天然气管道的迅速发展，要求对天然气流量进行更加准确的计量。由于孔板计量方式结构简单、投资少、计量精度较高，成为我国天然气流量最主要的计量方式，在全国各大油田均有应用。据调查，石油天然气行业采用孔板流量计作为贸易计量的约占95% 以上。孔板流量计是通过测量安装在管路中的同心孔板两侧差压来计算流量的一种检测设备。它由节流装置、差压计、压力计和温度计等组成。它以能量守恒定律和流动连续性方程为理论依据，由标准节流装置产生差压，应用成熟、可靠的仪表进行差压、压力、温度测量，由流量积算仪或计算机控制系统进行计算得到天然气的流量。在实际工作中，由于计量仪表误差以及使用条件变化带来的误差往往使孔板流量计的精度不能达到要求。因此，找出引起误差的因素，提出改进措施对于提高天然气计量精度具有重大意义。
1 计量误差分析
1.1 被测介质实际物理性质的不确定度因素
1.1.1 天然气相对密度对流量计量的影响
天然气流量值与1/ Gr的平方根成正比例变化，如果将Gr作为一个独立量看待，则当Gr的不确定度为±0.5%时,由此引起的天然气标准体积流量的不确定因素为± 0.25%,可见,天然气真实相对密度Gr对流量计量的影响很大。Gr的不确定度是由实际天然气各有关物理参数确定、测量、分析的不确定度引起的。比如，实际空气的组分偏离标准组分的偏离程度,各有关组分分子量测量的不确定度。
Gr的确定方法可分为2 类,一是用真实相对密度计测量，例如浮力气体天平、动量密度计、气体密度计等;二是先利用气分析仪分析出天然气的全组分，然后根据天然气组分计算Gr值。目前，我国普遍采用第2 种方法，但由于压力温度的变化，Gr并不是一个定值。采用在线色谱及时检测到组分的变化情况,可以提高计量精度。
1.1.2 天然气压缩因子对流量计量的影响
流量计量结果是以工作状态下的流量形式给出,由于各地工况不同,需将流量转化为统一标准下的气体流量。在压力不高、温度不低的情况下,可以按照理想气体方程进行体积流量换算。然而,实际气体和理想气体总有一定差别,尤其是在管道压力较大或是温度变化较大的情况下,气体并不遵循理想气体状态方程。天然气压缩系数的求解有卡茨曲线图求解法、卡茨表求解法、查《天然气压缩系数速查手册》法。比较而言,《速查手册》能迅速、方便地计算出压缩系数, 但误差更大。卡茨表最精确, 但由于卡茨表的压缩系数太少,当表内没有对应数值,还需用内插法算出, 使用较麻烦。
1.1.3 可膨胀系数ε对流量计量的影响
ε是因气体流经孔板时密度产生变化而引入的修正系数,这是流量误差的一个重要来源。当天然气流量低于设计流量时,实际的ε低于设计的ε,导致测量结果偏小,反之,测量结果偏大。当实际流量与设计流量一致,而静压p 1 低于设计压力, 实际的ε小于设计的ε,使流量测量偏大,反之偏小。
1.1.4 脉动流对流量计量的影响
脉动流是由管道中气体的流速和压力发生突然变化造成的,它能引起差压的波动,使记录曲线变成一个宽带。引起脉动流的起因有单一的,也有多个因素综合的,如长输管道积液、天然气压缩机的使用、气井之间压力干扰、用户用气不均、供气调压阀开度的突然改变等均能引起差压波动。
1.2 仪器的设计安装管理误差分析
1.2.1 仪器的设计误差
仪器本身产生的误差是由于仪器本身设计、安装上和使用过程中，某些结构发生了变化，导致测量参数变化，从而影响了气体的测量准确度。主要表现为孔板入口直角锐利度不够，管径尺寸与计算不符,孔板厚度误差，节流附件产生台阶、偏心，孔板上游端面有划痕和毛刺,环室尺寸产生台阶、偏心，取压孔加工不规范或堵塞，焊接、焊缝突出，节流件不同轴度。
1.2.2 安装管理误差
安装管理误差如果不及时解决,会成为一个无法进行完全定性分析的潜在误差源。安装误差具有普遍性,如现场的施工条件不能满足直管段要求的长度或管材不符合要求等。具体表现为管路超长、弯折偏多、孔板变形、上游测量管沉积脏物造成管径偏小、Re范围不符合标准规定、管道粗糙度影响、焊口错位。管理上的误差主要表现为仪表型号、孔板尺寸与流量不匹配,引压管、平衡阀、差压计各连接部位的渗漏,大气温度、管壁积液、结蜡的影响,人员操作错误。
1.3 流量积算方法不当对计量的影响
标准孔板节流装置与配置不同的二次测量仪表构成不同的流量积算方法。采用标准孔板流量计测量天然气流量,其流量值与天然气组分、差压、压力、温度等有关。如果流量测量系统没有严格按计量标准要求配置相应的测量仪表, 流量积算时气体压力、温度和天然气组分的变化没有得到完全补偿,就会降低流量计的准确度。
与本文相关：孔板流量计 http://www.kongban.net
