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影響丙烷氣流量計(jì)測量的因素及如何提高計(jì)量精度的研究

點(diǎn)擊次數(shù):1952 發(fā)布時(shí)間:2020-11-06 08:35:44
伴隨國內(nèi)能源工業(yè)的迅猛發(fā)展,天然氣這一潔凈高效的能源所占能源結(jié)構(gòu)的比重越來越大,因此在實(shí)際生產(chǎn)中對對精度高的天然流量計(jì)測量儀表的需求也應(yīng)運(yùn)而生。綜觀國內(nèi)目前的天然氣測量中,尤其是大部分的大型天然氣企業(yè),采用的都是在采用丙烷氣流量計(jì),究其原因,是其具有的結(jié)構(gòu)簡單,造價(jià)低廉且測量精度較高的諸多優(yōu)點(diǎn)。根相關(guān)統(tǒng)計(jì)部門的數(shù)據(jù),國同有95%的石油天然氣企業(yè)都將丙烷氣流量計(jì)用于貿(mào)易結(jié)算。
丙烷氣流量計(jì)是什么樣的一類儀表,其工作原理和方式又是什么?丙烷氣流量計(jì)是由節(jié)流裝置、差壓計(jì)、壓力計(jì)和溫度計(jì)構(gòu)成,主要是由它根據(jù)能量守恒定律和流動連續(xù)性方程這些原理來設(shè)計(jì)制造的,方法是通過節(jié)流裝置產(chǎn)生壓力差,然后再進(jìn)過一些儀器測量壓力差和壓力、溫度,*后在使用 流量積算儀或者計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)*后得到數(shù)據(jù)。本文通過較為詳細(xì)的介紹,對丙烷氣流量計(jì)的原理及使用中涉及的各個(gè)方面加以論述。
1 丙烷氣流量計(jì)工作原理及特點(diǎn)
丙烷氣流量計(jì)以能量守恒定律和流動連續(xù)性方程為設(shè)計(jì)原理,其計(jì)算方法是根據(jù)裝在管路中的同心孔板兩邊的壓力差來計(jì)算的,其 結(jié)構(gòu)是由溫度計(jì)、壓力計(jì)、節(jié)流裝置等構(gòu)成。由于其造價(jià)便宜,結(jié)構(gòu)簡單,具有較高的測量精度,并且適用于精度要求不高的工程測量以及貿(mào)易。我國使用孔板流量 計(jì)已經(jīng)有很長的一段時(shí)間了,并擁有非常成熟的丙烷氣流量計(jì)設(shè)計(jì),生產(chǎn),加工經(jīng)驗(yàn),其生產(chǎn)的丙烷氣流量計(jì)也可以測量一些未知范圍的天然氣流量?,F(xiàn)目前,我國主流 的天然氣測量儀器還是丙烷氣流量計(jì)
2 天然氣流量計(jì)算方法
2.1 天然氣體積流量計(jì)算基本公式
式中 Qn———標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積流量,m3/s;
C———流出系數(shù);
β———直徑比;
ε———可膨脹系數(shù);
d———孔板開孔直徑,mm;
Δp———節(jié)流件前后的壓差,Pa;
ρ1———天然氣在上游工況條件下的密度,kg/m3;
ρn———天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度,kg/m3。
2.2 天然氣體積流量計(jì)算實(shí)用公式
式中,As———秒計(jì)量系數(shù),視采用計(jì)量單位而定,此式As=3.1794×10-6;
E———漸進(jìn)速度系數(shù);
FG———相對密度系數(shù);
Fz———超壓縮因子;
Fr———流動溫度系數(shù);
P1———孔板上游取壓孔絕對靜壓,MPa。
3 丙烷氣流量計(jì)計(jì)量誤差分析
3.1 流出系數(shù)C對計(jì)量精度的影響
丙烷氣流量計(jì)的校準(zhǔn)于流出系數(shù)有關(guān),它需要在上游直管段達(dá)到足夠的長度,同時(shí)其的節(jié)流裝置需要到達(dá)必要的技術(shù)要求。而流動 系數(shù)又與雷諾數(shù)有關(guān)且隨其變化。c值增大時(shí),雷諾數(shù)會變小,反之則c值減小時(shí),雷諾數(shù)會增大。流動系數(shù)C也會隨著流量變化而變化,其變化是隨流量的變大而 減小,當(dāng)實(shí)際的流量比刻度流量小時(shí),則由其帶來的流量誤差會增大。同時(shí)C值是個(gè)變量,其根據(jù)雷諾數(shù)改變而改變,當(dāng)雷諾數(shù)到一定值時(shí),其變化量將會變小。關(guān) 于法蘭取壓,雷諾數(shù)要超過106,而關(guān)于交接取壓其值要超過210.
3.2 被測介質(zhì)實(shí)際物理性質(zhì)的不確定度因素
(1)天然氣相對密度對流量計(jì)量的影響。
天然氣流量值會隨著1/Gr變化而變化,其兩者之間關(guān)系是正比例關(guān)系,這一點(diǎn)可以從上面公式(2)中可得知中可以看出。 假如把Gr看作一個(gè)單獨(dú)的量,那么當(dāng)Gr的不確定度為正負(fù)百分之零點(diǎn)五,這是天然氣標(biāo)準(zhǔn)體積流量的不確定因素為正負(fù)百分之零點(diǎn)二五,因此顯而易見流量計(jì)量 會受到天然氣實(shí)際的相對密度的影響。而導(dǎo)致Gr不確定度出現(xiàn)的原因是由于沒有測量和分析以及確定出真實(shí)天然氣的相關(guān)物理參數(shù)。例如,實(shí)際空氣的組分偏離標(biāo) 準(zhǔn)組分的偏離程度,各有關(guān)組分分子量測量的不確定度。目前Gr有兩種辦法確認(rèn),*一是用浮力氣體天平、動量比重計(jì)等儀器檢測其實(shí)際相對密度;*二種是采用 氣分析儀器,先得知天然氣的全部組成部分,再根據(jù)其算出Cr值。現(xiàn)在我們**通常使用后一種方法。但是因?yàn)榇嬖谥鴫毫囟炔睿訥r是一個(gè)變量。這時(shí)需 要使用在線色譜,觀察其變化狀況,從而進(jìn)一步增加計(jì)量的精度。
(2)天然氣壓縮因子對流量計(jì)量的影響。
流量計(jì)量的結(jié)果通常表現(xiàn)為在實(shí)際運(yùn)行中的流量流出,但是因?yàn)楦鱾€(gè)工程的實(shí)際情況不同,那么這時(shí)候就一般認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)氣體流 量。當(dāng)我們遇到外部因素的影響時(shí)(氣壓不高、溫度高),也可以用理想氣體方程等到體積流量。然而現(xiàn)實(shí)和理想是有差異的,同樣的現(xiàn)實(shí)氣體也同樣與理想氣體有 差異,特別是在由于管道壓力大和其溫差大時(shí),理想氣體狀態(tài)方程不在適用在這里??梢杂?jì)算出天然氣壓縮系數(shù)辦法的有三種,*一是用卡茨曲線圖求解法,其優(yōu)點(diǎn) 在于求解方法快速,使用方便,但其缺點(diǎn)就是誤差較大。*二是采用卡茨表求解法,但其缺點(diǎn)在于算法繁瑣,當(dāng)沒有有關(guān)壓縮系數(shù)時(shí)還要用到內(nèi)插法,但其優(yōu)點(diǎn)在于 算出的數(shù)值*準(zhǔn)確。*三種是查閱《天然氣壓縮系數(shù)速查手冊》。
(3)可膨脹系數(shù)ε對流量計(jì)量的影響。
我們需要在氣體經(jīng)過孔板的時(shí)候?qū)γ芏鹊挠绊懙淖兓尤胍粋€(gè)修正系數(shù)ε。這個(gè)引進(jìn)的系數(shù)使我們在實(shí)際工作中產(chǎn)生誤差一個(gè)主 要的原因。如果工作中天然氣的流量沒有達(dá)到預(yù)期的程度的時(shí)候,真正的修正系數(shù)的ε會比規(guī)劃中的ε要小很多。*后讓工作中得出的結(jié)果數(shù)據(jù)要比預(yù)期的數(shù)據(jù)小很 多。假設(shè)真正修正系數(shù)比工作中的修正系數(shù)要大,*后得到的結(jié)果也要比真正地結(jié)果要大很多。
(4)脈動流對流量計(jì)量的影響。
造成脈動流的根本原因是因?yàn)閮x器管道中氣體流過的速度還有氣體的壓力產(chǎn)生改變,這個(gè)改變能夠引導(dǎo)出壓力差的改變,讓我們 儀器記錄下來的線條是不是一根線。而是一段寬帶。然而讓這個(gè)脈動流產(chǎn)生的原因有些只有一個(gè),而另一些卻是有很多個(gè)原因結(jié)合到一起的。比如我們長距離管道中 殘余液體的積累,壓縮天然氣的儀器的使用,天然氣井田中壓力的變化擾動,天然氣使用單位不能很平均的使用天然氣。能夠有穩(wěn)定的流量流動才是截留裝置計(jì)算流 量*基本的因素,當(dāng)我們需要測量的單位產(chǎn)生波動的時(shí)候,我們就不能很好的對其進(jìn)行測量,這樣就會使測量的誤差增大。因此我們?yōu)榱俗屛覀?終的測量結(jié)果誤差 小,就有必要對脈動流進(jìn)行削弱。
3.3 儀器的設(shè)計(jì)、安裝管理誤差分析
(1)儀器的設(shè)計(jì)誤差
儀器差生誤差的原因是因?yàn)閮x器本身設(shè)計(jì)的不足或者是因?yàn)樵趦x器使用的時(shí)候產(chǎn)生了一些不可預(yù)測的改變。這種誤差主要是以下 幾個(gè)方面體現(xiàn)出來:*一是因?yàn)閮x器孔板的上面構(gòu)成角度的尖銳程度還沒有達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn),儀器管孔的參數(shù)沒有按照計(jì)算制造,儀器控板的高不能達(dá)到工作標(biāo)準(zhǔn), 或者是工作本身就沒有按照規(guī)定的流程進(jìn)行,致使工作中出現(xiàn)許多不可逆的失誤,*終導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。
(2)安裝管理誤差
那么這個(gè)誤差會*后發(fā)展成一個(gè)不能有一個(gè)準(zhǔn)確判定的持續(xù)差生誤差的源頭。產(chǎn)生這種誤差有很強(qiáng)的普通性。比如在施工的時(shí) 候,符合要求的施工材料不夠,施工的材料參數(shù)不能滿足施工所需要的參數(shù),這些參數(shù)具體體現(xiàn)在材料的長度,材料的制造工藝,材料孔板的形變,還有材料中冗余 物質(zhì)對材料本身參數(shù)造成的映像,材料雷諾參數(shù)的不能滿足制造所需的要求,材料焊接的位置發(fā)生偏差。而管理上面的錯(cuò)誤主要在于:工作儀器不是我們所需要的儀 器、孔板的直徑不能通過相應(yīng)的流量,引壓管、平衡閥、差壓計(jì)各連接部位發(fā)生的錯(cuò)誤,人員自身操作產(chǎn)生的錯(cuò)誤。
3.4 流量積算方法不當(dāng)對計(jì)量的影響
現(xiàn)階段我們使用的一般的孔板節(jié)流裝置和與它解構(gòu)不一樣的二次測量工具使用不一樣的數(shù)據(jù)計(jì)算方法。我們需要使用符合規(guī)則的 孔板流量工具來計(jì)算天然氣的流量,它的數(shù)據(jù)和天然氣的各個(gè)方面都有密不可分的聯(lián)系。假設(shè)我們使用的流量測量體系并沒有符合相應(yīng)的配置工具,它就會在工作時(shí) 不能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算,使儀器的誤差增大。
4 丙烷氣流量計(jì)運(yùn)行中準(zhǔn)確計(jì)量的影響因素
現(xiàn)階段我們的儀器維護(hù)板的流量統(tǒng)計(jì)表經(jīng)過長期的使用經(jīng)常出現(xiàn)一下一些問題:
(1)我們使用的*基本的孔板測量儀器,有一個(gè)能夠測量的范圍有限、測量的準(zhǔn)確性不高、測量本體的環(huán)境因素影響較多時(shí)我們需要使用不同的孔板原件。
(2)在一些特殊的時(shí)間里,我們的天然氣中含有許多的雜質(zhì),使天然氣的純度得不到提高。這會讓計(jì)量儀器管道被堵塞,造成一些其實(shí)可以避免的誤差。
(3)因?yàn)楝F(xiàn)階段的天然氣與天然氣液體不能很好的分開,會讓導(dǎo)出壓力的管道中和壓力計(jì)算記因?yàn)檎龎号c負(fù)面壓力而產(chǎn)生多余的水分與油,這會讓差壓計(jì)因?yàn)橛卸嘤嗟囊后w而計(jì)算不準(zhǔn)確。
(4)孔板在每隔一段時(shí)間都需要檢查一次,還需要經(jīng)過洗凈與測量常規(guī)參數(shù),但是天然氣計(jì)的工作條件不好,不能每隔一段時(shí)間就進(jìn)行檢查與維修。
(5)當(dāng)介質(zhì)的壓力和溫度都發(fā)生不同的變化的時(shí)候,天然氣的體積也會跟隨這變化,這會讓天然氣計(jì)出現(xiàn)誤差。
5 提高丙烷氣流量計(jì)計(jì)量精度的措施
我們從計(jì)量天然氣產(chǎn)生誤差的原因入手,研究出幾種在進(jìn)行天然氣計(jì)量不同時(shí)間段的不同辦法來降低誤差。
5.1 丙烷氣流量計(jì)的設(shè)計(jì)安裝上應(yīng)嚴(yán)格符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
我們現(xiàn)階段的孔板節(jié)流裝置應(yīng)該要和規(guī)定(SY/T6143-1996)所有的指標(biāo)都要吻合,尤其實(shí)在進(jìn)行安裝的時(shí)候,必須要與響應(yīng)的參數(shù)來匹配相應(yīng)的材料,大多數(shù)情況下都需要*少前30D。
5.2 消除脈動流
(1)使用風(fēng)吹,掃除的,清理管道或者在低的地方使用分液器來讓管道中多余的液體減少。
(2)我們需要我計(jì)量能力能夠做到的情況下,使測量管道的內(nèi)徑見效,從而讓差壓和孔徑比得到提高。
(3)在實(shí)際工作中,我們要盡可能使用短引壓管線,這樣的目的是為了讓引壓管線中的阻力,而且還能讓上游和下游的管線的長一樣。這樣就能在實(shí)際工作中降低工作系統(tǒng)里的諧振和壓力脈動振幅。
(4)我們需要將測量點(diǎn)的前面增加一個(gè)調(diào)整壓力的閥門,使壓力能夠平穩(wěn)的被輸出,在測量管前面增加一個(gè)緩沖罐用來使氣體得到儲存和釋放也能起到見效誤差的作用。
(5)控制計(jì)量管段下流閥。

上一篇:正確的口徑選擇對于丙烷流量計(jì)精確測量的重要性說明

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