关于孔板计量天然气流量产生误差的原因分析

1、孔板计量天天然气流流量产生生误差的的原因分分析注：要结合合我们的的生产实实际情况况和计量量标准661433-19998进进行分析析方爱国（吐哈油田田丘东采采油厂）摘 要 文章主要对对在天然然气计量量中使用用最广泛泛的孔板板流量计计在流量量计量时时产生误误差的一一些原因因进行了了分析。主题词 天然气气 流量量 计量量 孔板板流量计计 误差差一、前言孔板流量计计在天然然气计量量方面被被最广泛泛的采用用。孔板板流量测测量系统统一般由由节流装装置（标标准孔板板）、差差压变送送器及数数据处理理器（开开方积算算器或计计算机）组组成。孔板流流量计的的主要特特点：优点：（1）适用用于较大大口径管管道的计计量（

2、目目前口径径大于DDN6000的流流量计一一般只能能选用孔孔板）。（2）无可可动部件件，耐用用。（33）应用用历史悠悠久，标标准规定定最全。（4）制造相对容易，价格便宜。缺点：（1）测量量范围（量量程比）窄，为3：1，且合理使用的流量是满量程的30%80%。 （2）压力损失最大，可达25%50%。 （3）计量准确度受安装条件影响很大。 （4）前后直管段要求长，占地面积大。 （5）计量准确度受人为因素影响大。 （6）不能直接读出计量结果，使用不便。 为了提高孔板流量计在天然气计量的准确度，分析和掌握测量装置本身在使用过程中产生误差的原因是计量工作中必不可少的一项重要工作。二、测量原原理充满管道的

3、的流体，当当它流经经管道内内的节流流件时，如如图1所示： 图1. 孔板附附近的流流速和压压力分布布流速将在节节流件处处形成局局部收缩缩，因而而流速增增加，静静压力降降低，于于是在节节流件前前后便产产生了压压差。流流体流量量愈大，产产生的压压差愈大大，这样样可依据据压差来来衡量流流量的大大小。这这种测量量方法是是以流动动连续性性方程(质量守守恒定律律)和伯伯努利方方程(能能量守恒恒定律)为基础础的。压压差的大大小不仅仅与流量量还与其其他许多多因素有有关，例例如当节节流装置置形式或或管道内内流体的的物理性性质(密密度、粘粘度)不不同时，在在同样大大小的流流量下产产生的压压差也是是不同的的。以伯伯努

4、利方方程式和和流体流流动的连连续性方方程式为为依据，天天然气流流量计量量的实用用公式是是： QQn=Ah*0*re*bbk*Fr*d2*Fg*Fa*Fz*Ft* 式中 Qn 标标准状态态下气体体体积流流量Ah 常数数，视差差压、静静压的单单位而定定，一般般为8.685560 特定定流量系系数re测量量管内壁壁流量修修正系数数bk 孔板板入口边边缘锐利利度修正正系数Fr 雷诺诺数修正正系数气气体膨胀胀系数d 孔板在在20下实测测的开孔孔口径Fa孔板热热膨胀修修正系数数Fg天然气气相对密密度修正正系数Fz超超压缩系系数Ft 流体体流动温温度修正正系数孔板板上游侧侧绝对压压力 气体体流过孔孔板时的的

5、差压三、误差因因素分析析1、基本误误差 由测量量装置本本身准确确度所决决定的误误差。由于孔板流流量计测测得的流流量是根根据差压压信号间间接求得得的。从从公式可可以看出出，影响响测量准准确度的的主要因因素是、F、等值。必必须保持持、F、均为恒恒定值，才才能达到到差压和和流量之之间有恒恒定的对对应关系系。但在在实际生生产中，、F、都与某些因素有关，特别是流量系数，它是一个影响因素复杂，变化范围大的重要系数，如果在测量过程中不能保证为恒定值，则测量误差将会较大。从资料和实实验证明明，流量量系数值与取取压点位位置、孔孔板的开开孔截面面积和管管道截面面积比（mm= dd2 /DD2）、雷雷诺数、管管壁粗

6、糙糙度、孔孔板入口口边缘尖尖锐度有有关。所所以，标标准孔板板的选用用应符合合下列技技术要求求：（1）标准准孔板的的技术要要求1）孔板相相对于开开孔直径径d的轴轴线中心心对称；2）孔板上上游端面面A应于于下游端端面B平平行，并并且与开开孔直径径d的轴轴线垂直直；3）孔板AA面、BB面应无无可见的的损伤；4）孔板开开孔直径径d的上上游测直直角入口口边缘GG应锐利利，无毛毛刺和划划痕。5）孔板开开孔直径径d的内内圆柱表表面长度度e应符符合：00.0005De0.002D；6）孔板的的厚度应应符合：eF0.0005DD；7）孔板下下游侧出出口边缘缘H和孔孔板开孔孔圆柱形形下游侧侧出口边边缘I应应无毛刺

7、刺、划痕痕和可见见损伤；8）标准孔孔板在使使用过程程中，会会由于天天然气的的侵蚀而而产生变变形，从从而引起起流量系系数增大大而产生生测量误误差。因因此孔板板的材质质也是保保证孔板板工作可可靠和测测量准确确的一个个因素。用用于天然然气测量量的孔板板采制一一般为：Cr117、11Cr118Nii9TiiC以及及其他耐耐酸钢。整套流量计计的精确确度还决决定于差差压变送送器和流流量显示示仪的精精确度。但是当其他参数的精确度不高时采用高精度差压变送器并不能起多大作用。流量显示仪的作用主要在监视运行参数的稳定性等方面，它的数据转换精度一般是无问题的。因此，要提高测量的精确度应有一个全面估计，这样才能作出技

8、术经济性最佳方案的选择。 差压仪表本身的精度也是造成基本误差的原因。如果差压仪表的零点漂移，会使测量结果与实际值相差较大。2、附加误误差在流量计的的安装和和使用过过程中，没没有严格格遵守技技术要求求和设计计所提供供的数据据而找成成的误差差。这种种误差的的大小是是无法估估计的。但但是通过过对造成成误差因因素的分分析，可可以将误误差降低低。孔板板流量测测量系统统安装使使用时，必必须符合合下列技技术要求求：1）孔板安安装时，他他的开孔孔中心和和管道中中心轴线线同心，而而且它的的端面与与管道轴轴线垂直直；2）孔板上上、下游游侧取压压孔轴线线符合距距孔板上上、下游游端面的的距离为为25.40.88mm的

9、的要求； 3）取压孔孔的轴线线应与孔孔板上下下游侧22D测量量管长度度的内圆圆柱的轴轴线垂直直，取压压孔的轴轴线与孔孔板两端端面向外外倾斜角角的夹角角不大于于3度。取取压孔直直径不应应大于00.088D；4）孔板安安装需要要前后直直管段，直直管段的的长度与与孔板上上游侧局局部阻力力件的形形式和直直径比有关，其其确定方方法如下下表：表. 孔板板与阻流流件之间间所要求求的直管管段长度度（无流流动调整整器）（数值以管管径D倍倍数表示示）直径比孔 板 上上 游 侧 （入入口）单个90oo弯头 两个900o弯头在任任意平面面(S30DD) 在同一平面面上的两两个900o弯头，SS形状(30DS110D)

10、在同一平面面上的两两个900o弯头，SS形状(10DS)在垂直平面面上的两两个900o弯头，(30DS55D)在垂直平面面上的两两个900o弯头，(5DS) 单个90oo三通单个45oo弯头在在同一平平面上的的两个445o弯头，SS形状(S222D) ABABABABABABAB0.20631010101019183417930.401631010101044185025933090.5022918102210441875341993090.6042133018421844186525291830180.6744204418442044206010361844180.7544204418442

11、24420751844184418直径比孔 板 上上 游 侧 （入入口）孔板下游侧侧（出口口）渐缩管在11.5DD到3DD的长度度内由22D变为为D渐扩管在DD到2DD的长度度内由00.5DD变为DD 全孔球阀或或闸阀全全开 对称突缩管管温度计套管管或插口口直径小小于0.03DD 前面全部阻阻流件类类型和密密度计套套管ABABABABABAB0.2055168126301553420.4055168126301553630.5065189126301553630.6095221114730155373.50.67126271418930155373.50.7522113819241230155

12、384恶劣的安装装条件，可可能的话话采用流流量调整整器。温温度计套套管的安安装不会会变更其其上游侧侧的最小小直管段段长度。最小直管段段长度是是指孔板板的上下下游阻流流件与孔孔板之间间的长度度，该长长度是从从最靠近近的弯头头或三通通的曲面面部分下下游末端端或渐缩缩管和渐渐扩管的的锥管部部分下游游末端测测量起。5）差压信信号管路路的安装装 差压压信号管管路是指指节流装装置与差差压变送送器(或或差压计计)的导导压管路路。它是是孔板流流量计的的薄弱环环节，据据统计孔孔板流量量计的故故障中引引压管路路最多，如如堵塞、腐腐蚀、泄泄漏、冻冻结、假假信号等等等，约约占全部部故障率率的700，因因此对差差压信号

13、号管路的的配置和和安装应应引起高度度重视。 （1）取压口 取压口一般设置在法兰上，当测量管道为水平或倾斜时取压口的安装方向如图2所示。它可以防止测液体时气体进入导压管或测气体时液滴或污物进入导压管。当测量管道为垂直时，取压口的位置在取压位置的平面上，方向可任意选择。不同温度条件下取压接头的安装方法如图3所示。 图2. 取压口口位置安安装示意意 图3. 在在管道上上安装取取压接头头的方法法（2）导压压管 导导压管的的材质应应按被测测介质的的性质和和参数确确定，其其内径不不小于66mm，长长度最好好在166mm以以内，各各种被测测介质在在不同长长度时导导压管内内径的建建议值如如下表所示示。导压压管

14、应垂垂直或倾倾斜敷设设，起倾倾斜度不不小于11：122，粘度度高的流流体，其其倾斜度度应更增增大。当当导压管管长度超超过300mm时，导导压管应应分段倾倾斜，并并在最高高点与最最低点装装设集气气器（或或排气阀阀）和沉沉淀器（或或排污阀阀）。正正负导压压管应尽尽量靠近近敷设，防防止两管管子温度度不同使使信号失失真，严严寒地区区导压管管应加防防冻保护护，用电电或蒸汽汽加热保保温，要要防止过过热，导导压管中中流体汽汽化会产产生假差差压。表. 导压压管的内内径和长长度导压管长度度/mmm16000016000045500004500009000000导压管直径径/mmm被测流体水、水蒸气气、干气气体7

15、91013湿气体131313低、中粘度度的油品品131925脏液体或气气体252538 66）测量量气体温温度的温温度计最最好安装装在孔板板下游侧侧直管段段以外的的地方，计计算气量量时应将将此时所所测的气气流温度度换算成成孔板上上游侧的的气流温温度，如如果温度度计安装装在孔板板上游侧侧，则温温度计套套管与孔孔板之间间的直管管段长度度L应满满足下列列规定：当温度计套套管直径径不大于于0.003D时时（D为为计量管管内径），LL5D；当温度计套套管直径径在0.03DD至0.13DD范围内内时（DD为计量量管内径径），LL20DD； 孔孔板节流流装置安安装于现现场严酷酷的工作作场所，在在长期运运行后，无无论管道道或节流流装置都都会发生生一些变变化，如如堵塞、结结垢、磨磨损、腐腐蚀等等等。检测测件是依依靠结构构形状及及尺寸保保持信号号的准确确度，因因此任何何几何形形状及尺尺寸的变变化都会会带来附附加误差差。麻烦烦的是，测测量误差差的变化化并不能能从信号号中觉察察到，因因此定期期检查检检测件是是必要的的。可以以根据测测量介质质的情况况确定检检查的周周期。孔板流量计计是一种种从设计计、制造造到安装装使用要要求很严严格的仪