今天金湖捷特儀表就孔闆流量計的(de)問題來(lái)和(hé)大(dà)家談一談，天然氣在世界能源結構中所占的(de)比例不斷上升，據統計1970年爲17.7%，1980年爲18.8%，1990年爲21.5%，2000年爲22.3%，預計2010年爲24.3%。目前天然氣的(de)年産量已達到2.3萬億m 左右。天然氣的(de)産區(qū)與其消費地區(qū)之間的(de)距離就決定了(le)此項能源的(de)國際貿易量甚大(dà)，20世紀90年代以來(lái)此數字不斷上升，現已達到4200億m3/年，其中75%以上由管道輸送的(de)，其餘則爲液化(huà)天然氣。我國是天然氣資源豐富的(de)國家之一，天然氣遠(yuǎn)景儲量約達38萬億m3，其中陸上占79%，海上占21%。天然氣的(de)生産、利用(yòng)過程是一個(gè)流程複雜(zá)、規模大(dà)、速度快(kuài)且連續運行的(de)系統。在這(zhè)個(gè)系統中，無論是在井場(chǎng)、集氣站、配氣站，還(hái)是在使用(yòng)者家庭都可(kě)見到用(yòng)于不同目的(de)的(de)各種流量測量儀表。其計量的(de)準确與否受到人(rén)們的(de)普遍重視。因此計量的(de)準确度是選擇任何類型的(de)流量計都必須考慮的(de)重要指标。在實際應用(yòng)中，影(yǐng)響流量計計量準确度的(de)因素很多(duō)，下(xià)面就幾個(gè)方面進行論述。
1 目前孔闆流量計計量中存在的(de)問題
流量計量儀表品種多(duō)，計算(suàn)模型五花八門，如标準孔闆流量計、渦街(jiē)流量計、漩渦流量計、超聲流量計等，除了(le)标準孔闆流量計外，缺乏必要的(de)标準或規範支持。
孔闆流量計在20世紀初即使用(yòng)于天然氣流量測量，經過一個(gè)世紀漫長(cháng)的(de)發展過程，它已成爲全世界最主要的(de)天然氣流量計，據估計，目前在國外它約占60%，而在國内占90%以上。美(měi)國AGA(美(měi)國氣體協會)3号報告(孔闆流量計計量天然氣及其它烴類流體)就是針對(duì)天然氣計量的(de)标準，從1955年發布起已經過多(duō)次修訂(1955年第一版，1969年第一版修訂，1985年第二版，1990-1992年第三版，2000年第四版)，尤其是第三版有實質性的(de)修訂，它是在80年代國際上對(duì)孔闆流量計進行大(dà)規模研究試驗的(de)基礎上進行的(de)，AGANO3總結了(le)幾十項針對(duì)天然氣計量的(de)專項研究，其中大(dà)部分(fēn)的(de)實驗介質就是天然氣，可(kě)以說用(yòng)孔闆流量計測量天然氣流量已經進行過非常深入細緻的(de)研究試驗，積累的(de)實踐經驗亦很豐富，在量的(de)基礎上産生了(le)質的(de)飛(fēi)躍，其标志就是标準化(huà)，即使用(yòng)标準孔闆流量計，可(kě)以無須實校準而确定信号(差壓)與流量的(de)關系，并估算(suàn)其測量誤差，目前在全部流量計中它亦是唯一達到此标準的(de)。
孔闆流量計的(de)主要特點爲結構易于複制，簡單牢固，性能穩定可(kě)靠，使用(yòng)期限長(cháng)，價格低廉等，整套流量計由節流裝置，差壓變送器和(hé)流量顯示儀(或流量計算(suàn)機)組成。它們可(kě)以分(fēn)别由不同廠家生産，易于形成規模生産，經濟效益高(gāo)，各部分(fēn)組合非常靈活，即使目前推出的(de)一體化(huà)孔闆流量計，亦可(kě)分(fēn)開生産，再靈活組裝。
但是孔闆流量計一般由三部分(fēn)組成：節流裝置、差壓變送器和(hé)流量顯示儀。在現場(chǎng)惡劣的(de)工作條件下(xià)，節流裝置與差壓變送器及其連接部分(fēn)引壓管線是使用(yòng)維護的(de)重點。《天然氣流量的(de)标準孔闆計量方法》(SY/6143-1996)中指出，天然氣從地層中開采出來(lái)，雖經分(fēn)離，除塵和(hé)過濾，因其所含成份十分(fēn)複雜(zá)，從單井計算(suàn)，集氣計量到配氣計量，氣體組分(fēn)各不相同，所以節流裝置在使用(yòng)中所受到的(de)腐蝕亦各不同。特别對(duì)孔闆直角人(rén)口邊緣和(hé)測量管内壁的(de)沖刷、腐蝕尤爲嚴重，這(zhè)将影(yǐng)響孔闆直角入口邊緣弧半徑rk 和(hé)測量管内壁的(de)相對(duì)粗糙k/d的(de)規定标準，流出系數C将發生變化(huà)，流量測量不确定度超出估計數。輸出信号爲模拟信号，重複性不高(gāo)，對(duì)整套流量計的(de)精确度影(yǐng)響因素多(duō)且錯綜複雜(zá)，因此精确度提高(gāo)的(de)難度很大(dà)。
1.1 被測流體特性的(de)影(yǐng)響
由于天然氣本身的(de)性質，會随著(zhe)外界環境溫度的(de)變化(huà)而發生複雜(zá)的(de)變化(huà)，從而影(yǐng)響流量計的(de)測量精度。對(duì)于天然氣的(de)測量，必須首先确定天然氣的(de)工作溫度和(hé)壓力，因爲外界溫度的(de)變化(huà)，會使天然氣本身的(de)壓力和(hé)溫度也(yě)發生變化(huà)，都有可(kě)能造成過大(dà)的(de)密度變化(huà)和(hé)壓縮系數變化(huà)。低密度氣體對(duì)某些測量方法呈現困難，此時(shí)就要改變所選擇的(de)測量方法，或者作溫度和(hé)(或)壓力修正，以保證測量準确準确度。因此在評估流量計的(de)适應性時(shí)，要掌握氣體的(de)溫度- 粘度特性。雖然氣體的(de)粘度因溫度和(hé)壓力變化(huà)的(de)值一般較低，但是對(duì)流量計量的(de)精确度還(hái)是有一定的(de)影(yǐng)響。
在礦場(chǎng)計量中或測量含有雜(zá)質的(de)天然氣時(shí)，雜(zá)質會腐蝕儀表接觸件，使接觸表面結垢或析出結晶，将減少活動部件的(de)間隙，從而改變流量計使用(yòng)性能參數，降低敏感元件的(de)靈敏度或測量性能，影(yǐng)響計量精度。
對(duì)于油田濕氣(伴生氣)，其中含有大(dà)量的(de)飽和(hé)水(shuǐ)蒸氣，在溫度降低時(shí)會有水(shuǐ)凝結；分(fēn)離不淨的(de)濕氣含有油滴或油污，屬于髒污介質；間斷計量，将有油、水(shuǐ)沉積在管線内；它們屬于多(duō)組分(fēn)流動，計量時(shí)應謹慎對(duì)待.。經驗表明(míng)，單相通(tōng)用(yòng)流量儀表用(yòng)于多(duō)組分(fēn)或多(duō)相流體，測量性能會改變(或大(dà)幅度改變)。單相流動的(de)氣體有時(shí)也(yě)會呈現雙相，例如濕氣中水(shuǐ)微粒随著(zhe)天然氣流動，環境溫度或天然氣壓力偏離原定狀态，儀表就有可(kě)能不适應。測量氣液雙相流時(shí)盡可(kě)能采用(yòng)分(fēn)離後分(fēn)相測量，以保證最小測量不确定度，然而對(duì)有些場(chǎng)合這(zhè)種方法不切實可(kě)行或不符合要求。
1.2 儀表性能的(de)影(yǐng)響
孔闆流量計本身引起的(de)誤差原因主要有：孔闆入口直角銳利度；管徑尺寸與計算(suàn)不符；孔闆厚度誤差；節流件附件産生台階、偏心；孔闆上遊端面平度；環室尺寸産生台階、偏心；取壓位置；焊接、焊縫突出；取壓孔加工不規範或堵塞；節流件不同軸度等等。這(zhè)些因素都有可(kě)能影(yǐng)響孔闆的(de)重複性，重複性是由儀器本身原理(lǐ)與制造質量所決定，它在過程控制應用(yòng)中是重要的(de)指标。而精确度除取決于重複性外，尚與量值标定系統有關。在實際應用(yòng)中，儀表優良的(de)重複性被許多(duō)因素包括流體粘度、密度等變化(huà)所幹擾，都會影(yǐng)響測量精度。若儀表輸出特性是非線性的(de)，則這(zhè)種影(yǐng)響更爲突出。
流量儀表輸出主要有線性和(hé)平方根非線性兩種。大(dà)部分(fēn)流量儀表的(de)非線性誤差不列出單獨指标，而包含在基本誤差内。然而對(duì)于寬流量範圍脈沖輸出用(yòng)作總量積算(suàn)的(de)儀表，線性度是一個(gè)重要指标，使有可(kě)能在流量範圍内用(yòng)同一個(gè)儀表常數，線性度差就要降低儀表精确度。
應用(yòng)于脈動流動場(chǎng)所應注意儀表對(duì)流動階躍變化(huà)的(de)響應。有些使用(yòng)場(chǎng)所要求儀表輸出跟随流動變化(huà)，而另一些爲獲得(de)綜合平均隻要求有較慢(màn)響應的(de)輸出。瞬态響應(transient response)常以時(shí)間常數或響應頻(pín)率表示，其值前者從幾毫秒到幾秒，後者在數百赫茲以下(xià)，配用(yòng)顯示儀表可(kě)能相當大(dà)地延長(cháng)響應時(shí)間。Red medloc 認爲儀表的(de)流量上升和(hé)下(xià)降動态響應不對(duì)稱會急劇增加測量誤差。
1.3 流量計安裝的(de)影(yǐng)響
管線布置的(de)偏離造成的(de)安裝誤差是普遍性的(de)，其産生的(de)主要原因是現場(chǎng)不能滿足直管段要求的(de)長(cháng)度。
天然氣流量計隻有安裝到管道上才能對(duì)天然氣進行計量，在安裝時(shí)首先應考慮管道的(de)布置和(hé)天然氣的(de)流動方向，有些雖然是能雙向工作的(de)儀表，在安裝時(shí)也(yě)要考慮正向和(hé)反向之間測量性能是否存在差異。
許多(duō)現場(chǎng)不能滿足孔闆流量計直管段要求的(de)長(cháng)度，管線布置的(de)偏離造成的(de)安裝誤差是普遍性存在的(de)。
大(dà)部分(fēn)流量計儀表或多(duō)或少會受進口流動狀況的(de)影(yǐng)響，因而必須保證良好流動狀況。輸送管道上安裝的(de)定排量泵、往複式壓縮機、振蕩著(zhe)的(de)閥或調節器等都是常見的(de)脈動源，上遊管道布置和(hé)阻流件會引起流動擾動，另外管道直徑上和(hé)方向上的(de)急劇改變等不良布置，都會産生脈動。流量計來(lái)不及跟随記錄脈動流動，帶來(lái)測量誤差。因此應考慮在儀表前後管道安裝支撐件。雖然脈動緩沖器可(kě)清除或減小泵或壓縮機的(de)影(yǐng)響，然而流量計還(hái)是盡可(kě)能避開振動或振動源爲好。
流量計的(de)信号輸出顯示有流量(體積流量或質量流量)、總量、平均流速、點流速幾種，亦可(kě)分(fēn)爲模拟量(電流或電壓)和(hé)脈沖量。目前大(dà)部分(fēn)儀表系統，在儀表上或其附近結合著(zhe)電子設備。儀表(設備)的(de)輸出信号容易受大(dà)功率電源影(yǐng)響，大(dà)功率電源不僅會使儀表輸出脈沖波動，還(hái)會影(yǐng)響儀表工作性能，如電磁流量計的(de)磁場(chǎng)被畸變，影(yǐng)響測量精度。因此電氣連接應有抗雜(zá)散電平幹擾的(de)能力，并且信号電纜應盡可(kě)能遠(yuǎn)離電力電纜和(hé)電力源，将電磁幹擾和(hé)射頻(pín)幹擾降至最低水(shuǐ)平，否則将影(yǐng)響信号的(de)傳輸。另外流量計的(de)安裝除了(le)考慮以上的(de)幾點因素，有時(shí)安裝還(hái)取決于流體物(wù)性。
1.4 環境條件方面的(de)影(yǐng)響
雖然流量計安裝能正常使用(yòng)了(le)，但因所使用(yòng)環境條件與預期的(de)情況發生了(le)改變，使儀表的(de)一些性能參數和(hé)硬件方面也(yě)随之發生了(le)改變，從而會改變流量計測量結果。例如：
環境溫度或介質溫度的(de)急劇變化(huà)引起濕度方面的(de)問題。高(gāo)濕度會加速大(dà)氣腐蝕和(hé)電解腐蝕并降低電氣絕緣，低濕度則容易感生靜電。
儀表的(de)電子部件和(hé)某些儀表流量檢測部分(fēn)會受環境溫度變化(huà)影(yǐng)響。例如，儀表尺寸變化(huà)，通(tōng)過儀表殼體傳熱(rè)改變流體密度和(hé)粘度等，影(yǐng)響到顯示儀表電子元件時(shí)，将降低測量準确度。
同時(shí)影(yǐng)響孔闆流量計計量的(de)因素還(hái)有氣體雷諾數範圍不符合标準規定、管道粗糙度影(yǐng)響，管道粗糙度增加，管道粗糙度變化(huà)不定等等。
2 解決孔闆流量計計量問題的(de)途徑
2.1 加強管理(lǐ)，提高(gāo)人(rén)員(yuán)素質。
孔闆流量計易于偏離标準的(de)原因在于儀表本身的(de)工作原理(lǐ)與結構特點，儀器自身誤差是制造時(shí)産生的(de)，安裝和(hé)使用(yòng)誤差則是在安裝時(shí)或長(cháng)期使用(yòng)中由于流體介質腐蝕、磨損、沾污等造成的(de)。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(yòng)過程中，操作人(rén)員(yuán)應做(zuò)好系統的(de)檢修、維護、保養工作，延長(cháng)其使用(yòng)壽命，減小計量誤差。同時(shí)，在實際應用(yòng)中應強化(huà)宣貫SY/T6143-1996标準力度。天然氣流量的(de)标準孔闆計量方法))(SY/6143-1996)中提到了(le)減少誤差的(de)方法。如附錄節流安置在使用(yòng)中出現部分(fēn)偏離标準規定的(de)處理(lǐ)》中規定在實際應用(yòng)中采取在流出系數C中增加二個(gè)修正系數，即孔闆入口尖銳度修正系數和(hé)管壁粗糙修正系數或者采用(yòng)可(kě)換孔闆節流裝置。因此在天然氣計量的(de)實際應用(yòng)中應深入研究，吃(chī)透天然氣流量的(de)标準孔闆計量方法)(SY/T6143-1996)的(de)精髓，嚴格按标準規定安裝、使用(yòng)、處理(lǐ)數據，保證天然氣計量的(de)準确性。
2.2 測量儀表的(de)正确選用(yòng)
測量儀表應首選标準節流裝置，當流量變化(huà)範圍大(dà)時(shí)要考慮用(yòng)寬量程智能差變，其它類型檢測儀表在相應的(de)計量天然氣的(de)标準出前台，應慎重選用(yòng)，二次儀表的(de)計量模型應符合SY/T6143-1996的(de)要求計算(suàn)Fz能輸入組份，實時(shí)計算(suàn)C值。
2.3 加強技術培訓，借鑒國外經驗
引進、消化(huà)、吸收近幾年發展起來(lái)的(de)天然氣計量新技術。從國外情況來(lái)看，在天然氣國際貿易中，能量計量幾乎已全面取代傳統的(de)體積計量，而我國的(de)天然氣計量領域中體積計量仍占統制地位。爲了(le)盡快(kuài)與國際接軌，使用(yòng)單位可(kě)以與各科研究院所聯合攻關，開展天然氣能量計量的(de)試驗工作，并在此基礎上完成标準化(huà)。爲了(le)加快(kuài)試驗進度，建議(yì)引進國外先進的(de)在線氣相氣色譜系統和(hé)流量計算(suàn)機，在消化(huà)引進技術的(de)基礎上發展适合我國國情的(de)天然氣能量計量系統。