摘要:結(jié)合國家石油天然氣行業(yè)2004實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)SY/T6143-2004對(duì)長榆天然氣管道供氣單位與用戶雙方氣量交接中的孔板流量計(jì)計(jì)量誤差進(jìn)行了一些分析;其次,通過一定量的計(jì)算,分析了孔板流量計(jì)計(jì)量中各參數(shù)和變量對(duì)計(jì)量誤差的影響,并對(duì)誤差大小做了一個(gè)粗略的估算;最后,結(jié)合所做的誤差分析,從個(gè)人角度對(duì)孔板計(jì)量裝置的合理設(shè)置談幾點(diǎn)粗淺的認(rèn)識(shí),供同行業(yè)參考探討。
目前，世界范圍內(nèi)大多數(shù)天然氣經(jīng)過脫硫、凈化處理后大都采用長距離管道的方式進(jìn)行輸送,并采用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)來計(jì)量�？装辶髁坑�(jì)在天然氣管道上的應(yīng)用相對(duì)來說是比較成熟可靠的。但是,在我們實(shí)際工作當(dāng)中,供氣方和用氣方在氣量交接中往往存在一定的輸差,有時(shí)甚至輸差很大。所以,天然氣輸送的正確計(jì)量不得不成為我們深人細(xì)致研究的問題，以減少供需雙方之間的經(jīng)濟(jì)損失和不必要的矛盾。
1問題的提出
現(xiàn)以某供氣單位和某用戶氣站為例，分析長期以來雙方在氣量交接中所存在的計(jì)量誤差。供氣方采用二路供氣,2臺(tái)“DANIEL"孔板流量計(jì)所計(jì)量的輸氣量作為主計(jì)量,用戶方的2臺(tái)“DANIEL"超聲波流量計(jì)(精度優(yōu)于或等于0.5級(jí))所計(jì)量的輸氣量為監(jiān)督。工作中我們發(fā)現(xiàn),雙方計(jì)量的輸氣量之間存在著較大的輸差,供氣方的孔板流量計(jì)每日計(jì)量的輸氣量比用戶方每日計(jì)量的輸氣量多1.5x104m³~2.5x104m³,按每日平均輸氣2.5x106m3~2.6x106m3計(jì)算,相對(duì)輸差≤1%。雖然存在--定輸差,但在國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的≤1%范圍之內(nèi),用戶方?jīng)]有太大的爭議。但從今.年4月開始，供氣方的計(jì)量與用氣方的計(jì)量誤差突然增大,相對(duì)輸差增加到5x104m³左右;日最大達(dá)到64461m³,相對(duì)輸差>2.4%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了GB/T18603-2001《天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》中所規(guī)定的“計(jì)量貿(mào)易交接系統(tǒng)精度定級(jí)符合A級(jí)(0.1)標(biāo)準(zhǔn)”，即貿(mào)易交接誤差應(yīng)≤1%。此現(xiàn)象給用戶造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
根據(jù)這一-現(xiàn)象,為了找出雙方計(jì)量誤差產(chǎn)生的原因,雙方查閱了大量關(guān)于天然氣計(jì)量、自動(dòng)化儀表控制、天然氣流量計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)等方面的技術(shù)資料,并對(duì)雙方流量計(jì)及工藝流程進(jìn)行了一系列現(xiàn)場實(shí)地考察和驗(yàn)算后發(fā)現(xiàn)，供氣方的孔板流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)中部分參數(shù)設(shè)定不合理,流量計(jì)孔板使用不標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范;經(jīng)雙方商議后,對(duì)方將系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了修改,同時(shí)更換了計(jì)量孔板，此后的--個(gè)多月中,雙方輸差最低降為0.37%,而且-直保持在1%以下。(雙方計(jì)量誤差的計(jì)算數(shù)據(jù)限于篇幅和商業(yè)機(jī)密從略)。下面主要對(duì)計(jì)量誤差存在的原因及避免和解決辦法,做粗淺的分析僅供參考。
2輸差產(chǎn)生原因的分析
在真實(shí)的天然氣計(jì)量過程中,許多參數(shù)(如:壓力、溫度流量等)都是不斷變化的，所以,天然氣計(jì)量系統(tǒng)通常采用計(jì)算單位時(shí)間(如:秒、分)級(jí)的瞬時(shí)流量,然后累計(jì)得出日(周、月、年)的輸氣量,但此過程非常復(fù)雜，計(jì)算量相當(dāng)于天文數(shù)字，通常采用程序和計(jì)算機(jī)來完成;對(duì)于我們?nèi)斯さ挠?jì)算,也只能采取選用各參數(shù)的日平均值,經(jīng)有限次的計(jì)算后得出輸氣量的大概值。下面是天然氣流量的計(jì)算公式和參數(shù),各參數(shù)的計(jì)算精度;見表1。
2.1天然氣在標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積流計(jì)算公式:
qm-----天然氣在標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積流量;
Am-----體積流量計(jì)量系數(shù)視采用計(jì)量單位而定。
秒體積流量(m³.8-1)計(jì)量系數(shù)Am=3.1795x10-6;小時(shí)體積流量(m³.h-1)計(jì)量系數(shù)Amh=0.011446;日體積流量(m³.d-1)計(jì)量系數(shù)Amd=0.27471;
C----流出系數(shù);
E----漸近速度系數(shù);
d----孔板開孔直徑,mm;
FG----相對(duì)密度系數(shù);
Ɛ----可膨脹性系數(shù);.
Fx----超壓縮系數(shù);
Fr---流動(dòng)溫度系數(shù);
P1----孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對(duì)靜壓,MPa;
△p-----氣流流經(jīng)孔板時(shí)產(chǎn)生的差壓,Pa。
天然氣計(jì)量誤差的正確計(jì)算是非常困難的，也是極其復(fù)雜的,基本上沒有一個(gè)定量的概念,大多數(shù)只能做定性分析。所以在此僅從以下幾方面對(duì)造成雙方輸差的原因做分析:
2.2壓力對(duì)輸差的影響
2.2.1當(dāng)?shù)卮髿鈮簩?duì)輸差的影響
不同的地區(qū)由于海拔高度不同,大氣壓力也不相同,-般標(biāo)準(zhǔn)的大氣壓為0.0981MPa。假如所在地區(qū)大氣壓為0.0890MPa。而系統(tǒng)計(jì)算軟件中當(dāng)?shù)卮髿鈮喊礃?biāo)準(zhǔn)的0.0981MPa參數(shù)代入來計(jì)算流量,是絕對(duì)不行的,經(jīng)估算,這樣會(huì)使雙方的輸差增大約0.5%。
2.2.2差壓對(duì)輸差的影響
差壓計(jì)長時(shí)間工作后,其內(nèi)部的霍爾元件會(huì)發(fā)生微小的形變,造成儀表的零點(diǎn)飄移(可正可負(fù))。
我們以量程為60000Pa的差壓計(jì)為例來作--估算:
差壓計(jì)的輸出為4mA~20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào),.如果差壓計(jì)的零點(diǎn)飄移為千分位上的0.001,則所測得的差壓值發(fā)生的變化為:
△=60000+[(20-4)x100]=3.75Pa.
如果將這一誤差代人到公式中計(jì)算流量,對(duì)流量所造成的誤差是巨大的,而且會(huì)直接嚴(yán)重影響到雙方計(jì)量的輸差。況且,零點(diǎn)飄移實(shí)際上很可能比0.001大許多倍。
所以，為了避免零點(diǎn)飄移對(duì)計(jì)量造成重大影響，必須定期對(duì)差壓計(jì)進(jìn)行零點(diǎn)的校驗(yàn)。
2.3溫度對(duì)輸差的影響
計(jì)量過程中,溫度對(duì)流量計(jì)所計(jì)量的天然氣流量也有著非常大的影響，如果雙方中的某-方溫度變送器測量的溫度不準(zhǔn)確，在其它情況相同的條件下,溫度每相差1C,計(jì)量的輸氣量相差約0.5%。所以,定期對(duì)溫度測量裝置的校驗(yàn)也是非常有必要的，以減少輸差。
2.4不同的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)對(duì)輸差的影響
假如計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)算軟件中采用了不同的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)SY/T6143-2004與SY/T6143-1996來計(jì)算天然氣的相對(duì)密度Gr、流出系數(shù)C和壓縮系數(shù)Fz,對(duì)于輸差的影響也是非常大的,三者分別相差約0.15%、05%和0.75%。.
在此不得不提到的一點(diǎn)是,天然氣的相對(duì)密度Gr與天然氣的組分密切相關(guān),而管道中的天然氣組分時(shí)刻都在變化,相對(duì)密度Gr的值也隨之不斷的變化。因此,應(yīng)采用由組分分析儀實(shí)時(shí)采集后經(jīng)計(jì)算軟件算出的值參與計(jì)算，而不是由人工周期性輸人的值來進(jìn)行計(jì)算。如果管道內(nèi)的天然氣的組分不穩(wěn)定，那么對(duì)輸差的影響是非常大的。
2.5附加誤差造成的影響標(biāo)準(zhǔn)
節(jié)流裝置在使用現(xiàn)場,其實(shí)際測量誤差往往超過基本誤差,根本原因就是現(xiàn)場使用條件比實(shí)驗(yàn)室條件復(fù)雜的多，流量公式中的兩個(gè)變量C、e和三個(gè)實(shí)測值d、P、AP,在現(xiàn)場使用條件下都可能產(chǎn)生附加誤差,因此，附加誤差是不可避免的,但是我們可以通過以下手段努力去降低附加誤差:
(1)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算、制造、安裝、使用檢驗(yàn)等工作;
(2)加強(qiáng)計(jì)量管理,加強(qiáng)對(duì)計(jì)量裝置、儀表、管路等檢查、維護(hù)、保養(yǎng)檢定;
(3)避免出現(xiàn)故障狀態(tài)或不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的計(jì)量運(yùn)行狀態(tài)。
2.6設(shè)計(jì)、制造和安裝對(duì)輸差的影響
(1)孔板流量計(jì)的安裝及現(xiàn)場工藝管線的安裝應(yīng)完全符合國家標(biāo)準(zhǔn)SY/T6143-2004或SY/T6143-1996中的要求。
(2)計(jì)算軟件的計(jì)算公式中,測量管直徑D和孔板直徑d應(yīng)用檢驗(yàn)證書上的實(shí)測直徑,而不應(yīng)該用出廠時(shí)的標(biāo)稱直徑,尤其是孔板直徑,一定要使用實(shí)測值,否則,計(jì)算后所產(chǎn)生的誤差是非常大的。經(jīng)估算,測量管直徑相差1mm,最終計(jì)算出的氣體流量相差約0.25%;而孔板的直徑相差1mm,則造成的誤差將會(huì)更大。
(3)測量管直徑D和孔板直徑d的確定應(yīng)該遵循“β≥0.1≤0.75的范圍內(nèi)"這一原則，否則會(huì)造成孔板前后差壓過大或者過小。
(4)孔板下游氣流的絕對(duì)靜壓和孔板上游氣流的絕對(duì)靜壓之比應(yīng)大于0.75,即孔板前后的差壓值不可過大,因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)估算過,差壓值的誤差對(duì)計(jì)量的影響非常之大。
(5)各現(xiàn)場儀表應(yīng)工作在量程范圍的10%~90%內(nèi)，更不能超量程工作,否則很難保證儀表的測量精度。
(6)供需雙方流量計(jì)計(jì)算的精度不同,主要體現(xiàn)在流量計(jì)算機(jī)處理器的性能和計(jì)算程序在數(shù)據(jù)處理過程中所保留的有效位數(shù)兩方面。建議采用32位或更高性能的處理器并按照經(jīng)驗(yàn)值表或SY/T6143-2004中的數(shù)值修約方法來規(guī)范數(shù)據(jù)處理的精度。
(7)由于各現(xiàn)場儀表的靈敏度有限，控制系統(tǒng)每次對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集也存在一定的時(shí)間間隔,所以,下游用戶應(yīng)盡可能的保證平穩(wěn)用氣,盡量避免用氣量在短.時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)大幅度的波動(dòng)。
3建議.
從上面的分析可知,天然氣計(jì)量過程中出現(xiàn)誤差是在所難免的，而且有許多是不可避免的誤差。所以供需雙方都應(yīng)本著誠信友好的態(tài)度,面對(duì)問題協(xié)商解決,努力將誤差降至最低。對(duì)孔板流量計(jì)計(jì)量過程中造成誤差的現(xiàn)象采用如下幾點(diǎn)建議:
3.1軟件方面
(1)計(jì)算軟件中大氣壓參數(shù)的設(shè)定應(yīng)盡可能以當(dāng)?shù)卮髿鈮簽闇?zhǔn),而不應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)大氣壓0.0981MPa;
(2)計(jì)算軟件中計(jì)量的測量管管徑應(yīng)以實(shí)測值為依據(jù),而不應(yīng)用標(biāo)稱值;
(3)計(jì)算軟件中天然氣的相對(duì)密度最好能采用實(shí)時(shí)采集并計(jì)算出的值，盡可能少采用周期性計(jì)算并由人工輸人的方式。
3.2孔板孔徑和差壓計(jì)方面現(xiàn)舉
例說明:假如某站計(jì)量測量管和孔板的實(shí)測直徑D和d分別為198.45mm和147.455mm,這使得β=d/D=0.743,已經(jīng)非常接近國家標(biāo)準(zhǔn)中“β≥0.10≤0.75"規(guī)定的上限,很難保證在計(jì)量過程中不產(chǎn)生附加誤差。所以建議,應(yīng)將計(jì)量孔板由實(shí)測孔徑為147.466mm更換為孔徑為133.693mm的標(biāo)準(zhǔn)孔板(此時(shí),β值減小到0.674)。這樣可保證計(jì)量的正確率減少誤差。
另外,假如采用雙路供氣,供氣方和使用方根據(jù)各自實(shí)際情況,二路流量計(jì)孔板的采用參數(shù)設(shè)定應(yīng)按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)盡可能保持一致,并采用同量程的差壓計(jì),避免單路供氣時(shí)孔板上下游的差壓超限工作,出現(xiàn)計(jì)量誤差。
4結(jié)語
經(jīng)過分析和努力,我們基本掌握了國家標(biāo)準(zhǔn)SY/T6143-2004中所規(guī)定的孔板計(jì)量天然氣流量的方法。通過一定的計(jì)算,對(duì)供氣和用氣雙方存在的輸差問題作了一個(gè)粗略的判斷,知道了輸差存在的原因，使我們?cè)诠ぷ鳟?dāng)中盡量使誤差減少到最小。但是,天然氣計(jì)量系統(tǒng)是--個(gè)相當(dāng)復(fù)雜且存在許多不確定因素的系統(tǒng),誤差在所難免，希望供需雙方能本著誠信友好的合作態(tài)度,及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問題并協(xié)商解決。
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