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目前石油工業(yè)采氣現(xiàn)場(chǎng)天然氣流量計(jì)量用得zui多的是孔板流量計(jì)， 如進(jìn)行單井產(chǎn)量計(jì)量、 氣藏監(jiān)控、 輸氣監(jiān)測(cè)、 貿(mào)易結(jié)算等， 因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡單， 操作較方便， 無活動(dòng)部件， 安裝以后無需經(jīng)常維護(hù)。若設(shè)計(jì)、 制造及使用條件都符合標(biāo)準(zhǔn)要求， 主件無需校正。在天然氣流量的現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量過程中， 在使用機(jī)械儀表進(jìn)行參數(shù)取值計(jì)算的場(chǎng)合， 都會(huì)不可避免地出現(xiàn)測(cè)量誤差。孔板流量計(jì)誤差產(chǎn)生有兩種:一種是基本誤差， 這是流量計(jì)本身所存在的誤差;第二種是附加誤差， 是由于流量計(jì)在使用時(shí)偏離了標(biāo)準(zhǔn)條件產(chǎn)生的。在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械儀表由人為操作的環(huán)節(jié)多， 且天然氣這一物質(zhì)的測(cè)量是一種連續(xù)的、 不可多次回復(fù)的測(cè)量， 若不加以適時(shí)監(jiān)控， 所引起的測(cè)量附加誤差相當(dāng)大，尤其當(dāng)天然氣作為商品進(jìn)行貿(mào)易結(jié)算時(shí)， 為供需雙方帶來不利影響， 所以本文通過分析產(chǎn)生測(cè)量誤差的主要原因， 提出精心管理， 細(xì)致操作以減小計(jì)量誤差的重要性。
1、誤差產(chǎn)生的原因分析
1. 1 計(jì)量現(xiàn)狀
在采輸氣現(xiàn)場(chǎng)采用的孔板差壓式流量計(jì)， 機(jī)械儀表的配置是用孔板作為節(jié)流件產(chǎn)生差壓、 壓力信號(hào)， 由引壓管路系統(tǒng)傳遞此信號(hào)， 用雙波紋管差壓計(jì)記錄壓力信號(hào)，輔助二次儀表求積儀、 計(jì)算器、 溫度計(jì)等工具測(cè)得天然氣流量。由卡片記錄靜、 差壓曲線， 求積儀積算出靜、 差壓格數(shù)， 用輸入程序的計(jì)算器計(jì)算出日產(chǎn)流量(Qnm 3 /d)。
1. 2 誤差的產(chǎn)生
通過現(xiàn)場(chǎng)流量實(shí)際計(jì)量過程發(fā)現(xiàn)， 在上述計(jì)量系統(tǒng)中， 影響天然氣流量計(jì)量的主要部件是節(jié)流裝置、 孔板、引壓管路及雙波紋管差壓計(jì)。通常會(huì)發(fā)生以下幾種典型的產(chǎn)生流量測(cè)量誤差的情況:(1)孔板裝反;(2)孔板變形;(3)計(jì)量管段內(nèi)腐蝕;(4)液體等雜質(zhì)的影響。
1. 2. 1 一次儀表引起的計(jì)量誤差
(1)孔板反向安裝
出現(xiàn)這種情況的原因有二:①操作人員未進(jìn)行崗前培訓(xùn)， 技術(shù)不熟練， 不熟悉工藝流程走向;②由于操作人員在更換孔板、 清洗檢查節(jié)流裝置、 進(jìn)行工藝改造安裝時(shí)， 或在進(jìn)行訓(xùn)練的過程中， 粗心大意， 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督、 檢驗(yàn)不到位等。出現(xiàn)此情況時(shí)， 孔板下游銳角邊經(jīng)緣朝向上游，其結(jié)果將直接影響計(jì)量偏低， 反映在現(xiàn)場(chǎng)是差壓下降一個(gè)臺(tái)階， 而由于現(xiàn)場(chǎng)原因未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正。其引起流量偏低的影響率， 據(jù)國外實(shí)驗(yàn)研究資料數(shù)據(jù)為 － 12%～ －17%， 一般情況下， 雷諾數(shù)不變時(shí)， 高 β 值與低 β 值之間的流量偏差值為 ± 2%， 管徑雷諾數(shù)越低， 其流量偏差越大。
此外， 在更換孔板以后， 其配套產(chǎn)量計(jì)算參數(shù)必須同步更換， 否則會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)大的正負(fù)偏差， 若由小孔徑換大孔徑， 參數(shù)未更換， 則流量計(jì)量將偏高;反之， 流量計(jì)量將偏低， 在日輸氣量大的用戶計(jì)量中， 造成的損失將是很大， 甚至是難以彌補(bǔ)的。
從以上分析， 我們不難看出， 孔板反向安裝、 參數(shù)的錯(cuò)誤是可以通過操作人員認(rèn)真仔細(xì)的操作、 培訓(xùn)來杜絕的， 在天然氣商品貿(mào)易結(jié)算中， 是不允許有此現(xiàn)象發(fā)生的， 所以制定一套科學(xué)的嚴(yán)格的現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量監(jiān)督制度是很有必要且很重要的。
(2)孔板變形
這是由于管線內(nèi)液、 固等雜質(zhì)進(jìn)入或突然開啟閥門在孔板處會(huì)產(chǎn)生沖擊壓力， 這種情況偏離了標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的氣流條件， 即孔板后壓力與孔板前壓力之比必須 ＞0. 75， 如孔板前后壓差足夠高， 則將使孔板朝流動(dòng)方向長時(shí)間彎曲。此外， 在進(jìn)行集輸管線放空解堵時(shí)， 由于水化物的沖擊也會(huì)使孔板變形， 出現(xiàn)坑蝕， 使孔板直角入口邊緣磨損、 變鈍， 使流出系數(shù)改變， 也影響了差壓值， 多數(shù)情況下， 測(cè)量結(jié)果比實(shí)際流量偏低 4. 5%。
以上情況也可以通過定期檢查、 平穩(wěn)操作、 強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督來減小不必要的計(jì)量誤差。
(3)管道內(nèi)表面粗糙
從井口采出的天然氣中含有 H 2 S、 CO 2 等腐蝕性氣體及其它液、 固雜質(zhì)， 在長期生產(chǎn)過程中， 計(jì)量管段內(nèi)壁被腐蝕、 磨損， 其圓度不符合標(biāo)準(zhǔn)要求， 但現(xiàn)場(chǎng)未進(jìn)行校正，若為了進(jìn)行管道內(nèi)壁防腐而加注緩蝕劑等， 會(huì)在管道內(nèi)壁形成一層保護(hù)性油膜， 這同樣增加了管內(nèi)表面粗糙度，使流出系數(shù)改變。資料表明， 當(dāng) β ＞0. 55 時(shí)， 對(duì)流出系數(shù)的影響將很明顯， β =0. 73 時(shí)， 粗糙度對(duì)流出系數(shù)的影響＞1%， 當(dāng) β ＞0. 6 時(shí)， 測(cè)量管內(nèi)表面粗糙的孔板流量計(jì)所測(cè)得的流量要比實(shí)際流量偏低 1%。所以減小 β 值(β ＜0. 6)可以減小管道內(nèi)表面粗糙對(duì)流量計(jì)量的影響。
(4)液體等雜質(zhì)的影響
我們知道， 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn) SY/T 6143 －1996《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法》 中明確規(guī)定了天然氣在管道中的流態(tài)要求:氣流在管道內(nèi)的流動(dòng)必須是亞音速的或僅隨時(shí)間緩慢變化的， 是單相、 穩(wěn)定的牛頓流體， 氣流中所含的液固等雜質(zhì)必須符合其質(zhì)量流量 ＜2%， 不適合測(cè)量脈動(dòng)流和旋轉(zhuǎn)流， 應(yīng)滿足孔板前后壓力之比 ＞0. 75。在實(shí)際生產(chǎn)過程中， 從井口到集輸管線的原料氣只進(jìn)行了粗略的氣液固分離， 往往只能分離出少量凝析液， 當(dāng)?shù)貙映鏊?天然氣中含水量更大， 經(jīng)分離后的天然氣隨著溫度和壓力的變化， 液體又會(huì)發(fā)生冷凝， 流經(jīng)孔板的氣流就不再是標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的單相均質(zhì)的牛頓流體， 這使流出系數(shù)發(fā)生改變。對(duì)這種非標(biāo)準(zhǔn)流態(tài)計(jì)量出的結(jié)果將會(huì)偏低， 據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明， 流量測(cè)量結(jié)果比實(shí)際流量值偏低1. 5%。在采氣井站， 因液體存在使差壓波動(dòng)呈寬帶狀造成取值不準(zhǔn)的現(xiàn)象也十分常見。
另外， 在現(xiàn)場(chǎng)操作中， 因孔板前堆積臟物， 增加了表面粗糙度， 使流態(tài)改變;用孔板夾持器固定孔板的裝置，須在上下游端面安裝密封墊片， 這屬人為控制的操作， 可能因墊片制作時(shí)內(nèi)徑過大或不規(guī)范， 造成突入計(jì)量段內(nèi)，引起兩法蘭端面處的二次節(jié)流， 使實(shí)際記錄的差壓不準(zhǔn)確， 其影響結(jié)果也是計(jì)量偏低， 計(jì)量管段越小， 影響越嚴(yán)重;如果引壓管路過長、 內(nèi)徑過小或有焊溜突入、 焊接處有臺(tái)階、 彎曲半徑偏小、 彎曲不當(dāng)使彎曲處管徑變小、 引壓管路有泄漏等都會(huì)使壓力信號(hào)傳遞失真， 導(dǎo)致取值不準(zhǔn)確。且冬季因?qū)汗軆?nèi)有凝析水和粉塵等易形成水化物， 造成堵塞， 影響計(jì)量準(zhǔn)確， 不便管理等情況都會(huì)增加流量測(cè)量誤差， 且大多數(shù)情況， 這些誤差都是呈負(fù)值。
1. 2. 2 二次儀表引起的計(jì)量誤差
(1)量程選擇。當(dāng)使用低量程的儀表時(shí)， 儀表讀數(shù)偏差會(huì)增加， 而使用滿量程時(shí)， 若參數(shù)值波動(dòng)較大， 則會(huì)使測(cè)量值偏低。
(2)差壓計(jì)零位、 靜壓漂移， 隨環(huán)境改變示值超差。
(3)差壓計(jì)讀數(shù)誤差的影響因素有:
①雙波紋管差壓計(jì)安裝時(shí)其傾斜度超標(biāo)或安裝不牢靠。
②存在靜壓零位誤差。
③波紋管受腐蝕或泄漏。
④四連桿機(jī)構(gòu)摩擦過大。
⑤記錄筆在卡片上壓得過緊， 墨水管緊使筆尖不能正常工作。
⑥差壓計(jì)存在不規(guī)則的校驗(yàn)特性， 且為不可修正， 或可能存在校準(zhǔn)誤差。
⑦記錄曲線為人為手動(dòng)補(bǔ)描。
⑧記錄卡片不規(guī)范， 存在偏心引起誤差。
⑨時(shí)鐘走時(shí)不準(zhǔn)
2 結(jié)束語
通過以上誤差產(chǎn)生原因及其對(duì)流量影響分析， 得出以下結(jié)論:
(1)在偏離標(biāo)準(zhǔn)條件下對(duì)流量計(jì)的操作會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響， 大多表現(xiàn)為使測(cè)量的流量偏低。
(2)本文分析了幾種容易出現(xiàn)的zui典型的對(duì)流量測(cè)量影響較大的幾種情況:
①孔板反向安裝使測(cè)量值偏低 12% ～17%。
②孔板彎曲使測(cè)量結(jié)果偏低達(dá) 4. 5%。
③測(cè)量管段內(nèi)表面粗糙對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響率達(dá) －1%， 但 β ＜0. 6 時(shí)， 可以減小表面粗糙的影響。
④流態(tài)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響， 當(dāng)含流體超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)， 影響率達(dá) －15%， 建議可在井口到計(jì)量段之間安裝分離器。
⑤其它影響因素:孔板前臟物堆積、 墊片突入測(cè)量管、 引壓管堵塞、 泄漏、 差壓計(jì)操作不當(dāng)?shù)龋?使流量測(cè)量偏低;參數(shù)錯(cuò)誤既可使產(chǎn)量偏低， 也會(huì)造成偏高。
(3)本文討論的影響因素都是可以通過精心的管理、 正確的使用、 操作和耐心、 細(xì)致加以杜絕或減小的， 所以制定一套嚴(yán)格的現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量監(jiān)督制度， 及時(shí)加以落實(shí)、 貫徹實(shí)施是很重要的。
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