孔板流量计计量误差现场因素分析

长距离输气管道通常采用差压式孔板计量进行贸易计量交接。由于多种原因，计量数据会存在偏差。为此，根据计量公式，结合日常运行实际，现对计量过程中的影响因素进行分析，确定各种因素对计量结果的影响方向，为精准计量和寻找计量误差提供依据。

    石油行业标准SY/T6143-2004《用标准孔板流量计测量天然气流量》中，列出了天然气标准体积流量计算公式：

    式中q_vn—天然气在标准参比条件下的体积流量，m³/s；

    A_vn—体积流量计量系数，无量纲，秒体积流量m³/s计量系数A_vns=3.1794×10^-6；

    C—流出系数，无量纲；

    E—渐进速度系数，无量纲；

    d—孔板开孔直径，mm；

    F_G—相对密度系数，无量纲；

    ε—可膨胀性系数，无量纲；

    F_Z—超压缩系数，无量纲；

    F_T—流动温度系数，无量纲；

    P₁—孔板上游侧取压孔气流绝对静压，MPa；

    Δ_p—气流流经孔板时产生的差压，Pa。

    现场因素分析

    1 气体组分和气体质量对计量结果的影响

    气体组分数据的得出有两种情况。一是有气质监测设备，定时把现场数据采集到计量系统中，适时更新；另一种是由于运行成本及其他原因，气体组分采用异地测量、人工输入的方式。组分对计量结果的影响为：如果轻质成分（如甲烷）含量增加，则天然气密度ρn会减小，根据G_r=ρ_n/1.204449，真实相对密度G_r相应减小，根据公式相对密度系数F_G则减小，流量计得出的结果与真实值相比会减小，即发生少计量现象。

   试验研究结果表明：

    （1）用孔板流量计测量气体流量，当气体中夹带少量液体时，流量测量不确定度偏高，测量的湿气流量随β（直径比）的增加而减少，在β为0.7时，测得的流量偏差为-1.7%；

    （2）当夹带少量液体时，在β为0.5时表明孔板性能较好，但是应将夹带液体在孔板上游脱出，以获得最佳的计量性能；

    （3）用旧的孔板流量计测量湿气，流量计量值将降低3%^[1]。

    如果气体中含有液体或污物沉积，则会对计量仪表测得的数值造成影响，从而影响计量精度。

    2 孔板对计量结果的影响

    在孔板夹持器中安装孔板时，应注意孔板的安装方向，使气体从孔板的上游断面流向孔板的下游断面。如果装反，计量数据将偏小。原因是装设孔板的目的是让气体到孔板处能迅速减压，提高流速然后再迅速释放，以增大孔板前后的压差，然后根据此压差用伯努利方程来计算流量。如果装反了就不能达到迅速减压的目的，孔板前后压差会减小，而流量与前后压差是成正比的，所以显示值会偏小。

    当孔板入口边缘磨损变钝不锐或受腐蚀发生缺口，或孔板前有突入管道内部的焊缝、计量法兰垫片时，都将使实际流量系数增大或差压降低，造成计量气量偏小^[2]。

    实际孔径小于设计孔径引起流量增大。由于半径减小气体流过孔板时，孔板前后差压增大。因此，孔径的输入要正确，尤其是在更换完孔板后应对计算机中的孔板直径按照检定证书上的孔径进行更改。实际孔径一定，如果输入值比实际值大，将造成流量值增大。同样的道理，如果孔径不变，差压变大，则计量值增加。

    直径比β（孔板开孔直径/上游测量管内径）的变化对测量不确定度的影响。

    图1表征了β与流出系数不确定度的关系。由图1可见，β值在0.55时，不确定度最小；β从0.65变化到0.75时，不确定度几乎成直线上升。

    直径比与流量测量综合不确定度的关系见图

    2. 从图2中可见，β>0.6时，随着β的增大，不确定度迅速增大；当直径比β为0.75时，不确定度可达到±1.8%左右。

    直径比超过0.6对流量计量的影响很大。因此，在选用孔板流量计时不能仅按标准规定认为直径比在0.2?0.75之间都是理想的。除特殊情况外，建议直径比选择在对流量测量不确定度影响较小的区域。

    孔板弯曲。因安装或维修不当，使孔板发生弯曲或变形，导致流量测量误差增大。在法兰取压的孔板上进行测试，孔板弯曲产生的最大误差约为3.5%^[3]。

    3 配套管路和测量仪表对计量结果的影响

    下游导压管至仪表间的连接件漏气或堵塞，会造成计算的流量偏大。反之，上游导压管至仪表间的连接件漏气或堵塞，平衡阀漏气，有少量的泄漏致使气体在引压管中流动，减少了进变送器的差压信号，使仪表输出偏低，造成计量流量偏小。

    如果气体中含有液体或污物沉积，则会对计量仪表测得的数值造成影响，主要是在压力和差压变送器的导压管低处。同时在低温条件下，由于降低压力或者控制流量，易产生水合物，仪表中测量的结果不是真实的现场数据。故应安装加热器或其他适宜设备，并定期对压力和差压变送器的导压管进行排污，以保证计量准确。

    天然气管道输气量普遍存在的一个现象是冬夏季变化较大，故仪表量程应适应宽范围变化的需要，确保计量参数在规定范围内。具体可参见SY/T6143-2004《用标准孔板流量计测量天然气流量》标准中的附录。同时，各组成部分的准确度等级应达到规定要求，此方面可参考GB/T18603-2001《天然气计量系统技术要求》。由于差压变送器在计量中占有主要作用，因此，要对差压变送器的零点进行校准。如果零点不稳，有漂移或量程偏大，会导致孔板流量计输出信号偏低。

    由于使用时间长线路器件老化、维护过程失误等原因，现场的仪表有可能存在失效的情况，如温度变送器与其他同管径支路同型号仪表相比数值偏低等；或由于停电原因，采集值会为系统默认的-50℃等。这样会造成计量结果偏大。因此要对有可比性的参数进行相互间的比较，以确认数据是否正确。

    4 流量计算中各常数对计量结果的影响

    在流量计算机上，可看到的数据分自动采集和人工输入两种。自动采集的参数有温度、压力、孔板差压。需要人工输入的参数有孔板孔径、测量管内径、当地大气压、孔板膨胀系数、测量管膨胀系数、动力粘度等。相对密度的取值方式已介绍，不再赘述。只是特别说明，如果取值方式选择为人工输入，则气体组分现场分析数据将失去实际意义。

    当地大气压的影响。不同的地区由于海拔高度不同，大气压力也不相同，一般标准的大气压为98kPa。假如所在地区大气压为89kPa，而系统计算软件中当地大气压按标准的98kPa参数代入来计算流量，是绝对不行的，经估算，这样会使双方计量误差增大约0.5%[4]。

    可膨胀系数ε对流量计量的影响。ε是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，反之则测量结果偏大；当实际流量与设计流量一致，而静压P1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^[5]_。

    为杜绝随意篡改计量设置参数现象发生，交接双方应在进入计量数据设置页面前输入密码环节，由双方共同设置进入密码。

    结论

    天然气计量系统是一个相当复杂且存在许多不确定因素的系统，造成测量误差的原因难以进行综合定量分析，本文只能对部分现场方面进行定性分析。应该说，在日常工作中，只要加强流量计各环节的管理，对影响计量准确度的因素进行详细排除，及时发现并更正计量过程中出现的异常现象，就能保证计量数据的准确度。