差壓孔板流量計
SMT-KB-1差壓式孔板流量計優(yōu)點是適用于較大口徑管道的計量;結構簡單,安裝容易;無可動部件,性能可靠,耐用;應用歷史悠久,標準規(guī)定zui全;按標準制造的孔板不需要標定;價格便宜。缺點:壓損大時不適宜長輸管線計量;量程比??;前后直管段要求長,占地面積大;輸出信號為模擬信號,重復性不高;對整套流量計的精度影響因素多且錯綜復雜,很難提高測量精度。
一、不確定度分析
節(jié)流式差壓流量計不確定度計算式:(1)
式中;Eqm-流量相對不確定度,%;EC,E,ED,Ed,E,Ep-分別為C,,D,d,,p的相對不確定度,%;-直徑比,無量綱。
1.孔板流量計計算方程中描述流體流動狀態(tài)真實性不確定度因素
多年來,我國的天然氣計量一直以體積流量為結算依據(jù),即以一個大氣壓(101.325kPa)下,20℃時的天然氣的量,對應的體積流量。根據(jù)標準,天然氣標準體積流量計算公式為[2](2)
式中:qsc-標準狀態(tài)下天然氣體積流量,m3/s;As-秒計量系數(shù),無量綱,As=3.179410-6;C-流出系數(shù),無量綱;E-漸近速度系數(shù),無量綱;d-孔板開孔直徑,mm;FG-相對密度系數(shù),無量綱;-可膨脹性系數(shù),無量綱;F2-超壓縮因子,無量綱;FT-流動溫度系數(shù),無量綱;p1-孔板上游側取壓孔氣流靜壓,MPa;p-氣流流經(jīng)孔板時產生的差壓,Pa。
流出系數(shù)C為通過節(jié)流裝置的實際流量值與理論流量值之比。它是在上游直管段充分長的實驗條件下,并且孔板節(jié)流裝置在滿足規(guī)定的技術指標下進行校準標定的,才具計量特性。(3)
式中:直徑比,=d/D;D值的單位為mm;當間距符合法蘭取壓方式時,L1=L2=25.4/D;當間距符合角接取壓方式時,L1=L2=0。
根據(jù)規(guī)范,孔板開孔直徑d、測量管內徑JD、直徑比和管徑雷諾數(shù)ReD的極限值應符合表1規(guī)定。
表1孔徑、管內徑、直徑比和雷諾數(shù)極限值表
法蘭取壓角接取壓
D12.5mmD12.5mm
50mD1000mm50mD1000mm
0.200.750.200.75
ReD12602DReD5000(用于0.200.45)ReD10000(用于>0.45)
當氣流流束在孔板前1D處完全充滿管道,且為紊流狀態(tài)時,流出系數(shù)C的百分誤差為:當0.6時,為0.6%;當0.670.75時,為%。
2.被測介質實際物理性質的不確定度因素
2.1多相、非牛頓流體[3]~[5]
標準中要求流經(jīng)流量計的流體必須是單相的牛頓流體。但是在油氣田開采中現(xiàn)場液體含有微粒雜質或氣泡,氣體中有液滴或固體微粒是難以完全避免的,問題的關鍵是這些分散相的含量多少會影響到基本特性?確定這個界限是很重要的,未來界限的試驗研究是流量計研制的一個內容。
美國雪佛龍公司和科羅拉多工程試驗站的試驗研究結果表明:(1)用孔板流量計測量氣體流量,當氣體中夾帶少量體時,流量測量不確定度偏高,測量的濕氣流量隨的增加而減少,在比為0.7時,測得的流量偏差為-1.7%;(2)當少量液體時,在比為0.5時表明孔板性能較好,但是將夾帶在孔板上游脫出,以獲得zui佳的計量性能;(3)用舊的孔板流量計測量濕氣,流量計量值將降低3%。
2.2天然氣相對密度的影響
密度參數(shù)是天然氣測量中極為重要的物性參數(shù),密度測量的不準確度對整個測量系統(tǒng)的不準確度有著很大影響。根據(jù)計量條件估算密度帶來的不確定度:當儀表精度較低運行在下限時,不確定度為0.818%;反之,不確定度則在0.793%,由此可見密度在流量測量中至關重要,所以為了準確進行天然氣計量,選用在線色譜儀進行組分在線分析是十分必要的。
3.測量中重要設備(如孔板開孔直徑及直徑比)的不確定度
規(guī)范規(guī)定,標準孔板是由機械加工獲得的一塊圓形穿孔的薄板。它的節(jié)流孔圓筒形柱面與孔板上游端面垂直,其邊緣是尖銳的,孔板厚與孔板直徑比是比較小的??装逶跍y量管內的部分應該是圓的并與測量管軸線同軸,孔板的兩端面應始終是平整的和平行的
3.1孔板偏心
根據(jù)GB2624-81規(guī)定,孔板應與節(jié)流裝置中的直管段對中。實驗表明,孔板偏心引起的計量誤差一般在2%以內,孔徑比值愈高,偏心率影響愈大,應不用值高的孔板。
3.2孔板彎曲
由于安裝或維修不當。使孔板發(fā)生彎曲或變形,導致流量測量誤差較大。在法蘭取壓的孔板上進行測試,孔板彎曲產生的zui大誤差約為3.5%,見圖1。
3.3孔板邊緣尖銳度
孔板入口邊緣磨損變鈍不銳或受腐蝕發(fā)生缺口,或孔板管道內部的焊縫或計量法蘭墊片,都將使實際流量系數(shù)增大和差壓降低,造成計算氣量偏小。
二、提高計量精度的措施
1.消除氣流中的脈動流
管道中由于氣體的流速和壓力發(fā)生突然變化,造成脈動流,它能引起差壓的波動,而節(jié)流裝置的流量計算公式是以蘭孔板的穩(wěn)定流動為基礎的,當測量點有脈動現(xiàn)象時,穩(wěn)定原理不能成立,從而影響測量精度,產生計量誤差。
脈流流量總不確定度等于按GB/T2624-93計算的測量誤差與脈動附加不確定度的合成。(4)
式中:ET-脈動附加不確定度,無量綱;-軸向時均速度,m/s;-速度脈動分量均方根值,m/s。(公式應用條件0.32)因此,為了保證天然氣計量精度,必須抑制脈動流。常用的措施有:
(1)在滿足計量能力的條件下,應選擇內徑較小的測量管,提高差壓和孔徑比;(2)采用短引壓管線,減少管線中的阻力件,并使上下游管線長度相等,減少系統(tǒng)中產生諧振和壓力脈動振幅增加;(3)從管線中消除游離液體,管線中的積液引起的脈動可采用自動清管系統(tǒng)或低處安裝分液器來處理。
2.計量裝置的設計安裝應符合規(guī)范
由于影響孔板流量計測量精度的根本原因是節(jié)流裝置的幾何形狀和流動動態(tài)是否偏離設計標準。因此在使用過程中必須定期做好系統(tǒng)的校檢、維護工作,對于實際使用中的壓力、溫度、流量等工況參數(shù)的變化,應進行及時修正??刹捎萌a償?shù)牧髁坑嬎銠C的積算方案,以減少計量誤差,確保計量精度。
3.避免人為計量誤差
加強計量管理,提高操作人員技術素質,積極引進吸收國外先進的天然氣計量技術。
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