影響丙烷氣流量計測量的因素及如何提高計量精度的研究
點擊次數(shù)：1914 發(fā)布時間：2020-11-06 08:35:44
伴隨國內(nèi)能源工業(yè)的迅猛發(fā)展，天然氣這一潔凈高效的能源所占能源結(jié)構(gòu)的比重越來越大，因此在實際生產(chǎn)中對對精度高的天然流量計測量儀表的需求也應(yīng)運而生。綜觀國內(nèi)目前的天然氣測量中，尤其是大部分的大型天然氣企業(yè)，采用的都是在采用丙烷氣流量計，究其原因，是其具有的結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉且測量精度較高的諸多優(yōu)點。根相關(guān)統(tǒng)計部門的數(shù)據(jù)，國同有95%的石油天然氣企業(yè)都將丙烷氣流量計用于貿(mào)易結(jié)算。
丙烷氣流量計是什么樣的一類儀表，其工作原理和方式又是什么？丙烷氣流量計是由節(jié)流裝置、差壓計、壓力計和溫度計構(gòu)成，主要是由它根據(jù)能量守恒定律和流動連續(xù)性方程這些原理來設(shè)計制造的，方法是通過節(jié)流裝置產(chǎn)生壓力差，然后再進過一些儀器測量壓力差和壓力、溫度，*后在使用 流量積算儀或者計算機控制系統(tǒng)*后得到數(shù)據(jù)。本文通過較為詳細的介紹，對丙烷氣流量計的原理及使用中涉及的各個方面加以論述。
1 丙烷氣流量計工作原理及特點
丙烷氣流量計以能量守恒定律和流動連續(xù)性方程為設(shè)計原理，其計算方法是根據(jù)裝在管路中的同心孔板兩邊的壓力差來計算的，其 結(jié)構(gòu)是由溫度計、壓力計、節(jié)流裝置等構(gòu)成。由于其造價便宜，結(jié)構(gòu)簡單，具有較高的測量精度，并且適用于精度要求不高的工程測量以及貿(mào)易。我國使用孔板流量 計已經(jīng)有很長的一段時間了，并擁有非常成熟的丙烷氣流量計設(shè)計，生產(chǎn)，加工經(jīng)驗，其生產(chǎn)的丙烷氣流量計也可以測量一些未知范圍的天然氣流量。現(xiàn)目前，我國主流 的天然氣測量儀器還是丙烷氣流量計。
2 天然氣流量計算方法
2.1 天然氣體積流量計算基本公式
式中 Qn———標準狀態(tài)下天然氣體積流量，m3/s；
C———流出系數(shù)；
β———直徑比；
ε———可膨脹系數(shù)；
d———孔板開孔直徑，mm；
Δp———節(jié)流件前后的壓差，Pa；
ρ1———天然氣在上游工況條件下的密度，kg/m3；
ρn———天然氣在標準狀態(tài)下的密度，kg/m3。
2.2 天然氣體積流量計算實用公式
式中，As———秒計量系數(shù)，視采用計量單位而定，此式As=3.1794×10-6；
E———漸進速度系數(shù)；
FG———相對密度系數(shù)；
Fz———超壓縮因子；
Fr———流動溫度系數(shù)；
P1———孔板上游取壓孔絕對靜壓，MPa。
3 丙烷氣流量計計量誤差分析
3.1 流出系數(shù)C對計量精度的影響
丙烷氣流量計的校準于流出系數(shù)有關(guān)，它需要在上游直管段達到足夠的長度，同時其的節(jié)流裝置需要到達必要的技術(shù)要求。而流動 系數(shù)又與雷諾數(shù)有關(guān)且隨其變化。c值增大時，雷諾數(shù)會變小，反之則c值減小時，雷諾數(shù)會增大。流動系數(shù)C也會隨著流量變化而變化，其變化是隨流量的變大而 減小，當實際的流量比刻度流量小時，則由其帶來的流量誤差會增大。同時C值是個變量，其根據(jù)雷諾數(shù)改變而改變，當雷諾數(shù)到一定值時，其變化量將會變小。關(guān) 于法蘭取壓，雷諾數(shù)要超過106，而關(guān)于交接取壓其值要超過210.
3.2 被測介質(zhì)實際物理性質(zhì)的不確定度因素
（1）天然氣相對密度對流量計量的影響。
天然氣流量值會隨著1/Gr變化而變化，其兩者之間關(guān)系是正比例關(guān)系，這一點可以從上面公式（2）中可得知中可以看出。 假如把Gr看作一個單獨的量，那么當Gr的不確定度為正負百分之零點五，這是天然氣標準體積流量的不確定因素為正負百分之零點二五，因此顯而易見流量計量 會受到天然氣實際的相對密度的影響。而導(dǎo)致Gr不確定度出現(xiàn)的原因是由于沒有測量和分析以及確定出真實天然氣的相關(guān)物理參數(shù)。例如，實際空氣的組分偏離標 準組分的偏離程度，各有關(guān)組分分子量測量的不確定度。目前Gr有兩種辦法確認，*一是用浮力氣體天平、動量比重計等儀器檢測其實際相對密度；*二種是采用 氣分析儀器，先得知天然氣的全部組成部分，再根據(jù)其算出Cr值。現(xiàn)在我們**通常使用后一種方法。但是因為存在著壓力溫度差，所以Gr是一個變量。這時需 要使用在線色譜，觀察其變化狀況，從而進一步增加計量的精度。
（2）天然氣壓縮因子對流量計量的影響。
流量計量的結(jié)果通常表現(xiàn)為在實際運行中的流量流出，但是因為各個工程的實際情況不同，那么這時候就一般認為標準氣體流 量。當我們遇到外部因素的影響時（氣壓不高、溫度高），也可以用理想氣體方程等到體積流量。然而現(xiàn)實和理想是有差異的，同樣的現(xiàn)實氣體也同樣與理想氣體有 差異，特別是在由于管道壓力大和其溫差大時，理想氣體狀態(tài)方程不在適用在這里。可以計算出天然氣壓縮系數(shù)辦法的有三種，*一是用卡茨曲線圖求解法，其優(yōu)點 在于求解方法快速，使用方便，但其缺點就是誤差較大。*二是采用卡茨表求解法，但其缺點在于算法繁瑣，當沒有有關(guān)壓縮系數(shù)時還要用到內(nèi)插法，但其優(yōu)點在于 算出的數(shù)值*準確。*三種是查閱《天然氣壓縮系數(shù)速查手冊》。
（3）可膨脹系數(shù)ε對流量計量的影響。
我們需要在氣體經(jīng)過孔板的時候?qū)γ芏鹊挠绊懙淖兓尤胍粋€修正系數(shù)ε。這個引進的系數(shù)使我們在實際工作中產(chǎn)生誤差一個主 要的原因。如果工作中天然氣的流量沒有達到預(yù)期的程度的時候，真正的修正系數(shù)的ε會比規(guī)劃中的ε要小很多。*后讓工作中得出的結(jié)果數(shù)據(jù)要比預(yù)期的數(shù)據(jù)小很 多。假設(shè)真正修正系數(shù)比工作中的修正系數(shù)要大，*后得到的結(jié)果也要比真正地結(jié)果要大很多。
（4）脈動流對流量計量的影響。
造成脈動流的根本原因是因為儀器管道中氣體流過的速度還有氣體的壓力產(chǎn)生改變，這個改變能夠引導(dǎo)出壓力差的改變，讓我們 儀器記錄下來的線條是不是一根線。而是一段寬帶。然而讓這個脈動流產(chǎn)生的原因有些只有一個，而另一些卻是有很多個原因結(jié)合到一起的。比如我們長距離管道中 殘余液體的積累，壓縮天然氣的儀器的使用，天然氣井田中壓力的變化擾動，天然氣使用單位不能很平均的使用天然氣。能夠有穩(wěn)定的流量流動才是截留裝置計算流 量*基本的因素，當我們需要測量的單位產(chǎn)生波動的時候，我們就不能很好的對其進行測量，這樣就會使測量的誤差增大。因此我們?yōu)榱俗屛覀?終的測量結(jié)果誤差 小，就有必要對脈動流進行削弱。
3.3 儀器的設(shè)計、安裝管理誤差分析
（1）儀器的設(shè)計誤差
儀器差生誤差的原因是因為儀器本身設(shè)計的不足或者是因為在儀器使用的時候產(chǎn)生了一些不可預(yù)測的改變。這種誤差主要是以下 幾個方面體現(xiàn)出來：*一是因為儀器孔板的上面構(gòu)成角度的尖銳程度還沒有達到預(yù)期的標準，儀器管孔的參數(shù)沒有按照計算制造，儀器控板的高不能達到工作標準， 或者是工作本身就沒有按照規(guī)定的流程進行，致使工作中出現(xiàn)許多不可逆的失誤，*終導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。
（2）安裝管理誤差
那么這個誤差會*后發(fā)展成一個不能有一個準確判定的持續(xù)差生誤差的源頭。產(chǎn)生這種誤差有很強的普通性。比如在施工的時 候，符合要求的施工材料不夠，施工的材料參數(shù)不能滿足施工所需要的參數(shù)，這些參數(shù)具體體現(xiàn)在材料的長度，材料的制造工藝，材料孔板的形變，還有材料中冗余 物質(zhì)對材料本身參數(shù)造成的映像，材料雷諾參數(shù)的不能滿足制造所需的要求，材料焊接的位置發(fā)生偏差。而管理上面的錯誤主要在于：工作儀器不是我們所需要的儀 器、孔板的直徑不能通過相應(yīng)的流量，引壓管、平衡閥、差壓計各連接部位發(fā)生的錯誤，人員自身操作產(chǎn)生的錯誤。
3.4 流量積算方法不當對計量的影響
現(xiàn)階段我們使用的一般的孔板節(jié)流裝置和與它解構(gòu)不一樣的二次測量工具使用不一樣的數(shù)據(jù)計算方法。我們需要使用符合規(guī)則的 孔板流量工具來計算天然氣的流量，它的數(shù)據(jù)和天然氣的各個方面都有密不可分的聯(lián)系。假設(shè)我們使用的流量測量體系并沒有符合相應(yīng)的配置工具，它就會在工作時 不能夠進行準確的計算，使儀器的誤差增大。
4 丙烷氣流量計運行中準確計量的影響因素
現(xiàn)階段我們的儀器維護板的流量統(tǒng)計表經(jīng)過長期的使用經(jīng)常出現(xiàn)一下一些問題：
（1）我們使用的*基本的孔板測量儀器，有一個能夠測量的范圍有限、測量的準確性不高、測量本體的環(huán)境因素影響較多時我們需要使用不同的孔板原件。
（2）在一些特殊的時間里，我們的天然氣中含有許多的雜質(zhì)，使天然氣的純度得不到提高。這會讓計量儀器管道被堵塞，造成一些其實可以避免的誤差。
（3）因為現(xiàn)階段的天然氣與天然氣液體不能很好的分開，會讓導(dǎo)出壓力的管道中和壓力計算記因為正壓與負面壓力而產(chǎn)生多余的水分與油，這會讓差壓計因為有多余的液體而計算不準確。
（4）孔板在每隔一段時間都需要檢查一次，還需要經(jīng)過洗凈與測量常規(guī)參數(shù)，但是天然氣計的工作條件不好，不能每隔一段時間就進行檢查與維修。
（5）當介質(zhì)的壓力和溫度都發(fā)生不同的變化的時候，天然氣的體積也會跟隨這變化，這會讓天然氣計出現(xiàn)誤差。
5 提高丙烷氣流量計計量精度的措施
我們從計量天然氣產(chǎn)生誤差的原因入手，研究出幾種在進行天然氣計量不同時間段的不同辦法來降低誤差。
5.1 丙烷氣流量計的設(shè)計安裝上應(yīng)嚴格符合技術(shù)標準
我們現(xiàn)階段的孔板節(jié)流裝置應(yīng)該要和規(guī)定（SY/T6143-1996）所有的指標都要吻合，尤其實在進行安裝的時候，必須要與響應(yīng)的參數(shù)來匹配相應(yīng)的材料，大多數(shù)情況下都需要*少前30D。
5.2 消除脈動流
（1）使用風吹，掃除的，清理管道或者在低的地方使用分液器來讓管道中多余的液體減少。
（2）我們需要我計量能力能夠做到的情況下，使測量管道的內(nèi)徑見效，從而讓差壓和孔徑比得到提高。
（3）在實際工作中，我們要盡可能使用短引壓管線，這樣的目的是為了讓引壓管線中的阻力，而且還能讓上游和下游的管線的長一樣。這樣就能在實際工作中降低工作系統(tǒng)里的諧振和壓力脈動振幅。
（4）我們需要將測量點的前面增加一個調(diào)整壓力的閥門，使壓力能夠平穩(wěn)的被輸出，在測量管前面增加一個緩沖罐用來使氣體得到儲存和釋放也能起到見效誤差的作用。
（5）控制計量管段下流閥。
丙烷氣流量計是什么樣的一類儀表，其工作原理和方式又是什么？丙烷氣流量計是由節(jié)流裝置、差壓計、壓力計和溫度計構(gòu)成，主要是由它根據(jù)能量守恒定律和流動連續(xù)性方程這些原理來設(shè)計制造的，方法是通過節(jié)流裝置產(chǎn)生壓力差，然后再進過一些儀器測量壓力差和壓力、溫度，*后在使用 流量積算儀或者計算機控制系統(tǒng)*后得到數(shù)據(jù)。本文通過較為詳細的介紹，對丙烷氣流量計的原理及使用中涉及的各個方面加以論述。
1 丙烷氣流量計工作原理及特點
丙烷氣流量計以能量守恒定律和流動連續(xù)性方程為設(shè)計原理，其計算方法是根據(jù)裝在管路中的同心孔板兩邊的壓力差來計算的，其 結(jié)構(gòu)是由溫度計、壓力計、節(jié)流裝置等構(gòu)成。由于其造價便宜，結(jié)構(gòu)簡單，具有較高的測量精度，并且適用于精度要求不高的工程測量以及貿(mào)易。我國使用孔板流量 計已經(jīng)有很長的一段時間了，并擁有非常成熟的丙烷氣流量計設(shè)計，生產(chǎn)，加工經(jīng)驗，其生產(chǎn)的丙烷氣流量計也可以測量一些未知范圍的天然氣流量。現(xiàn)目前，我國主流 的天然氣測量儀器還是丙烷氣流量計。
2 天然氣流量計算方法
2.1 天然氣體積流量計算基本公式
式中 Qn———標準狀態(tài)下天然氣體積流量，m3/s；
C———流出系數(shù)；
β———直徑比；
ε———可膨脹系數(shù)；
d———孔板開孔直徑，mm；
Δp———節(jié)流件前后的壓差，Pa；
ρ1———天然氣在上游工況條件下的密度，kg/m3；
ρn———天然氣在標準狀態(tài)下的密度，kg/m3。
2.2 天然氣體積流量計算實用公式
式中，As———秒計量系數(shù)，視采用計量單位而定，此式As=3.1794×10-6；
E———漸進速度系數(shù)；
FG———相對密度系數(shù)；
Fz———超壓縮因子；
Fr———流動溫度系數(shù)；
P1———孔板上游取壓孔絕對靜壓，MPa。
3 丙烷氣流量計計量誤差分析
3.1 流出系數(shù)C對計量精度的影響
丙烷氣流量計的校準于流出系數(shù)有關(guān)，它需要在上游直管段達到足夠的長度，同時其的節(jié)流裝置需要到達必要的技術(shù)要求。而流動 系數(shù)又與雷諾數(shù)有關(guān)且隨其變化。c值增大時，雷諾數(shù)會變小，反之則c值減小時，雷諾數(shù)會增大。流動系數(shù)C也會隨著流量變化而變化，其變化是隨流量的變大而 減小，當實際的流量比刻度流量小時，則由其帶來的流量誤差會增大。同時C值是個變量，其根據(jù)雷諾數(shù)改變而改變，當雷諾數(shù)到一定值時，其變化量將會變小。關(guān) 于法蘭取壓，雷諾數(shù)要超過106，而關(guān)于交接取壓其值要超過210.
3.2 被測介質(zhì)實際物理性質(zhì)的不確定度因素
（1）天然氣相對密度對流量計量的影響。
天然氣流量值會隨著1/Gr變化而變化，其兩者之間關(guān)系是正比例關(guān)系，這一點可以從上面公式（2）中可得知中可以看出。 假如把Gr看作一個單獨的量，那么當Gr的不確定度為正負百分之零點五，這是天然氣標準體積流量的不確定因素為正負百分之零點二五，因此顯而易見流量計量 會受到天然氣實際的相對密度的影響。而導(dǎo)致Gr不確定度出現(xiàn)的原因是由于沒有測量和分析以及確定出真實天然氣的相關(guān)物理參數(shù)。例如，實際空氣的組分偏離標 準組分的偏離程度，各有關(guān)組分分子量測量的不確定度。目前Gr有兩種辦法確認，*一是用浮力氣體天平、動量比重計等儀器檢測其實際相對密度；*二種是采用 氣分析儀器，先得知天然氣的全部組成部分，再根據(jù)其算出Cr值。現(xiàn)在我們**通常使用后一種方法。但是因為存在著壓力溫度差，所以Gr是一個變量。這時需 要使用在線色譜，觀察其變化狀況，從而進一步增加計量的精度。
（2）天然氣壓縮因子對流量計量的影響。
流量計量的結(jié)果通常表現(xiàn)為在實際運行中的流量流出，但是因為各個工程的實際情況不同，那么這時候就一般認為標準氣體流 量。當我們遇到外部因素的影響時（氣壓不高、溫度高），也可以用理想氣體方程等到體積流量。然而現(xiàn)實和理想是有差異的，同樣的現(xiàn)實氣體也同樣與理想氣體有 差異，特別是在由于管道壓力大和其溫差大時，理想氣體狀態(tài)方程不在適用在這里。可以計算出天然氣壓縮系數(shù)辦法的有三種，*一是用卡茨曲線圖求解法，其優(yōu)點 在于求解方法快速，使用方便，但其缺點就是誤差較大。*二是采用卡茨表求解法，但其缺點在于算法繁瑣，當沒有有關(guān)壓縮系數(shù)時還要用到內(nèi)插法，但其優(yōu)點在于 算出的數(shù)值*準確。*三種是查閱《天然氣壓縮系數(shù)速查手冊》。
（3）可膨脹系數(shù)ε對流量計量的影響。
我們需要在氣體經(jīng)過孔板的時候?qū)γ芏鹊挠绊懙淖兓尤胍粋€修正系數(shù)ε。這個引進的系數(shù)使我們在實際工作中產(chǎn)生誤差一個主 要的原因。如果工作中天然氣的流量沒有達到預(yù)期的程度的時候，真正的修正系數(shù)的ε會比規(guī)劃中的ε要小很多。*后讓工作中得出的結(jié)果數(shù)據(jù)要比預(yù)期的數(shù)據(jù)小很 多。假設(shè)真正修正系數(shù)比工作中的修正系數(shù)要大，*后得到的結(jié)果也要比真正地結(jié)果要大很多。
（4）脈動流對流量計量的影響。
造成脈動流的根本原因是因為儀器管道中氣體流過的速度還有氣體的壓力產(chǎn)生改變，這個改變能夠引導(dǎo)出壓力差的改變，讓我們 儀器記錄下來的線條是不是一根線。而是一段寬帶。然而讓這個脈動流產(chǎn)生的原因有些只有一個，而另一些卻是有很多個原因結(jié)合到一起的。比如我們長距離管道中 殘余液體的積累，壓縮天然氣的儀器的使用，天然氣井田中壓力的變化擾動，天然氣使用單位不能很平均的使用天然氣。能夠有穩(wěn)定的流量流動才是截留裝置計算流 量*基本的因素，當我們需要測量的單位產(chǎn)生波動的時候，我們就不能很好的對其進行測量，這樣就會使測量的誤差增大。因此我們?yōu)榱俗屛覀?終的測量結(jié)果誤差 小，就有必要對脈動流進行削弱。
3.3 儀器的設(shè)計、安裝管理誤差分析
（1）儀器的設(shè)計誤差
儀器差生誤差的原因是因為儀器本身設(shè)計的不足或者是因為在儀器使用的時候產(chǎn)生了一些不可預(yù)測的改變。這種誤差主要是以下 幾個方面體現(xiàn)出來：*一是因為儀器孔板的上面構(gòu)成角度的尖銳程度還沒有達到預(yù)期的標準，儀器管孔的參數(shù)沒有按照計算制造，儀器控板的高不能達到工作標準， 或者是工作本身就沒有按照規(guī)定的流程進行，致使工作中出現(xiàn)許多不可逆的失誤，*終導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。
（2）安裝管理誤差
那么這個誤差會*后發(fā)展成一個不能有一個準確判定的持續(xù)差生誤差的源頭。產(chǎn)生這種誤差有很強的普通性。比如在施工的時 候，符合要求的施工材料不夠，施工的材料參數(shù)不能滿足施工所需要的參數(shù)，這些參數(shù)具體體現(xiàn)在材料的長度，材料的制造工藝，材料孔板的形變，還有材料中冗余 物質(zhì)對材料本身參數(shù)造成的映像，材料雷諾參數(shù)的不能滿足制造所需的要求，材料焊接的位置發(fā)生偏差。而管理上面的錯誤主要在于：工作儀器不是我們所需要的儀 器、孔板的直徑不能通過相應(yīng)的流量，引壓管、平衡閥、差壓計各連接部位發(fā)生的錯誤，人員自身操作產(chǎn)生的錯誤。
3.4 流量積算方法不當對計量的影響
現(xiàn)階段我們使用的一般的孔板節(jié)流裝置和與它解構(gòu)不一樣的二次測量工具使用不一樣的數(shù)據(jù)計算方法。我們需要使用符合規(guī)則的 孔板流量工具來計算天然氣的流量，它的數(shù)據(jù)和天然氣的各個方面都有密不可分的聯(lián)系。假設(shè)我們使用的流量測量體系并沒有符合相應(yīng)的配置工具，它就會在工作時 不能夠進行準確的計算，使儀器的誤差增大。
4 丙烷氣流量計運行中準確計量的影響因素
現(xiàn)階段我們的儀器維護板的流量統(tǒng)計表經(jīng)過長期的使用經(jīng)常出現(xiàn)一下一些問題：
（1）我們使用的*基本的孔板測量儀器，有一個能夠測量的范圍有限、測量的準確性不高、測量本體的環(huán)境因素影響較多時我們需要使用不同的孔板原件。
（2）在一些特殊的時間里，我們的天然氣中含有許多的雜質(zhì)，使天然氣的純度得不到提高。這會讓計量儀器管道被堵塞，造成一些其實可以避免的誤差。
（3）因為現(xiàn)階段的天然氣與天然氣液體不能很好的分開，會讓導(dǎo)出壓力的管道中和壓力計算記因為正壓與負面壓力而產(chǎn)生多余的水分與油，這會讓差壓計因為有多余的液體而計算不準確。
（4）孔板在每隔一段時間都需要檢查一次，還需要經(jīng)過洗凈與測量常規(guī)參數(shù)，但是天然氣計的工作條件不好，不能每隔一段時間就進行檢查與維修。
（5）當介質(zhì)的壓力和溫度都發(fā)生不同的變化的時候，天然氣的體積也會跟隨這變化，這會讓天然氣計出現(xiàn)誤差。
5 提高丙烷氣流量計計量精度的措施
我們從計量天然氣產(chǎn)生誤差的原因入手，研究出幾種在進行天然氣計量不同時間段的不同辦法來降低誤差。
5.1 丙烷氣流量計的設(shè)計安裝上應(yīng)嚴格符合技術(shù)標準
我們現(xiàn)階段的孔板節(jié)流裝置應(yīng)該要和規(guī)定（SY/T6143-1996）所有的指標都要吻合，尤其實在進行安裝的時候，必須要與響應(yīng)的參數(shù)來匹配相應(yīng)的材料，大多數(shù)情況下都需要*少前30D。
5.2 消除脈動流
（1）使用風吹，掃除的，清理管道或者在低的地方使用分液器來讓管道中多余的液體減少。
（2）我們需要我計量能力能夠做到的情況下，使測量管道的內(nèi)徑見效，從而讓差壓和孔徑比得到提高。
（3）在實際工作中，我們要盡可能使用短引壓管線，這樣的目的是為了讓引壓管線中的阻力，而且還能讓上游和下游的管線的長一樣。這樣就能在實際工作中降低工作系統(tǒng)里的諧振和壓力脈動振幅。
（4）我們需要將測量點的前面增加一個調(diào)整壓力的閥門，使壓力能夠平穩(wěn)的被輸出，在測量管前面增加一個緩沖罐用來使氣體得到儲存和釋放也能起到見效誤差的作用。
（5）控制計量管段下流閥。