为破坏、管理不严、不合理的积算和取值方法、计量工况偏离标准规定条件等。积算方法本身不合理，对温度、压力、气体组成的变化没有自动补偿以及突发事件等毫无疑问也是引起天然气计量误差的原因。特别是管道泄露引起的误差相当大。例如节流装置前后的差压一般都很小（有的仅为kPa-60kPa），管道压力往往是它的几十倍，如发生导压管泄漏或堵塞，不仅给计量带来误差，而且会损坏差压变送器。