天然气标准孔板计量系统几类常见误差因素分析

曾涛

摘 要：天然气标准孔板计量系统是用来检测天然气流量的一种装置，蕴含了多种参数的复杂计算过程。基于此，本文简要阐述标准孔板计量系统的系统构成，并分析工艺参数影响对常见误差产生的影响，旨在为天然气流量测量标准孔板计量系统设计和使用中存在的实际问题提供参考方向。

关键词：标准孔板;计量系统;影响因素

引言

基于标准孔板计量系统的用途来讲，其实际上是由多种仪表组合而成，用来检测天然气的流量，通过复杂的参数运算流程，辅助技术人员的工作。在多个复杂工艺中，包含计量参数、节流装置的技术参数。由于标准孔板计量系统的组成较为复杂，因此，其中的一项因素将会影响天然气流量测量的结果，其过程可能是直观的，也可能是隐蔽的。对于从事天然气行业的技术人员来说，必要熟悉的每一种因素将对测量结果产生的影响，以便对测量结果做出正确的分析。防止在日常工作中存在一些纠纷，依靠科学有效的技术力量，将误差扼杀在摇篮之中。

1.标准孔板计量系统

标准孔板计量系统是一种差压式流量测量装置，通过测量天然气流经节流装置前后的差压间接测量流量。用标准孔板计量系统测量天然气流量的优势是设计、加工和计算已经标准化，标准节流装置只要按照GB/T21446-2008《用标准孔板流量计测量天然气流量》标准设计加工，不需要整体校准即能在已知的不确定度范围内进行流量测量。标准孔板计量系统通常由能将流量转换成差压信号的节流装置和测量差压并显示流量的差压计（或差压变送器）组成。节流装置也称“一次装置”，包括节流件、取压装置和前后直管段。显示装置也称“二次装置”，包括差压信号管路和测量中所需的各类仪表、流量积算设备等。

2.工艺参数的影响

2.1取压方式的影响

差压是影响流量测量结果的核心因素。差压一般通过高准确度差压变送器直接测得，或通过标准孔板前后的两个压力变送器差值间接测得。法兰取压与角接取压两种取压方式，不同取压方式代表着不同的取压位置，特别是标准孔板后侧的取压位置非常重要因为天然气流束通过标准孔板后截面有个先收缩后扩大的过程，不同取压位置处的压力不同，前后压力差也就不同。而且，取压方式造成系统流出系数C的计算结果不同，流量测量结果自然不同。已知条件不变，分别选取法兰取压与角接取压两种取压方式，计算比较流量值。标准节流装置都配置孔板夹持器，孔板夹持器上的取压孔规范了取压方式。如果同个孔板夹持器上有不同取压方式的取压孔时，应特别注意导压管不能安装错误。

2.2差压测量误差的影响

天然气在标准参比条件下的体积流量随差压增大而增大，故如果差压值测量产生误差，比实际值偏大的话，标准孔板计量系统测得的流量值也将偏大但差压值与流量值不是正比关系，差压的方根值才与流量值成正比关系。差压仪表量程选用时，差压值宜在满量程的10%～90%范围内，差压仪表的范围度为1：9，根据差压方根值与流量值的正比关系推算，标准孔板计量系统的范围度一般为1：3，不会超过1：4。这是标准孔板计量系统的缺陷，只适宜流量较稳定的工况。标准孔板计量系统差压信号管路的安裝应注意不能带来附加误差，试验证明：标准孔板下游侧导压管至差压仪表间的接头、仪表阀漏气或堵塞，造成流量測量结果偏大;上游侧则相反。对于测量腐蚀性天然气的场合，导压管上隔离器的两个容器中液面若不在同一高度上，上游高、下游低造成流量测量结果偏大;上游低、下游高则相反。

2.3压力的影响

天然气在标准参比条件下的体积流量随压力增大而增大，故如果压力值测量产生误差，比实际值偏大的话，标准孔板计量系统测得的流量值也将偏大。但压力值与流量值不是正比关系，压力的方根值与流量值也不成正比关系。这是因为压力与多项参数相关联，压力p变化，天然气的动力粘度ル变化，管径雷诺数Reo随之变化最终导致流出系数C发生变化。只不过流出系数C虽然随管径雷诺数Ren变化而变化，但当管径雷诺数Ren增大到某一数值时，这个变化就很小了，流出系数C趋于稳定。压力P1变化，还将导致可膨胀性系数s和超压缩系数F2发生变化。最终流量值的变化趋势和变化程度是以上跟压力有关的多项参数共同变化的综合结果。天然气标准孔板计量系统中一般通过高准确度的压力变送器测測量压力，在送检和使用压力变送器时要注意正确区分绝压表和表压表，否则因为压力测量值相差一个当地大气压，最终流量计算值产生很大误差。G被测压力较稳定时，工作压力宜在等分刻度压力仪表满量程的30%～75%范围内被测压力波动较大时，工作压力宜在等分刻度压力仪表满量程的30%～70%范围内。

2.4温度的影响

总体上天然气在标准参比条件下的体积流量随温度增大而减小，故如果温度值测量产生误差，比实際值偏大的话，标准孔板计量系统測得的流量值将偏小。天然气标准孔板计量系统中一般通过高准确度的温度变送器测量温度，在安装温度仪表时要注意温度计套管或插孔管应伸入管道至公称内径的大约1/3处，对于大于300mm的大口径管道温度计的设计插入深度应不小于75mmB/T21446-2008《用标准孔板流量计测量天然气流量》标准规定，天然气温度变化应在等分刻度温度仪表满量程的30%～70%范围内。

结论

总之，深入了解和准确把握影响天然气标准孔板计量系统各个误差因素对流量测量结果的影响趋势和影响程度，有助于准确评价和把握计量系统性能，在发生计量异议时帮助查找到问题原因，提供解决异议的技术手段。

参考文献

[1]赵爱鹏.天然气计量高级孔板阀流量计算机的安装与调试[J].石油化工建设，2017，39（05）：80-84.

[2]刘东昭，马国强.特殊限流孔板在天然气化工项目中的应用[J].石油化工自动化，2017，53（04）：63-66.

[3]于国军.阀式孔板流量计在天然气流量测量中的应用[J].炼油与化工，2017，28（04）：36-37.