浅析天然气输气场站标准孔板流量计误差

计量精度高、投资少、结构简单为孔板计量方式的优点，在各大油气田中应用广泛。准确计量天然气关系着贸易结算的公平性，且对生产工艺的改进具有指导作用。本文主要对孔板流量计误差进行分析，探讨相关改进办法。

引言

在石油天然气行业，超过 95%的企业在贸易计量时选择使用孔板流量计，使用时引起误差的原因较多，包含计算系数、气质条件、使用条件、计量仪表等。

1 误差原因分析

1.1 计量仪表原因

SY/T 6143-2003 或 GB 2624-1981 中严格规定了关于孔板加工的相关技术标准，若加工技术不达标准易引起误差。①因没有重视一些细节问题导致孔板安装不当引起误差，如平衡器不水平、未合理设置导压管走向、密封垫片超出环室等。②孔板弯曲也是导致误差的重要原因，突出物与孔板距离、突出物位置以及突出量等与误差大小相关。若孔板上游为突出物位置，误差在 16%～50%；若孔板上游管径 2 倍被为突出物位置，β=0.7，此时误差最大。③以相关标准为依据，节流装置直管段与孔板应为对中，孔径与β值差距越大，准确度受偏心率影响越大。管道内径为 D、孔板开孔直径为 d，d/D 为β值[1]。

1.2计量系数原因

①流出系数 C，其校准标定的有效条件为孔板节流装置达到技术指标，试验条件为上游直管段充分长。流出系数与 R 为负相关关系，流量增大时流出系数 C 会降低，与刻度流量相比，实际流量越小该系数导致的误差就越大。流出系数 C 不是固定不变的，其变化以 R 为依据。②可膨胀系数ε，密度在气体流经孔板时会出现变化，可膨胀系数ε是作为修正系数引入。若设计流量高于天然气流量，则设计ε高于实际数值，测量结果会偏小；在条件相反情况下则偏大。若设计流量与实际流量一致，设计压力高于静压 P1，设计ε高于实际值，测量结果偏大。③天然气压缩因子。不同地区存在不同工况，流量计量需依据统一标准进行转化。若温度不低、压力不高，体积流量可依据理想气体方程换算，但理想与实际气体存在一定的差异，特别是温度变化大、管道压力大时，以理想气体状态方程进行计算并不合理。卡茨曲线图求解法为该系数的求解。

1.3 气质条件原因

尽管在采出天然气后采取了过滤或除尘等措施，但因输气干线或集气管网腐蚀物、处理不彻底等缘故，导致固体杂质、液体混于天然气中，并在孔板流速突变、截面收缩的孔口锐边聚集，而孔板流线、截面、锐边的变化对于计量来说均是非常敏感的要素[2]。同时，杂质还会腐蚀、冲刷孔板，影响测量。

含水量原因。若少量液体存在于气体中央则会存在偏高的测量不确定度，β增加时，湿气流量减少，流量偏差在 0.7 β比条件下为-1.7%。若存在少量液体夹带，在 0.5β比条件下具有较好的孔板性能，在孔板上游将液体脱出后其计量性能最佳。

1.4 使用条件原因

使用条件所致误差主要包含流程频繁波动、超量程、脉动流现象问题。脉动流是因气体压力与流速突然变化而产生，导致差压波动，20%～30%为脉动流所致最大误差。此外，还有其他如管理不严、人为破坏、管道泄漏等原因。

2 .改进方法

2.1 依据标准进行孔板加工孔板加工需严格遵循相关标准要求，安装设计孔板节流装置需符合要求，以孔板前阻力件形式为依据进行直管段长度的选用与配接，孔板前 30D 为最低要求。若场地有所限制，应将整流器安装于孔板前直管段。管道线与孔板入口端面应为垂直关系，并控制在不超过 1o 的偏差。禁止反向安装孔板，压差计的选择与使用需正确，若压差计工作量程低于 30%需注意孔板规格或压差计量程的及时更换。0.4～0.6 为角接取压β值，0.2～0.75 为法兰取压β值。

2.2 管理与修正系数

日常生产需注意修正测量流量，撤换、维修、清洁孔板需定期进行，流量计算程序核对，仪表转换通道、仪表零点、孔板的检测与清洗应一月一次，若孔板存在划痕、坑蚀需及时更换。为提升职工故障发现与解决能力、技术水平，应进行计量业务培训，确保系统保养、维护与检修工作的有效进行。天然气压缩系数、温度、密度以及压力对于测量具有直接影响，因此，对上述特性参数的测量应选用合适的仪表。若天然气物性参数波动，应注意修正测量误差，测量与修正最好时时进行。为避免出现管道泄漏问题，应定期排污、加强巡视。

2.3 量值溯源

以相关标准为依据，一次装置设计、检验、安装、制造、使用孔板节流装置均达要求时，可实现流体力学与几何的相似，并可应用单参数溯源，使用长度标准，以几何尺寸干检部分节流装置，以相应的标准样气或器具检验气样分析、时间、温度、压力，在国家基准、标准器间建溯源链。在使用一定时间后或使用前对流量计采取实流检定或校准。以相关标准要求分析天然气组成，若条件允许可采取在线测定物性参数、在线组成分析天然气。

2.4 定值节流装置与可换孔板节流装置应用可换孔板节流装置的益处在于，更换、清洗或检查孔板时无需停输或拆动管道。3.5：1 为孔板流量计测量范围，但实际工况通常并不与之一致，若配套应用流量计算机、智能流量积算仪、宽量程差压变送器与定值节流装置有助于扩展量程，智能化差压流量计。配套应用定值孔板、可换孔板节流装置有助于标准化、系列化节流装置产品，确保计量准确。

2.5 使用与维护

使用与维护孔板流量计均需遵循相关标准，其中，使用与维护的重点在于差压变送器、孔板与连接部分引压管线[4]。孔板上下游差压会因入口锐利度改变、孔板损伤而降低，所测结果低于实际，即测量不确定度在流出系数变化条件下会大于标准估算值。可更换孔板，或以标准为依据修正流出系数，与旧孔板相比，新孔板直径稍大。在没有新孔板情况下应采取孔板锐利度修正流出系数，修正需以国家标准为依据。更换变形孔板时应选用直径小于旧孔板的新孔板。

若结垢、腐蚀、冲刷存在于直管段内表壁，需将测量管段及时更换；在没有新测量管段时需采取粗糙度修正流出系数 C。

3.结语

孔板流量计仪表结构特点与工作原理是导致其易于偏离标准的主要原因，仪器误差产生于制造过程，安装与长期使用的磨损与腐蚀是导致使用与安装误差的主要原因。因此，规范安装、使用孔板流量计，正确选用测量仪表，才能为仪表的稳定运行提供保障。