天然氣流量計測量產生誤差的主要因素分析

早在20世紀30年代開始在市場投入使用，隨之在生產領域獲得了大規模廣泛應用，截至目前，孔板流量計生產制造與使用技術已經成熟，借助上長期的試驗研究及實踐經驗總結，
我國制定了天然氣行業標準中《天然氣流量的標準孔板計量方法》(SY/6143-1996)，規定標準孔板的結構形式、技術要求、節流裝置的取壓方式、使用方法以及流量計算及其不確定度方面的資料，為天然氣流量計量提供了標準依據。
 
我國是天然氣資源豐富的大國，天然氣遠景儲量達3.8*1013m3(38萬億m3),目前已探明儲量就有1.6*1012m3(1.6萬億m3)，天然氣不僅是一種、 清潔燃料，也是一種的化工原料，天然氣流量計量已經成為天然氣工業發展的重要制約因素，是天然氣供需雙方貿易結算的依據,又是生產部門用氣效率的技術指標，是目前我國天然氣使用中迫切需要解決的一個重要問題，
 
孔板流量計由3部分組成：節流裝置 、差壓變送器和流量顯示儀。孔板流量計易于偏離標準的原因在于儀表本身的工作原理與結構特點,儀器自身誤差是制造時產生的安裝和使用誤差則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。
1.1計量儀表自身引起的測量誤差

采用天然氣流量計測量，對孔板加工技術要求很高，一定要符合相關標準中的規定，否則，會給流量測量結果帶來很大的誤差。孔板的偏心和彎曲是孔板的制造安裝和使用中影響計量儀表精度的主要因素。

1.1孔板流量計生產階段及安裝因素造成的影響
1.1.1孔板安裝不當引入的誤差
盡管安裝規范一般都能夠掌握，但有些細節往往沒有引起重視，導致較大的計量誤差。如密封墊片內孔未按環室尺寸加工，墊片伸出環室，干擾流體穩定流動；導壓管走向不合理，差壓無法順利傳導；平衡器不水平，直接產生計量誤差等。
1.1.2孔板偏心和孔徑比大小引起的誤差
根據標準的要求，孔板應與節流裝置中的直管段對中。一般說來，孔徑比β值越高，偏心率對測量準確度影響越大。另外根據體積流量不確定度公式：

從公式（1）可以計算得出孔徑比β與流量不確定度的關系：流量不確定度基本隨著β增減而增減，當β<0.6時，不確定度的變化很小，基本為一條直線；隨著β的增大，不確定度迅速增大，當β=0.75時，不確定度達到Z大。因此應避免采用孔徑比大的孔板。
1.1.3孔板彎曲引起的測量誤差
節流裝置中伸入管內的墊片、焊縫等也會引起測量誤差，誤差大小與突出物位置、孔板與突出物的距離等有關。有關實驗表明，當β=0.7，突出物位于孔板上游管徑2倍時，產生誤差Z大；若突出物位于孔板上游處，誤差為16%～50%。若位于下游，則對計量精度的影響相對較小。

1.2使用條件變化引起的測量誤差
這種誤差主要是由脈動流現象和超量程、流程頻繁波動等問題引起的。管道中氣體流速和壓力發生突然變化，造成脈動流，引起差壓波動，當孔板流量計節流裝置上出現明顯的脈動流時，計量可能產生較大誤差，有關文獻指出脈動流引起的誤差Z大可達20%～30%。當前，輸氣干線脈動主要來源：一是，天然氣氣井為氣水同產，這些井的計量差壓均發生波動；二是，長輸管道或氣田管道積液造成差壓波動；三是，氣井之間的壓力干擾造成差壓波動；四是，由于小用戶用氣不均衡，氣量瞬間發生急劇變化，供氣閥突開或突關都會導致差壓波動。

超量程問題大多數是由于季節不同，用量發生變化引起的，特別是蒸氣計量，冬天時流量大，夏天時流量小，有可能超過所選儀表的量程，從而引起誤差。同時，城市用氣而無調峰設施的計量裝置，當流量隨時間頻繁波動時，將會直接影響對天然氣計量的準確度。

1.3測量介質條件引起的誤差
1.3.1天然氣中的雜質
天然氣從地層中采出來，雖然經過分離、除塵或過濾，但由于處理不*或集氣管網和輸氣干線內腐蝕物的影響，使得天然氣中混有少量的液體或固體雜質，這些雜質易聚集在孔板截面收縮、流速突變的孔口銳邊上，而天然氣流量計對孔板銳邊、截面及流線的變化非常的敏感。此外，天然氣中的雜質還會對孔板產生沖刷和腐蝕，特別是對孔板直角入口邊緣和測量管內壁的沖刷腐蝕特別嚴重，這將影響到孔板直角入口邊緣圓弧半徑和測量管內壁相對粗糙的規定標準，孔板流出系數也將發生變化，使測量準確度達不到要求。
1.3.2天然氣的含水量
天然氣的含水量也對天然氣計量準確度有著很大的影響。美國雪佛龍公司和科羅拉多工程實驗站用注水后的天然氣流量計進行計量得到了：
1）天然氣流量計測量氣體流量，當氣體中央帶少量液體時，流量測量不確定度偏高，測量的濕氣流量隨β的增加而減少，在β比為0.7時，測得的流量偏差為-1.7%。
2）夾帶少量液體時，在β比為0.5時表明孔板性能較好，但是應將夾帶液體在孔板上游脫出，以獲得的計量性能。
3）舊的天然氣流量計測量濕氣，流量計量值將降低3%。

1.4計量系數引起的誤差
1.4.1流出系數C對計量精度的影響
流出系數C是在上游直管段充分長的試驗條件下，并且孔板節流裝置在滿足規定的技術指標下進行校準標定才有效。當R較小時，流出系數會變大，當R較大時，流出系數會變小。流出系數C隨流量的增大而減小，實際流量越小于刻度流量，流出系數C引起的流量誤差則越大。天然氣流量計的流出系數C不是一個定值，它隨R的變化而變化，但是當R增大到某一數值時，變化量減小。對于法蘭取壓，R應該在106以上，對于角接取壓，R應在2×105以上。
1.4.2可膨脹系數ε對流量計量的影響
可膨脹系數ε是因氣體流經孔板時密度產生變化而引入的修正系數，這是流量誤差的一個重要來源。當天然氣流量低于設計流量時，實際的ε低于設計的ε，導致測量結果偏小；反之，測量結果偏大。當實際流量與設計流量一致，而靜壓P1低于設計壓力，實際的ε小于設計的ε，使流量測量偏大，反之偏小。
1.4.3天然氣壓縮因子對流量計量的影響
流量計量結果是以工作狀態下的流量形式給出，由于各地工況不同，需將流量轉化為統一標準下的氣體流量。在壓力不高、溫度不低的情況下，可以按照理想氣體方程進行體積流量換算。然而，實際氣體和理想氣體總有一定差別，尤其是在管道壓力較大或是溫度變化較大的情況下，氣體并不遵循理想氣體狀態方程。天然氣壓縮系數的求解有卡茨曲線圖求解法、卡茨表求解法、查《天然氣壓縮系數速查手冊》法。比較而言，《速查手冊》能迅速、方便地計算出壓縮系數，但誤差更大。
卡茨表Z，但由于卡茨表的壓縮系數太少，當表內沒有對應數值，還需用內插法算出，使用較麻煩。

1.5其他原因引起的誤差
其他誤差因素有：管道泄露、人為破壞、管理不嚴、不合理的積算和取值方法、計量工況偏離標準規定條件等。積算方法本身不合理，對溫度、壓力、氣體組成的變化沒有自動補償以及突發事件等毫無疑問也是引起天然氣計量誤差的原因。特別是管道泄露引起的誤差相當大。例如節流裝置前后的差壓一般都很小（有的僅為kPa-60kPa），管道壓力往往是它的幾十倍，如發生導壓管泄漏或堵塞，不僅給計量帶來誤差，而且會損壞差壓變送器。