摘要:結合國家石油天然氣行業(yè)2004實行標準SY/T6143-2004對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計量誤差進行了一些分析;其次,通過一定量的計算,分析了孔板流量計計量中各參數(shù)和變量對計量誤差的影響,并對誤差大小做了一個粗略的估算;最后,結合所做的誤差分析,從個人角度對孔板計量裝置的合理設置談幾點粗淺的認識,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行輸送,并采用標準孔板流量計來計量�？装辶髁坑嬙谔烊粴夤艿郎系膽孟鄬碚f是比較成熟可靠的。但是,在我們實際工作當中,供氣方和用氣方在氣量交接中往往存在一定的輸差,有時甚至輸差很大。所以,天然氣輸送的正確計量不得不成為我們深人細致研究的問題，以減少供需雙方之間的經(jīng)濟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量誤差。供氣方采用二路供氣,2臺“DANIEL"孔板流量計所計量的輸氣量作為主計量,用戶方的2臺“DANIEL"超聲波流量計(精度優(yōu)于或等于0.5級)所計量的輸氣量為監(jiān)督。工作中我們發(fā)現(xiàn),雙方計量的輸氣量之間存在著較大的輸差,供氣方的孔板流量計每日計量的輸氣量比用戶方每日計量的輸氣量多1.5x104m³~2.5x104m³,按每日平均輸氣2.5x106m3~2.6x106m3計算,相對輸差≤1%。雖然存在--定輸差,但在國家標準所規(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，供氣方的計量與用氣方的計量誤差突然增大,相對輸差增加到5x104m³左右;日最大達到64461m³,相對輸差>2.4%,遠遠超過了GB/T18603-2001《天然氣計量系統(tǒng)技術要求》中所規(guī)定的“計量貿(mào)易交接系統(tǒng)精度定級符合A級(0.1)標準”，即貿(mào)易交接誤差應≤1%。此現(xiàn)象給用戶造成了巨大的經(jīng)濟損失。
根據(jù)這一-現(xiàn)象,為了找出雙方計量誤差產(chǎn)生的原因,雙方查閱了大量關于天然氣計量、自動化儀表控制、天然氣流量計算標準等方面的技術資料,并對雙方流量計及工藝流程進行了一系列現(xiàn)場實地考察和驗算后發(fā)現(xiàn)，供氣方的孔板流量計計量系統(tǒng)中部分參數(shù)設定不合理,流量計孔板使用不標準規(guī)范;經(jīng)雙方商議后,對方將系統(tǒng)參數(shù)進行了修改,同時更換了計量孔板，此后的--個多月中,雙方輸差最低降為0.37%,而且-直保持在1%以下。(雙方計量誤差的計算數(shù)據(jù)限于篇幅和商業(yè)機密從略)。下面主要對計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
在真實的天然氣計量過程中,許多參數(shù)(如:壓力、溫度流量等)都是不斷變化的，所以,天然氣計量系統(tǒng)通常采用計算單位時間(如:秒、分)級的瞬時流量,然后累計得出日(周、月、年)的輸氣量,但此過程非常復雜，計算量相當于天文數(shù)字，通常采用程序和計算機來完成;對于我們?nèi)斯さ挠嬎?也只能采取選用各參數(shù)的日平均值,經(jīng)有限次的計算后得出輸氣量的大概值。下面是天然氣流量的計算公式和參數(shù),各參數(shù)的計算精度;見表1。
2.1天然氣在標準參比條件下的體積流計算公式:
qm-----天然氣在標準參比條件下的體積流量;
Am-----體積流量計量系數(shù)視采用計量單位而定。
秒體積流量(m³.8-1)計量系數(shù)Am=3.1795x10-6;小時體積流量(m³.h-1)計量系數(shù)Amh=0.011446;日體積流量(m³.d-1)計量系數(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----相對密度系數(shù);
Ɛ----可膨脹性系數(shù);.
Fx----超壓縮系數(shù);
Fr---流動溫度系數(shù);
P1----孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對靜壓,MPa;
△p-----氣流流經(jīng)孔板時產(chǎn)生的差壓,Pa。
天然氣計量誤差的正確計算是非常困難的，也是極其復雜的,基本上沒有一個定量的概念,大多數(shù)只能做定性分析。所以在此僅從以下幾方面對造成雙方輸差的原因做分析:
2.2壓力對輸差的影響
2.2.1當?shù)卮髿鈮簩敳畹挠绊?
不同的地區(qū)由于海拔高度不同,大氣壓力也不相同,-般標準的大氣壓為0.0981MPa。假如所在地區(qū)大氣壓為0.0890MPa。而系統(tǒng)計算軟件中當?shù)卮髿鈮喊礃藴实?.0981MPa參數(shù)代入來計算流量,是絕對不行的,經(jīng)估算,這樣會使雙方的輸差增大約0.5%。
2.2.2差壓對輸差的影響
差壓計長時間工作后,其內(nèi)部的霍爾元件會發(fā)生微小的形變,造成儀表的零點飄移(可正可負)。
我們以量程為60000Pa的差壓計為例來作--估算:
差壓計的輸出為4mA~20mA的標準電流信號,.如果差壓計的零點飄移為千分位上的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算流量,對流量所造成的誤差是巨大的,而且會直接嚴重影響到雙方計量的輸差。況且,零點飄移實際上很可能比0.001大許多倍。
所以，為了避免零點飄移對計量造成重大影響，必須定期對差壓計進行零點的校驗。
2.3溫度對輸差的影響
計量過程中,溫度對流量計所計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確，在其它情況相同的條件下,溫度每相差1C,計量的輸氣量相差約0.5%。所以,定期對溫度測量裝置的校驗也是非常有必要的，以減少輸差。
2.4不同的計算標準對輸差的影響
假如計量系統(tǒng)的計算軟件中采用了不同的計算標準SY/T6143-2004與SY/T6143-1996來計算天然氣的相對密度Gr、流出系數(shù)C和壓縮系數(shù)Fz,對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是,天然氣的相對密度Gr與天然氣的組分密切相關,而管道中的天然氣組分時刻都在變化,相對密度Gr的值也隨之不斷的變化。因此,應采用由組分分析儀實時采集后經(jīng)計算軟件算出的值參與計算，而不是由人工周期性輸人的值來進行計算。如果管道內(nèi)的天然氣的組分不穩(wěn)定，那么對輸差的影響是非常大的。
2.5附加誤差造成的影響標準
節(jié)流裝置在使用現(xiàn)場,其實際測量誤差往往超過基本誤差,根本原因就是現(xiàn)場使用條件比實驗室條件復雜的多，流量公式中的兩個變量C、e和三個實測值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)嚴格按照標準要求進行設計、計算、制造、安裝、使用檢驗等工作;
(2)加強計量管理,加強對計量裝置、儀表、管路等檢查、維護、保養(yǎng)檢定;
(3)避免出現(xiàn)故障狀態(tài)或不符合標準規(guī)定的計量運行狀態(tài)。
2.6設計、制造和安裝對輸差的影響
(1)孔板流量計的安裝及現(xiàn)場工藝管線的安裝應完全符合國家標準SY/T6143-2004或SY/T6143-1996中的要求。
(2)計算軟件的計算公式中,測量管直徑D和孔板直徑d應用檢驗證書上的實測直徑,而不應該用出廠時的標稱直徑,尤其是孔板直徑,一定要使用實測值,否則,計算后所產(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,則造成的誤差將會更大。
(3)測量管直徑D和孔板直徑d的確定應該遵循“β≥0.1≤0.75的范圍內(nèi)"這一原則，否則會造成孔板前后差壓過大或者過小。
(4)孔板下游氣流的絕對靜壓和孔板上游氣流的絕對靜壓之比應大于0.75,即孔板前后的差壓值不可過大,因為前面已經(jīng)估算過,差壓值的誤差對計量的影響非常之大。
(5)各現(xiàn)場儀表應工作在量程范圍的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)供需雙方流量計計算的精度不同,主要體現(xiàn)在流量計算機處理器的性能和計算程序在數(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)每次對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集也存在一定的時間間隔,所以,下游用戶應盡可能的保證平穩(wěn)用氣,盡量避免用氣量在短.時間內(nèi)出現(xiàn)大幅度的波動。
3建議.
從上面的分析可知,天然氣計量過程中出現(xiàn)誤差是在所難免的，而且有許多是不可避免的誤差。所以供需雙方都應本著誠信友好的態(tài)度,面對問題協(xié)商解決,努力將誤差降至最低。對孔板流量計計量過程中造成誤差的現(xiàn)象采用如下幾點建議:
3.1軟件方面
(1)計算軟件中大氣壓參數(shù)的設定應盡可能以當?shù)卮髿鈮簽闇?而不應取標準大氣壓0.0981MPa;
(2)計算軟件中計量的測量管管徑應以實測值為依據(jù),而不應用標稱值;
(3)計算軟件中天然氣的相對密度最好能采用實時采集并計算出的值，盡可能少采用周期性計算并由人工輸人的方式。
3.2孔板孔徑和差壓計方面現(xiàn)舉
例說明:假如某站計量測量管和孔板的實測直徑D和d分別為198.45mm和147.455mm,這使得β=d/D=0.743,已經(jīng)非常接近國家標準中“β≥0.10≤0.75"規(guī)定的上限,很難保證在計量過程中不產(chǎn)生附加誤差。所以建議,應將計量孔板由實測孔徑為147.466mm更換為孔徑為133.693mm的標準孔板(此時,β值減小到0.674)。這樣可保證計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)各自實際情況,二路流量計孔板的采用參數(shù)設定應按規(guī)定標準盡可能保持一致,并采用同量程的差壓計,避免單路供氣時孔板上下游的差壓超限工作,出現(xiàn)計量誤差。
4結語
經(jīng)過分析和努力,我們基本掌握了國家標準SY/T6143-2004中所規(guī)定的孔板計量天然氣流量的方法。通過一定的計算,對供氣和用氣雙方存在的輸差問題作了一個粗略的判斷,知道了輸差存在的原因，使我們在工作當中盡量使誤差減少到最小。但是,天然氣計量系統(tǒng)是--個相當復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,及時地發(fā)現(xiàn)問題并協(xié)商解決。
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