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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(diǎn)擊次數:1691 發(fā)布時(shí)間:2020-11-06 08:35:44
伴隨國內能源工業(yè)的迅猛發(fā)展,天然氣這一潔凈高效的能源所占能源結構的比重越來(lái)越大,因此在實(shí)際生產(chǎn)中對對精度高的天然流量計測量?jì)x表的需求也應運而生。綜觀(guān)國內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,是其具有的結構簡(jiǎn)單,造價(jià)低廉且測量精度較高的諸多優(yōu)點(diǎn)。根相關(guān)統計部門(mén)的數據,國同有95%的石油天然氣企業(yè)都將丙烷氣流量計用于貿易結算。
丙烷氣流量計是什么樣的一類(lèi)儀表,其工作原理和方式又是什么?丙烷氣流量計是由節流裝置、差壓計、壓力計和溫度計構成,主要是由它根據能量守恒定律和流動(dòng)連續性方程這些原理來(lái)設計制造的,方法是通過(guò)節流裝置產(chǎn)生壓力差,然后再進(jìn)過(guò)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*后得到數據。本文通過(guò)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(gè)方面加以論述。
1 丙烷氣流量計工作原理及特點(diǎn)
丙烷氣流量計以能量守恒定律和流動(dòng)連續性方程為設計原理,其計算方法是根據裝在管路中的同心孔板兩邊的壓力差來(lái)計算的,其 結構是由溫度計、壓力計、節流裝置等構成。由于其造價(jià)便宜,結構簡(jiǎn)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易。我國使用孔板流量 計已經(jīng)有很長(cháng)的一段時(shí)間了,并擁有非常成熟的丙烷氣流量計設計,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?,F目前,我國主流 的天然氣測量?jì)x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;
β———直徑比;
ε———可膨脹系數;
d———孔板開(kāi)孔直徑,mm;
Δp———節流件前后的壓差,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(shí)用公式
式中,As———秒計量系數,視采用計量單位而定,此式As=3.1794×10-6;
E———漸進(jìn)速度系數;
FG———相對密度系數;
Fz———超壓縮因子;
Fr———流動(dòng)溫度系數;
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C對計量精度的影響
丙烷氣流量計的校準于流出系數有關(guān),它需要在上游直管段達到足夠的長(cháng)度,同時(shí)其的節流裝置需要到達必要的技術(shù)要求。而流動(dòng) 系數又與雷諾數有關(guān)且隨其變化。c值增大時(shí),雷諾數會(huì )變小,反之則c值減小時(shí),雷諾數會(huì )增大。流動(dòng)系數C也會(huì )隨著(zhù)流量變化而變化,其變化是隨流量的變大而 減小,當實(shí)際的流量比刻度流量小時(shí),則由其帶來(lái)的流量誤差會(huì )增大。同時(shí)C值是個(gè)變量,其根據雷諾數改變而改變,當雷諾數到一定值時(shí),其變化量將會(huì )變小。關(guān) 于法蘭取壓,雷諾數要超過(guò)106,而關(guān)于交接取壓其值要超過(guò)210.
3.2 被測介質(zhì)實(shí)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(huì )隨著(zhù)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(diǎn)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(gè)單獨的量,那么當Gr的不確定度為正負百分之零點(diǎn)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(diǎn)二五,因此顯而易見(jiàn)流量計量 會(huì )受到天然氣實(shí)際的相對密度的影響。而導致Gr不確定度出現的原因是由于沒(méi)有測量和分析以及確定出真實(shí)天然氣的相關(guān)物理參數。例如,實(shí)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(dòng)量比重計等儀器檢測其實(shí)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,再根據其算出Cr值?,F在我們**通常使用后一種方法。但是因為存在著(zhù)壓力溫度差,所以Gr是一個(gè)變量。這時(shí)需 要使用在線(xiàn)色譜,觀(guān)察其變化狀況,從而進(jìn)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。
流量計量的結果通常表現為在實(shí)際運行中的流量流出,但是因為各個(gè)工程的實(shí)際情況不同,那么這時(shí)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(shí)(氣壓不高、溫度高),也可以用理想氣體方程等到體積流量。然而現實(shí)和理想是有差異的,同樣的現實(shí)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(shí),理想氣體狀態(tài)方程不在適用在這里??梢杂嬎愠鎏烊粴鈮嚎s系數辦法的有三種,*一是用卡茨曲線(xiàn)圖求解法,其優(yōu)點(diǎn) 在于求解方法快速,使用方便,但其缺點(diǎn)就是誤差較大。*二是采用卡茨表求解法,但其缺點(diǎn)在于算法繁瑣,當沒(méi)有有關(guān)壓縮系數時(shí)還要用到內插法,但其優(yōu)點(diǎn)在于 算出的數值*準確。*三種是查閱《天然氣壓縮系數速查手冊》。
(3)可膨脹系數ε對流量計量的影響。
我們需要在氣體經(jīng)過(guò)孔板的時(shí)候對密度的影響的變化加入一個(gè)修正系數ε。這個(gè)引進(jìn)的系數使我們在實(shí)際工作中產(chǎn)生誤差一個(gè)主 要的原因。如果工作中天然氣的流量沒(méi)有達到預期的程度的時(shí)候,真正的修正系數的ε會(huì )比規劃中的ε要小很多。*后讓工作中得出的結果數據要比預期的數據小很 多。假設真正修正系數比工作中的修正系數要大,*后得到的結果也要比真正地結果要大很多。
(4)脈動(dòng)流對流量計量的影響。
造成脈動(dòng)流的根本原因是因為儀器管道中氣體流過(guò)的速度還有氣體的壓力產(chǎn)生改變,這個(gè)改變能夠引導出壓力差的改變,讓我們 儀器記錄下來(lái)的線(xiàn)條是不是一根線(xiàn)。而是一段寬帶。然而讓這個(gè)脈動(dòng)流產(chǎn)生的原因有些只有一個(gè),而另一些卻是有很多個(gè)原因結合到一起的。比如我們長(cháng)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(dòng),天然氣使用單位不能很平均的使用天然氣。能夠有穩定的流量流動(dòng)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(dòng)的時(shí)候,我們就不能很好的對其進(jìn)行測量,這樣就會(huì )使測量的誤差增大。因此我們?yōu)榱俗屛覀?終的測量結果誤差 小,就有必要對脈動(dòng)流進(jìn)行削弱。
3.3 儀器的設計、安裝管理誤差分析
(1)儀器的設計誤差
儀器差生誤差的原因是因為儀器本身設計的不足或者是因為在儀器使用的時(shí)候產(chǎn)生了一些不可預測的改變。這種誤差主要是以下 幾個(gè)方面體現出來(lái):*一是因為儀器孔板的上面構成角度的尖銳程度還沒(méi)有達到預期的標準,儀器管孔的參數沒(méi)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(méi)有按照規定的流程進(jìn)行,致使工作中出現許多不可逆的失誤,*終導致誤差的產(chǎn)生。
(2)安裝管理誤差
那么這個(gè)誤差會(huì )*后發(fā)展成一個(gè)不能有一個(gè)準確判定的持續差生誤差的源頭。產(chǎn)生這種誤差有很強的普通性。比如在施工的時(shí) 候,符合要求的施工材料不夠,施工的材料參數不能滿(mǎn)足施工所需要的參數,這些參數具體體現在材料的長(cháng)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)對材料本身參數造成的映像,材料雷諾參數的不能滿(mǎn)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(guò)相應的流量,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
現階段我們使用的一般的孔板節流裝置和與它解構不一樣的二次測量工具使用不一樣的數據計算方法。我們需要使用符合規則的 孔板流量工具來(lái)計算天然氣的流量,它的數據和天然氣的各個(gè)方面都有密不可分的聯(lián)系。假設我們使用的流量測量體系并沒(méi)有符合相應的配置工具,它就會(huì )在工作時(shí) 不能夠進(jìn)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
現階段我們的儀器維護板的流量統計表經(jīng)過(guò)長(cháng)期的使用經(jīng)常出現一下一些問(wèn)題:
(1)我們使用的*基本的孔板測量?jì)x器,有一個(gè)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(shí)我們需要使用不同的孔板原件。
(2)在一些特殊的時(shí)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(huì )讓計量?jì)x器管道被堵塞,造成一些其實(shí)可以避免的誤差。
(3)因為現階段的天然氣與天然氣液體不能很好的分開(kāi),會(huì )讓導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(huì )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(shí)間都需要檢查一次,還需要經(jīng)過(guò)洗凈與測量常規參數,但是天然氣計的工作條件不好,不能每隔一段時(shí)間就進(jìn)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(shí)候,天然氣的體積也會(huì )跟隨這變化,這會(huì )讓天然氣計出現誤差。
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(jìn)行天然氣計量不同時(shí)間段的不同辦法來(lái)降低誤差。
5.1 丙烷氣流量計的設計安裝上應嚴格符合技術(shù)標準
我們現階段的孔板節流裝置應該要和規定(SY/T6143-1996)所有的指標都要吻合,尤其實(shí)在進(jìn)行安裝的時(shí)候,必須要與響應的參數來(lái)匹配相應的材料,大多數情況下都需要*少前30D。
5.2 消除脈動(dòng)流
(1)使用風(fēng)吹,掃除的,清理管道或者在低的地方使用分液器來(lái)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,使測量管道的內徑見(jiàn)效,從而讓差壓和孔徑比得到提高。
(3)在實(shí)際工作中,我們要盡可能使用短引壓管線(xiàn),這樣的目的是為了讓引壓管線(xiàn)中的阻力,而且還能讓上游和下游的管線(xiàn)的長(cháng)一樣。這樣就能在實(shí)際工作中降低工作系統里的諧振和壓力脈動(dòng)振幅。
(4)我們需要將測量點(diǎn)的前面增加一個(gè)調整壓力的閥門(mén),使壓力能夠平穩的被輸出,在測量管前面增加一個(gè)緩沖罐用來(lái)使氣體得到儲存和釋放也能起到見(jiàn)效誤差的作用。
(5)控制計量管段下流閥。

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