新型差压槽道式流量计校准方法

2021-04-29

油气田地面工程 2021年4期

大庆油田设计院有限公司

流量测量技术是一种复杂的复合测量技术，其中解决运动相似问题一直是流量测量技术面临的巨大挑战，一种完全自主知识产权的新型节流式差压流量计——槽道流量计[1-2]，为解决流量测量的运动相似性问题做了有益的尝试。槽道流量计基于流体力学、流体控制技术，以优化的流线型纺锤体作为节流件，任意流态流体通过节流件与管道内壁之间形成的环状槽道时，逐渐调整为流动状态相似的近似于均匀速度分布的流体，以获得稳定的差压[3]。相较于传统差压式流量计，槽道式流量计有几个特点：①对上下游直管段要求低。由于纺锤体节流件的整流功能，槽道式流量计对整流器没有要求，配置直管段很短，大幅降低了安装要求。②压损小。纺锤体的优化流线型设计，使流经流量计的流体在表体内不会发生运动分离，较传统差压式流量计的永久压力损失小很多（是同β值标准孔板永久压损的20%），同时没有分离和漩涡，保证了测量信号较高的信噪比。③高准确度和宽量程比。当流体达到充分湍流后，槽道式流量计环道内形成了近似均匀速度分布的流态，在此流态下，流体在环道内的边际层对流体流态的影响可以忽略，流出系数近似为常数。④经特殊设计的对称式纺锤体可以实现流体的双向测量[4]。由于纺锤体具有耐磨损、抗脏污的优势，使该种流量计有很好的适用性和稳定性，适合在天然气流量计量领域推广使用。

槽道式流量计作为新式流量计，没有相应的标准、规程和规范指导其检定或校准，只能参照JJG640—2016《差压式流量计》[5]执行。但该规程主要适用于孔板、喷嘴等传统差压流量计，对槽道式流量计并不适用。随着槽道式流量计应用越来越广泛，需要制定相应标准对其进行规范。目前，标准工作组已完成了SY/T 7551—2019《用槽道式流量计测量天然气流量》[6]标准的报批，对其校准方法也进行了重新规定。

1 校准装置

标准装置可采用重复性较好的罗茨流量计或涡轮流量计作为主标准器的标准表法气体流量标准装置，与被校流量计串联在同一管路中，配备差压变送器、压力变送器和温度变送器。计算机同时采集被校表和标准表输出的流量信号，修正后得到相应的标况流量，比较后得到校准结果。标准装置流量测量的扩展不确定度U≤0.33%（包含因子k=2）；对于准确度0.5 级的槽道式流量计可采用临界流喷嘴作为标准装置，标准装置流量测量的扩展不确定度U≤0.25%（包含因子k=2）。

2 校准方法

2.1 校准条件

流量计采用水平安装方式，确保表体外壁取压口及测温口垂直向上，上游直管段长度至少应为5D（D为管道内径），下游直管段长度至少应为2D。单次测试过程中，流体介质应达到充分湍流（测量管径雷诺数ReD≥105），介质温度变化应在±0.5 ℃内，压力波动应在±0.5%内，流量波动应在±5%内。

2.2 校准项目和校准程序

2.2.1 流量点

在管径雷诺数ReD=105时的流量至流量计最大流量之间均匀地选择4 个测试流量点，也可以增加其他流量点进行附加校准试验。对于大口径流量计的校准可能达不到上限流量值，可指定低于流量计最大流量qmax的校准流量范围，一般为0.7qmax。

2.2.2 测试次数

每个流量点连续测试3 次，对于准确度为0.5级的流量计，应增加测量次数，每个流量点连续测试6 次。

2.2.3 测试时间

每次数据采集时间不小于100 s。

2.2.4 校准程序

校准程序为：①应预运行至少5 min，待流体介质的温度、压力、流量达到稳定值后，进行校准；②把流量调到规定的流量值，稳定后同时启动标准器（或标准器的记录功能）和被检流量计（或被检流量计的输出功能），并记录标准器和被检流量计的初始示值；③按装置操作要求运行一段时间后，同时停止标准器（或标准器的记录功能）和被检流量计（或被检流量计的输出功能），记录标准器和被检流量计的最终示值；④比较流量计和标准器的累积流量或平均瞬时流量值，计算示值误差和流出系数；⑤复上述测试，计算流量计的重复性。

2.3 测试数据处理

2.3.1 流量计算

流量计在标准参比条件下的体积流量按式[7]（1）计算。

式中：qij为第i校准点第j次被检流量计在标准参比条件下的流量值，m3/s；C0为流量计原流出系数，无量纲；Δpij为第i校准点第j次校准被检流量计的差压，Pa；ρf为操作条件下介质密度，kg/m3；ρn为标准参比条件下介质密度，kg/m3；ε为可膨胀性系数，无量纲；D为流量计表体内径，m；d为纺锤体等直段直径，m；β为等效直径比，无量纲。

2.3.2 可膨胀系数计算

可膨胀系数ε按式（2）计算。