浅谈天然气孔板计量误差分析及建议.doc

摘 要

天然气管输企业担负着长距离安全平稳输气的任务。但实际生产过程中，由于计量设施、环境、人员等多种因素，给计量管理工作带来非常大的困难，使天然气输差容易失去控制。本文结合单位生产实际，对天然气计量中最广泛使用的孔板计量的方法及误差产生的原因进行了分析，并根据分析结果探讨了加强计量、降低天然气输差的方法。
关键词：输气，计量，输差，孔板，误差

目 录
第1章 前言 …………………………………………………………………… 1
第5章 PIV测量的理论基础 ………………………………………………… 69

5.1 撒播粒子随流体运动的影响要素………………………………………… 71
5.2 PIV图像分析 ………………………………………………………… 72
5.2.1 粒子图像分割 ……………………………………………………… 74
5.2.2 粒子图像跟踪策略 ………………………………………………… 76
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第x章 结论 …………………………………………………………………… 79
参考文献………………………………………………………………………… 86
参考文献………………………………………………………………………… 86

第1章 前言
天然气长输管道具有点多、线长、面广的特点，所辖区域呈多站分布，横贯多省多市，且输气管网是经过不同时期施工投产组合而成，造成管输企业的计量设施多种多样，给计量管理与输差维护带来了诸多不便。而正确的选择测量方法与合理的设计计量系统，对提高企业效益、降低成本和保护生产经营环境具有重要的意义。由于孔板计量方式具有结构简单、投资少、计量精度较高等优点，我单位计量交接点多采用孔板流量计计量。本文针对日常生产中天然气孔板的使用与维护情况，对天然气孔板的计量方法做了进一步的阐述，对孔板计量的误差进行了深入探讨与分析，并由此对精准计量、输差控制的管理提出的建议。

第2章天然气孔板计量的方法
孔板流量计是通过安装在管路中的同心孔板两侧差压来计量流量的一种检测设备，它是由节流装置（标准孔板）、差压计、压力计和温度计等组成，适用于较大口径管道的计量（目前口径大于DN600的流量计一般只能选用孔板），具有耐用、标准规格全、制造相对容易、价格便宜等优点，被广泛的应用于天然气的计量中。

图2－1 孔板的剖面图
下图为孔板工作示意图：

天然气在流经节孔板时，流束在节流件处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力降低，于是在孔板前后便产生了静压力差（差压），气流的流束越大，孔板前后产生的压差也越大，从而可通过测量差压来衡量天然气流过节流装置的流量的大小。这种测量流量的方法是以能量守恒定律和流动连续性方程为基础的（见下图）。现场各节流装置将流量大小转化为差压的变化，经差压变送器送至天然气流量仪，流量仪根据差压和气流静压（压力变送器）、温度等信号，通过预先设置的有关参数，按照计量标准（SY/T6143-1996）中规定的计算流量算出与之对应的天然气的瞬时流量和累计流量。当然，压差的大小不仅与流量还与其他许多因素有关，例如当节流装置形式或管道内流体的物理性质（密度、粘度）不同时，在同样大小的流量下产生的压差也是不同的。
SIXNET控制器其

压力变送器
差压变送器
主管线
温度探头
孔板

这样，在室内的工控机上就可以显示天然气的瞬时气量，即方面又明显。并且充分利用现代计算机与网络通讯技术，实现数据上传，信息共享。各级生产调度可以通过网络及时准确地了解各配气站的生产工作动态，可以根据这些状况及时准确地下达调度令，从而提高了各项工作的安全性和准确性。如下图：

二、天然气孔板计量的误差分析
由于孔板流量计量方法是建立在实验基础上的，在实验室中可以得到较高的准确度，而在实用现场，实际条件往往与实验条件不同，容易产生误差。因此，分析和掌握孔板装置本身在使用过程中产生误差的原因，提高其在天然气计量中的准确度，就是我们在输气工作中必不可少的一项重要工作。
天然气体积流量计算实用公式为

式中，为标准状态下天然气体积流量，； 为秒计量系数，视采用计量单位而定，；为流出系数；为渐进速度系数；为孔板开孔直径，；为相对密度系数；为可膨胀系数；为超压缩因子；为流动温度系数；为孔板上游取压孔绝对静压，；为节流前后差压，。
从公式中我们可以看出，与标准状态下天然气体积流量相关的变量为九个，、、、、、这六个参数就现场计量职工来讲是无法控制的，而我们现场职工只能对、和这三个变量进行控制。下面对这三个变量可能产生的误差进行分析：
1、的误差问题：
为孔板开孔直径，在孔板的剖面图中可以看到，主要的误差原因有
（1） 用游标卡尺测量的时候产生的误差，对瞬时气量的影响由公式可以看出。解决的方法是多次用游标卡尺测量孔板开孔直径，取平均值。
（2） 孔板入口不锐利或变形弯曲，孔板上游端面不平滑，孔板入口直角边缘变钝、破损等，这些都是孔板的本身原因，解决的方法是更换孔板。
（3） 孔板与夹持环、环室与法兰之间的密封垫子伸入环室、计量管内，这些问题大部分是在更换孔板时产生，解决的方法是
a、加强周期检查、清洗。
b、孔板与夹持环间的垫子用尽量薄的青壳纸制作。
C、制作密封垫子时垫子内径比计量管内径大3mm—5mm。
2、的误差问题
为孔板上游取压孔绝对静压，主要的误差原因有：
（1） 静压变送器的导压管泄漏或堵塞，解决的方法是定期去验漏和排污。
（2） 静压变送器仪表零位漂移，解决的方法是定期校准零位，并且尽量采用零位漂移小的仪表。
3、的误差问题
为节流前后差压，主要的误差原因有：
（1） 差压变送器的导压管泄漏或堵塞，解决的方法是定期去验漏和排污。
（2） 差压变送器仪表零位漂移，解决的方法是定期校准零位，并且尽量采用零位漂移小的仪表。
（3） 压力调节不稳，差压同时波动，解决的方法是一定要先将压力调节平稳后再计量，同时加强压力调节器维护管理，还要选择大差压，高质量的调节器，避免多级调压。
（4） 计量的过程中，差压得数据应该在差压变送器的量程以内，并且不能接近于上下限量程，以量程0—60的差压变送器为例，实际的差压应该在5—55之间，不能低于5和高于55，如果流量太大或太小，应该更换孔板，保证差压在最佳的计量范围内。
天然气相对密度对天然气体流量有影响，因为，可见，对计算流量影响很大。的不确定度是由实际天然气各有关物理参数确定、测量、分析的不确定度引起的。的确定方法可分为两类，一是用真实相对密度计测量，如浮力气体天平、动量密度计、气体密度计等；二是先利用气体分析仪分析出天然气的全组分，然后根据天然气组分计算值。目前，我们普遍采用第二种方法，但由于压力温度的变化，并不是一个定值。采用在线色谱及时检测到组分的变化情况，并且及时输入到中控机可以提高计量精度。
可膨胀系数也对流量计量有影响，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，实际的低于设计的，导致测量结果偏小，反之，测量结果偏大，因此，要解决这个误差应该使天然气的流量一定要在设计流量之内。
此外，孔板在搬运过程中也可能造成失准。因孔板流量计大部分由节流装置、压变、差变、温变等仪表，送检的仪表大都有零位调整和量程调整部位，由于仪表产品质量和路途颠簸等原因，造成仪表在完成检定投入使用后失准，在现场很容易发现仪表送电后显示不在零位，而有的仪表安装影响也可能造成零位的偏差，例如水平检定的变送器如果垂直安装就有可能造成-20Pa的零位漂移，需要在现场进行调零才能投入使用。
三、加强计量管理的建议
从上述天然气孔板计量的误差分析中我们可以看出，在、和这三个变量控制中，很多问题都是人为的因素。其实，在计量输差管理的过程中，人的因素是一个具有不确定性的因素，也就是说，我们在提高计量器具精准度的同时，还应该树立严格控制、高效管理的输差控制理念，实施全方位、多层面的网络化输差管理。
1、建立“输差共管”的体系，在实行全员管输差，从计量的主管领导到操作岗位工人都应明确各自的天然气输差责任制，从而在有形的输气管网形态上迭加了一层无形的天然气输差管理网络。
2、加强职工的计量业务培训，提高其技术水平和发现故障、解决问题的能力，做好系统的检修、维护和保养工作，延长其使用寿命。建立健全计量管理责任制度，标准计量器具周期校验和维护制度，计量设备和计量仪表的资料档案管理制度等。
3、在全体职工中树立“管输发展，计量先行”的理念，强化法制计量、诚信计量的意识，做到计量操作要符合计量操作规程、计量检定要符合计量检定规程、计量交接要符合计量交接协议，确保计量的公正性与可靠性。
天然气孔板计量及误差分析在目前天然气管输工作的重中之重，可以带来可观的经济效益和社会效益。同时，现在的孔板计量方式还要很多种，或者有更好的计量方式，我们要进一步探讨，孔板计量误差也存在着许多未知领域。因此，一方面我们要对目前我们使用的这种方法理解透，并去探索新的计量方面，将误差控制在符合要求的范围之内；另一方面，还要对影响计量的其他方面加强重视，强化全员精准计量的意识。

参考文献：
1、行业标准SY/T6143-2004，天然气流量的标准孔板计量方法。
2、张永红等:《天然气流量计量》，石油工业出版社，1995.5