標準孔板流量計測量天然氣流量的誤差分析

   1 差壓式流量計量系統的工作原理

    對于測量氣體來講，差壓式天然氣流量計是一類應用zui廣泛的流量計，在各類流量儀表中其使用量占居*。近年來，由于各種新型流量計的問世，它的使用量百分數逐漸下降，但目前仍是zui重要的一類流量計。差壓式流量計是根據安裝于管道中標準孔板產生的差壓，已知的流體條件和標準孔板

與管道的幾何尺寸來計算流量的儀表。差壓式流量計由一次裝置（標準孔板）和二次裝置（差壓變

送器、配電器、控制器和流量計算機）組成。

    孔板天然氣流量計量系統主要由標準孔板、差壓變送器和流量計算機組成，即有硬件和軟件兩部分組成。孔板的作用主要是氣體流經孔板時使上下游側產生壓力差P1，P2；差壓變送器的作用是將壓差轉換為4―20mA的標準信號；流量計算機主要是根據SY/T6143-2004標準——《用標準孔板流量計測

量天然氣流量》，以天然氣在標準條件下體積流量計算實用公式qvn=AvnCEd2FGεF2FT（P1△P）為

核心進行編程和組態，將采集來的所有相關天然氣的工況數據進行處理，zui后以標況體積流量顯示

給用戶。

    2 差壓式流量計量系統常見誤差進行分析

    由于計量儀表誤差以及現場使用條件不*符合標準規定的情況是難免的，其帶來的誤差往往

影響計量貿易結算。下面就常見的誤差進行分析。

    （1）對用戶的用氣量掌握得不夠準確，即用于計算孔板孔徑的zui大流量和zui小流量偏離用戶

實際的zui大流量和zui小流量較大，這樣造成計算出來的孔板孔徑較大，即而產生誤差。

    現根據SY/T6143—2004天然氣流量計量方法中的使用公式：qvn=AvnCEd2FGεF2FT（P1△P）？

分析：在壓力、溫度及組分不變的情況下，AvnCEFGεFZFT是常數，差壓計量程不變，變量是d和△

P。

    大孔板測小流量，△P偏小，這樣使差壓計工作在量程的10%以下，這是不符合SY/T6143—2004

的要求即差壓值宜工作在滿量程的10%～90%范圍內。

    （2）孔板的制造和安裝應符合SY/T6143—2004的規定才能投入使用。孔板在使用過程中受氣

體的沖刷和腐蝕程度不同，特別是對孔板直角入口邊緣和直管段內壁的沖刷腐蝕尤為嚴重，這將影

響到孔板直角入口邊緣圓弧半徑rk和直管段內表面粗糙度算術平均偏差Ra的標準規定，流出系數C

將發生變化，流量測量的不確定度超過估算值。為了避免這種誤差，更換新孔板和新直管段，若要

繼續使用可求出rk和Ra，對流出系數修正后再使用。修正方法為：將原流出系數C乘上孔板尖銳度

系數bk和粗糙度系數rRe或者同時乘bk和rRe，即C′=CbkrRe。

    可以看出修正后的流出系數比原流出系數要大，如果不進行修正這樣計算的流量結果qvn偏小

。

    2.3 由于差壓式流量計對現場的安裝要求比較高，所以下面談談一些安裝不當造成的誤差。

    SY/T6143—2004標準規定差壓變送器與壓力變送器的取壓孔和導壓管分開設置，在保證雙重連

接不導致差壓測量的誤差時，允許將上游靜壓取壓口與差壓變送器的上游取壓口共用。

    如果差壓變送器下游側導壓管的排污閥由于人為操作或者產生泄露，這時P2減小，則△P=P1-

P2增大，根據公式qvn=AvnCEd2FGεF2FT（P1△P）可以看出zui終的體積流量qvn增大。所以標準要

求閥組應有封記，以防未經許可的操作影響整個測量準確度。

    現場惡劣工作條件下，節流裝置與差壓變送器及其連接部分引壓管線是使用維護的重點。其產

生誤差的因素主要有：①現場不能滿足直管段要求的長度。②上游測量管沉積臟物。③直管段粗糙

度影響，④節流件產生臺階、偏心。⑤孔板上游端面平度。⑥取壓位置。焊接、焊縫突出。⑦導壓

管的敷設及防凍。⑧節流件不同軸度。⑨直管段的圓度和直度。⑩溫度變送器的安裝。

    2.4 流體參數的變化所帶來的誤差

    天然氣從單井計算，集氣計量到配氣計量，氣體組分各不相同。由于氣體組分的變化引起天然

氣相對密度Gr的變化，終而影響體積流量。目前南氣末站計量系統采用的是直接輸入天然氣組分和

相對密度的方法；假如天然氣的來源發生變化，則組分就不同，相對密度也不同，所產生的熱量也

是不一樣的。根據公式FG=（1/Gr）?得知，由于組分的改變導致相對密度Gr變小或變大，那么FG變

大或變小，則qvn變大變小。所以說天然氣的來源改變就要對天然氣的組分進行分析，若不及時糾

正就會產生偏差。

    由于流出系數C與雷諾數Re有關。雷諾數的大小取決于三個參數，即流體的速度、流束的定型

尺寸以及工作狀態下的粘度。在雷諾數較小時，流出系數的變化較大，因此，在被測流量偏離常用

流量時，會引起附加誤差。為了使這個附加誤差不致太大，對已知β值的節流裝置，在雷諾數

較高的區域內使用。

    3 解決天然氣計量問題的幾條途徑

    3.1 加強管理，提高技術人員素質

    安裝和使用誤差是在安裝時或長期使用中由于流體介質腐蝕、磨損、沾污等造成的。因此，應

嚴格按技術要求安裝流量計量系統，消除安裝誤差。在使用過程中，操作人員應做好系統的檢修、

維護、保養工作，延長其使用壽命，減小計量誤差。同時，在實際使用中應嚴格執行SY/T6143-

2004標準規范。

    3.2 測量儀表的正確選用

    測量儀表應標準節流裝置，當流量變化范圍大時要考慮用寬量程智能差變，二次儀表的計

量模型應符合SY/T6143-2004的要求計算FZ能輸入組份，實時計算C值。

    3.3 加強技術人員的培訓

    要求對計量技術人員不定期的進行在外學習、交流，對計量檢定人員可以適當的采取內部培訓

的方式，改善計量隊伍的結構，加強單位*的計量管理，逐步提高計量人員的技術素質，對

更好的加強計量監督具有重要的意義。因此在天然氣計量的實際應用中要求技術人員應深入研究

SY/T6143-2004的精髓，嚴格按標準規定安裝、使用、處理數據，保證天然氣計量的準確性。

    4 天然氣計量的發展方向

    引進、消化、吸收近幾年發展起來的天然氣計量新技術。從國外情況來看，在天然氣貿易

中能量計量幾乎已全面取代傳統的體積計量，而我國的天然氣計量領域中體積計量仍占統制地位。

為了盡快與接軌，使用單位與各科研究院所聯合攻關，開展天然氣能量計量的試驗工作，并在

此基礎上完成標準化，SY/T6143-2004標準就完善了質量計量和能量計量，在消化引進技術的基礎

上發展適合我國國情的天然氣質量、能量計量系統。

    5 結論

    由于孔板天然氣流量計在使用中，產生誤差的因素很多，所以要求計量技術人員加強計量系統在現場的安裝要求和儀表選型以及軟件組態，對產生的誤差要及時地應用科學方法修正，保證天然氣貿易結算正常運行。