孔板流量计在天然气计量中的误差分析 孔板流量计技术指标

摘 要： 通常孔板流量计的测量准确度能够满足国家标准的要求，但在实际使用中，由于节流装置的设计、制造、安装和使用不符合标准要求等原因，影响了流量的测量准确度。通过对孔板节流装置测量原理、安装要求、仪表的选择等因素的分析，指出影响孔板流量计测量准确度的根本因素是节流装置的几何形状和流动状态是否偏离设计标准。只有使流量计在正确的工况下运行，才能减少计量误差，确保计量准确度。
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天然气计量中，使用较多的是孔板流量计，它由节流装置、导压管、差压计、压力计和温度计等组成。正常情况下，它的测量准确度能满足国家标准和石油部标准的要求。但在实际工作中，由于节流装置设计、制造、安装和使用不符合标准要求，参数选择不当，用户负荷变化，人工取值不准等原因，都不同程度地影响着流量测量的准确度。因此，找出孔板流量计测量误差产生的原因及解决办法是关系到计量准确的重要工作。

1 节流装置

1.1 孔板制造及安装

采用孔板流量计时，对孔板加工的技术要求十分严格，必须符合国家标准或部颁标准中的规定，否则，会给天然气流量测量结果带来误差。

（1）孔板偏心：实验表明，孔板偏心引起的计量误差一般在2%以内，孔径比β值愈高，偏心率影响愈大，所以，应避免采用β值高的孔板。

（2）孔板弯曲：由于安装或维修不当，使孔板发生弯曲或变形，导致流量测量误差较大。在法兰取压的孔板上进行测试结果，孔板弯曲产生的最大误差约为3.5%。

（3）节流装置内突出物：节流装置中伸入管内的垫片、焊缝等也会使流量测量产生一定的误差，误差大小与突出物的位置、孔板与突出物的距离以及突出高度有关。试验证明，当β=0.7，突出物体位于孔板上游2倍管径处时，产生的误差最大；若突出物位于上游孔板处，误差为16%～50%，若将突出物位于孔板下游时，对计量准确度的影响要小些。

1.2 提高计量准确度途径

（1）管道要求：国家标准对计量管长度、直管、圆度和内表面粗糙度等都有严格的技术要求。当计量管最小长度不能满足标准要求时，会给流量测量结果带来偏差，其大小与孔径比β和雷诺数有关，所以必须在孔板前面的直管上安装整流器，才能保证计量准确度。

（2）安装要求：孔板入口端面必须与管道轴线垂直，其偏差不能超过1度。安装孔板时要注意装入管道的方向，严禁反装，必须符合标准对不同轴度公差的要求。法兰、孔板与取压装置之间的密封垫片厚度不得大于0.03D。垫片的安装不得突入直管段内或取压装置内腔，不得挡住取压口及引起取压位置的改变。新建站场必须在管道吹扫并运行几天后，再将孔板安装到节流装置上，以免孔板被气体中的液、固体杂质损伤或污染。

2 仪表选择

要正确选择与使用差压计，差压计量程过大，流量较小，差压计工作在30%以下，会大大降低流量测量准确度，当计量流量减小后，要及时更换差压计的量程弹簧或孔板规格，否则，差压误差会成倍增加。

在选择仪表差压值时，既要考虑孔径比β，又要使经过孔板压力损失后的压力能满足生产需要。法兰取压β值应在0.15～0.7之间，这样既可保证计量准确度，又可以减少压力损失。

3 脉动流的影响

（1）脉动流的起因。管道中气体的流速和压力发生突然变化，造成脉动流，它能引起差压的波动，使记录曲线变成一个宽带。①天然气井若为气水同产，这些井的计量差压均发生波动；②长输管道或气田管道积液造成计量差压波动；③天然气压缩机的使用使计量差压发生波动；④气井之间的压力干扰造成的差压波动；⑤用户用气不均衡，气量在瞬间发生急剧变化，供气调压阀突然开大或关小也会导致差压波动。

（2）抑制脉动流的方法。①消除或远离脉动源：采取控水采气；采用高效分离器，加强气水分离；对积存在计量管段、导压管、流量计高低压波纹管室中及管道中的凝析液应及时吹扫或清管。②控制计量管段下流阀：实践证明，控制下流阀对各类脉动源引起的差压波动都有抑制作用。③加装缓冲罐：可在测量管段前加装缓冲罐，可储存和释放气体的能量，有效地平抑各种脉动源引起的差压波动，也可设置专门的脉动衰减器。④提高差压和孔径比β：对于同一条计量管道，若要提高差压，就要降低孔板直径，使孔径比β降低，为了使差压和孔径终都提高，必须相应减小计量管管径。⑤安装调压阀：在测量点前入口处加装调压阀，稳定输出压力，可有效地减少脉动现象对计量准确度的影响。

4 结束语

影响孔板流量计测量准确度的根本原因是节流装置的几何形状和流动状态是否偏离设计标准。因此，在实际使用中，应严格按照设计要求定期对节流装置、孔板、双波纹差压计进行检查和调校，这样才能减少计量误差，确保计量准确度。 传统的孔板流量计机体现场清理过程是一个肮脏、粗笨、既花钱而又低效的工作。它需要把流量计机体从管内拖出，然后或是放在固定的管子上或是用吊车吊起来，再用粗大而费用不菲的磨石通过其内部来回旋转进行清理。这是个既费力费钱，而又低效的劳动。因为这不仅需要花钱租赁专用起吊设备、雇用熟练管工，还会由于磨石的旋转而碰伤流量计机体的内表面，最终产生的废弃残屑也会污染周围环境。

美国伊利诺伊州的罗伯特·A·博恩斯先生观察到传统清理过程的弊端，经过四年的潜心研究，开发出了一种为孔板流量计机体进行在线清理的新方法。这种被命名为“博恩斯清理法"的流量计机体在线清理过程，是其本人和工程队在观察了设在伊里诺斯州一座大型天然气地下储库的流量计清理过程中得到的启发。

博恩斯在线清理法采用专门开发的、可进入流量计机体内部的一种清扫法兰，法兰上装有一种高压喷枪。喷枪利用专门设计的旋转喷嘴，将一种没有危害而又能进行生物降解的坚硬表面清洗剂喷洒在流量计的机体内部。喷枪上刻有通过流量计机体内部一定部位的刻度标记。它既能减少和清除粘附在机体内表面的所有乙二醇和油脂类的污物和残屑，又能最后在密闭的环路条件下捕集污物和残屑。技术员来到清理现场完成这种工作是采取总承包的工作方式(交钥匙工程)，故无需其他委托人。

博恩斯流量计机体在线清理法具有如下好处：

(1)避免了相关设备的准备、熟练管工的雇用以及复杂操作过程引发的高昂费用；

(2)摆脱了已往沿袭的采用旋转磨石刮擦设备的老办法，完成了过去费用高昂的清理工作，并增强了流量计计量精度；

(3)减少了流量计清理停工时间，可使其很快重新投入使用；

(4)清理出的所有废液均可在密闭环路系统内最终处理。

孔板是一种非常成熟的流量测量方式，依据各类不一样的负荷，会采用不一样方式的孔板。普遍的有标准孔板、圆缺孔板、轴力孔板、1／4圆孔板等。

标准孔板流量计可用通常清洁，粘度很小的物质；圆缺孔板可用粘度较高，较为脏的物质；1／4圆孔板适用于粘度较高，水流量较小的物质；轴力孔板适用于包括液体粉尘两相流的流量测量。

目前在孔板流量计计算中针对性的应属ISO 5167中的有关表达式，根据不同流介特性选择不同方法孔板。选型中非常重要的某些都是，在这类负载下，当多种类型孔板能够采用的那时候，由于标准孔板的制做规范是经长期、许多实验推导出来的，有很高的可信性，应尽量选用符合ISO 5167—2或GB／T 2624_93规范的标准孔板，如果加工厂按标准挤压加工，其留量是无需校正的，并不是标准孔板及绝大部分别的流量计原装时务必需经行业的检测校正。

在孔板流量计设计计算中，重要的是要处理好尺标留量、空气压力限定和β之间的关系。根据尺标留量，设定一基础β值，计算△p值，再根据△p值适当调整β值。尺标留量通常是一切正常应用留量的倍与很大留量的倍，两者取高值，或是考量一切正常留量是尺标留量的70％左右，不大留量高过25％；空气压力限定一般推荐10，16，25，40，50kPa几档， 值取～为推荐值。