孔板流量计的误差来源与实际控制
时间:2021-02-09 08:00:50 来源:雅意学习网 本文已影响 人
摘要 标准孔板流量计是一种非常成熟的流量计,在多年的试验和使用过程中积累了大量的数据和经验,以其耐高压,安装使用维护方便等诸多优点在我国天然气计量中占有主导地位。本文就孔板流量计的在应用中误差来源加以识别,分析了误差产生原因,并针对现场实际情况,提出了控制措施。
关键词 天然气;孔板流量计;误差;原因;控制
中图分类号TE642 文献标识码A 文章编号 1674-6708(2011)52-0080-03
天然气流量计量已经成为天然气工业生产发展的重要组成部分,天然气流量计量仪表品种很多,其中孔板流量计自20世纪70年代引入我国使用,逐步在天然气流量计量中获得了广泛应用,到目前为止,孔板流量计在我国天然气计量中仍然占有主导地位。标准孔板流量计最主要的优点是耐高压,安装使用维护方便,对介质洁净程度的要求也不高,可与电子仪表和机械仪表单独配套,在多年的试验和使用过程中积累了大量的数据和经验,是一种非常成熟的流量计。但是,由于组成测量系统的组成环节较多,影响孔板计量准确度的因素很多,现就孔板流量计的误差来源加以分析,并针对误差来源,在实际应用中采取相应措施,以提高计量准确度。
1 孔板流量计的组成和原理
1.1 孔板流量计的组成
标准孔板流量计由截流装置,信号引线和二次仪表系统组成。其中节流装置是使管道中流体产生静压力差的装置,主要由标准孔板,取压装置和上下游直管段组成。
1.2 基本原理
充满管道的流体,当它流经管道内的节流件时,如图所示,流速将在节流件处形成局部收缩,因而流速增加,静压力降低,于是在节流件前后便产生了压差。流体流量愈大,产生的压差愈大,这样依据压差来衡量流量的大小。如图1所示。
图1
2 孔板流量计的计算方法和参数变量分析
这种测量方法是以流动连续性方程(质量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)为基础的。
2.1 流量计算公式
根据《天然气流量的标准孔板计量方法》(SY/6143-2004)给出的天然气在标准参比条件下的体积流量计算实用公式:
式中:
Qvn为天然气在标准参比条件下的体积流量;
Avn为体积流量计算系数;
C为流出系数;
E为渐进速度系数;
d为孔板开孔直径;
FG为相对密度系数;
ε为可膨胀系数;
FT为超压缩系数;
FZ为流动温度系数;
P1为孔板上游侧取压孔气流绝对静压;
△ P为气流流经孔板时产生的差压。
2.2 由参数的确定分析流量测量的误差源
1)Avn确定方法:视采用的计量单位而定
秒体积流量(m3/s)Avn:=3.1795×10-6;
小时体积流量(m3/h)Avn:=0.011446;
日体积流量(m3/d)Avn:=0.27471。
2)C确定方法:里德-哈利斯/加拉赫(Reader-Harris/Gallagher)公式
C=0.5961+0.0261β2-0.216β8+0.000521(106β/ReD)0.7+(0.0188+0.0063A)β3.5(106/ReD)0.3+(0.043+0.080e-10L1-0.123e-7L1)(1-0.11A)β4/(1-β4)-0.031(M"2-)β1.3
在D<71.12mm情况下,上述公式应加上下列数项
+0.011(0.75-β)(2.8-D/25.4)(D:mm)
式中:β=d/D——直径比;
ReD与D有关的雷诺数;
A=(19000β/ReD)0.8
M"2=2L"2/(1-β)
L1=l1/D——孔板上游端面到上游取压口的距离除以管道直径的商;
L"2=l"2/D——孔板下游端面到下游取压口的距离除以管道直径的商(符号L"2表示自孔板下游端面为起始位置的有关下游间距,而L2表示自孔板上游端面为起始位置的有关下游间距);
D——mm;
对于角接取压法 L1=L"2=0;
对于D和D/2取压法 L1=1,L2=0.47;
对于法兰取压法 L1=L"2=25.4/D
3)ε的确定方法
ε=1-(0.351+0.256β4+0.93β8)[1-(P2/P1) κ]
(1)涉及到的中间变量
κ为等熵指数,等熵指数是压力和温度的函数,必要时采用κ=1.3;
P2为孔板下游侧绝对静压P2= P1-△P。
(2)涉及到的独立变量
P1为孔板上游侧绝对静压;
△P为差压,计量仪表的实测值。
4)d的确定方法
d=d20[1+λd(t1-t20)]
(1)涉及到的中间变量
λd孔板材料在20℃~t1范围内的线膨胀系数,根据孔板材料为确定值
(2)涉及到的独立变量
d20为孔板开孔在20℃下的实测值
t1为天然气流过节流装置时的实测气流温度。
5)E确定方法
(1)涉及到的中间变量
β=d/D
(2)涉及到的独立变量
d20为孔板开孔在20℃下的实测值;
D20为管道在20℃下的实测值。
6)FG的确定方法
(1)涉及到的中间变量
Gr——气体的真实相对密度;
(2)涉及到的独立变量
天然气的摩尔组分值
7)FT的确定方法
(1)涉及到的中间变量
T1= t1+273.15
(2)涉及到的独立变量
t1-_气体的实际测量温度
8)FZ的确定方法
式中:
Zn为然气在标准状态下的压缩因子,
Z1为然气在工作状态下的压缩因子
涉及到的中间变量:
Zn、 Z1这两个变量都可以通过计算和测量两种方法来确定,可以遵照标准GB/T17747.2 天然气在工作状态下的压缩因子《天然气压缩因子的计算 用摩尔组成进行计算》和标准GB/T17747.3 《天然气压缩因子的计算 用物性值计算》来计算。压缩因子和密度互为函数关系,一般只需测定一个。
由以上参数的确定方法可以看出,在参与计算的参数中,有些是无法实测的,称为统计量,例如流出系数C,可膨胀性系数ε,其他的参数都可以通过测量单独变量计算得出,这些单独变量包括测量管内径d20,孔板开孔直径D20,差压△P,天然气流动的热力学温度t1,天然气流动时上游测的压力P1,相对密度,天然气压缩因子。下面就针对这些参数和变量的性质,分析其误差产生的原因,在实际应用中,采取相应的措施,使天然气计量误差得以降低。
3 天然气计量误差产生的原因分析
3.1统计量的误差分析
1)流出系数C
对于流出系数C的研究,人们一直没有停止过,通过丰富和充分的试验数据,人们对影响流出系数的因素有了许多的认识,影响流出系数偏离的原因[2]:
(1)仪器本身产生的误差
①孔板入口直角锐利度超出标准规定;②管径尺寸与计算不符;③孔板厚度误差;④节流件附件产生台阶、偏心;⑤孔板上游端面平度;⑥环室尺寸产生台阶、偏心;⑦取压位置;⑧焊接、焊缝突出;⑨取压孔加工不规范或堵塞;⑩节流件不同轴度。
(2)安装误差
管线布置的偏离,管线布置的偏离造成的安装误差是普遍性的,其产生的主要原因是现场不能满足直管段要求的长度。
(3)使用误差
①孔板弯曲(变形) ;②上游测量管沉积脏物;③上游端面沉积脏物;④孔板入口直角边缘变钝、破损;⑤雷诺数范围不符合标准规定;⑥管道粗糙度影响(管道粗糙度增加、管道粗糙度变化)。