淺談天然氣計(jì)量系統(tǒng)的誤差

趙振中

平頂山燃?xì)庥邢挢?zé)任公司，河南 平頂山 467000

0 引言

一個完整的天然氣計(jì)量系統(tǒng)通常由流量計(jì)、溫度變送器、壓力變送器、在線色譜儀和流量計(jì)算機(jī)（或體積修正儀）組成。其工作原理為：由流量傳感器(如渦輪流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等)測量天然氣的工況流量，溫度變送器測量天然氣的工況溫度，壓力變送器測量天然氣的工況壓力，在線色譜儀測量天然氣的組分，流量計(jì)算機(jī)接收流量計(jì)、溫度變送器、壓力變送器、在線色譜儀的輸出信號,計(jì)算天然氣在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量(標(biāo)況流量)。計(jì)量系統(tǒng)的每一種儀表的準(zhǔn)確度直接影響著系統(tǒng)的準(zhǔn)確度或誤差。此外，儀表的不正確安裝，尤其是流量計(jì)以及在實(shí)際運(yùn)行中由于工作人員對儀表的操作和維護(hù)不當(dāng)也都會對系統(tǒng)產(chǎn)生誤差。

1 影響計(jì)量系統(tǒng)誤差的因素

1.1 計(jì)量儀表

眾所周知，目前我國在天然氣貿(mào)易中，均采用標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積（標(biāo)況體積）作為貿(mào)易單位，而標(biāo)況體積是通過理想氣體方程式和壓縮因子的修正計(jì)算得到的。

其中下標(biāo)s表示standard 標(biāo)準(zhǔn)，下標(biāo)a表示actual 工況

Pa、Ta由現(xiàn)場的壓力變送器和RTD測得；

Ps、Ts可在流量計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)定( Ps＝101.325 KPa Ts＝20℃)。

?

由色譜分析儀分析天然氣組分，將組分信息傳輸?shù)搅髁坑?jì)算機(jī)內(nèi)，流量計(jì)算機(jī)根據(jù)AGA8計(jì)算壓縮系數(shù)Zs，Za。

在上述計(jì)算過程中，輸入量為工況體積、壓力、溫度和氣體特征值。這些輸入值都是帶有誤差的。將這些帶誤差的輸入值進(jìn)行運(yùn)算，得到的結(jié)果也是帶有誤差的。由于這一運(yùn)算過程相當(dāng)復(fù)雜，因此作為輸出結(jié)果的標(biāo)況體積的誤差在數(shù)學(xué)上是難以計(jì)算的。

雖然標(biāo)況體積的誤差難以計(jì)算，但是在工程上卻可以估計(jì)出它的誤差限。我國的國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 18603-2001 天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求》給出了這樣的規(guī)定：

該標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)的意義為：為構(gòu)成A 級（1.0）計(jì)量系統(tǒng)，溫度儀表的準(zhǔn)確度應(yīng)當(dāng)優(yōu)于0.5℃，壓力儀表的準(zhǔn)確度應(yīng)當(dāng)優(yōu)于0.2%等。換言之，當(dāng)溫度儀表的準(zhǔn)確度優(yōu)于0.5℃，壓力儀表的準(zhǔn)確度優(yōu)于0.2%等時，該計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度優(yōu)于1.0%。

對照上表，我們的計(jì)量系統(tǒng)中，溫度、壓力的準(zhǔn)確度取決于EK 或溫度、壓力變送器；密度、發(fā)熱量的準(zhǔn)確度取決于色譜或成份分析儀；工作條件下體積流量的準(zhǔn)確度取決于渦輪流量計(jì)（應(yīng)注意區(qū)別量程范圍）。壓縮因子的準(zhǔn)確度取決于算法：AGA8-92DC、SGERG-88（AGA8-92GC）的準(zhǔn)確度為0.1%；AGA-NX-19的準(zhǔn)確度為0.5%。綜合上述數(shù)據(jù)，對照上表，即可確定由EK 或者F1 組成的計(jì)量系統(tǒng)的系統(tǒng)準(zhǔn)確度了。

1.2 渦輪表不正確安裝引起的誤差

通過渦輪表的燃?xì)忭氂芯鶆虻牧魉俜植疾拍軐⑺俣绒D(zhuǎn)換成準(zhǔn)確的體積計(jì)量，否則將引起誤差。主要有3種干擾會引起計(jì)量系統(tǒng)渦輪表的誤差。

1）不均勻的流速分布稱為噴流，通常是由不正確的安裝方法或計(jì)量表上游有凸出物所造成的。渦輪表上游的管道內(nèi)存在噴流情形時，轉(zhuǎn)子即與撞擊其上的最高流速發(fā)生作用，轉(zhuǎn)速增加，產(chǎn)生正誤差；

2）氣流在切線方向存在速度時，稱為旋流。此種干擾通常也是由不正確的安裝和計(jì)量表上游的障礙物造成的。旋流視其旋轉(zhuǎn)方向不同使計(jì)量表產(chǎn)生正的或負(fù)的誤差；

3）脈動流是氣流的壓力波，通常是由渦輪表附近的減壓器、往復(fù)式壓縮機(jī)造或由工作管道的振動，特別是共振造成，也可由流量控制器的周期性動作和調(diào)節(jié)器的往復(fù)開關(guān)及流體管道裝置、閥門或旋轉(zhuǎn)的機(jī)械裝置等分流造成的。脈動流通常使渦輪表產(chǎn)生正誤差。

1.3 人為因素影響產(chǎn)生的誤差

1）由于儀表的選型不當(dāng)，比如所選渦輪表的量程過大或過小，都會造成計(jì)量系統(tǒng)的誤差；

2）違反操作規(guī)程或不按規(guī)定要求對儀表進(jìn)行正常的維護(hù)，都將會造成系統(tǒng)的誤差。如每次啟用渦輪時，如果動作粗魯，不按操作規(guī)程開啟閥門，都將會造成系統(tǒng)的誤差，嚴(yán)重時會損壞計(jì)量儀表。帶油泵的渦輪表，如果不按要求對渦輪進(jìn)行及時注油，也將會引起系統(tǒng)的誤差；

3）沒有對流量計(jì)算機(jī)內(nèi)天然氣組分或物性值實(shí)現(xiàn)在線修正或人工修正；

4）沒有按國家規(guī)定對儀表進(jìn)行定期檢定。

2 減少計(jì)量系統(tǒng)誤差的措施

2.1 計(jì)量儀表方面

1）渦輪表的選型要合理，并滿足實(shí)際運(yùn)行需要，二次儀表的計(jì)量模型應(yīng)符合 SY/T6143-1996的要求；

2）為了增強(qiáng)上下游計(jì)量儀表數(shù)據(jù)比對的可行性和準(zhǔn)確度，減少誤差的發(fā)生，應(yīng)和上游選用同一種類型的計(jì)量儀表；

3）為了使系統(tǒng)誤差更小，應(yīng)選擇高精度的溫度、壓力傳感器、定時裝置等輔助設(shè)施，其精度必須高于待測渦輪表所需精度l～2級。

2.2 減少渦輪表安裝引起的誤差

1）在安裝之前，應(yīng)當(dāng)檢查渦輪流量計(jì)以確信沒有由運(yùn)輸引起的損壞以及所有附件如：塞、油）完整無缺；

2）安裝前，管道應(yīng)焊接完畢，嚴(yán)禁帶表焊接；

3）撕去進(jìn)出口法蘭處的粘貼紙；

4）渦輪表應(yīng)水平安裝，并且進(jìn)出、口不得反裝；

5）介質(zhì)氣體應(yīng)當(dāng)干燥且沒有灰塵和雜質(zhì)，并且我們鄭重建議在流量計(jì)的上游安裝一個液體雜質(zhì)過濾器（5μm），過濾器的結(jié)構(gòu)和尺寸應(yīng)能保證在最大流量下產(chǎn)生盡可能小的壓力損失并盡可能減少流量畸變；

6）在啟動之前一定要確保過濾分離器和流量計(jì)上游之間的管路是吹掃干凈的。（吹掃前，建議制作安裝渦輪流量計(jì)的代替管件，以確保渦輪流量計(jì)不被損壞。嚴(yán)禁帶表吹掃）；

7）對新的系統(tǒng)，建議臨時安裝一個過濾網(wǎng)或錐形罩（網(wǎng)格寬度：0.5mm）來保護(hù)流量計(jì)。錐形罩應(yīng)在正常運(yùn)行大約4周后拿開。

8）為了有效地消除旋轉(zhuǎn)流.應(yīng)在渦輪表前安裝必要的直管段，且最好在渦輪表前加裝整流器，并保證管道及流量計(jì)密封墊片良好定位，不使突出。為了保證流體的正常流動特性，消除流量計(jì)后的各種管件、閥門的不良影響，流量計(jì)后也應(yīng)保證至少5倍以上管道直徑的直管段。

2.3 加強(qiáng)儀表管理，提高人員素質(zhì)，減少人為因素的影響

為了減少誤差，在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

1）按照操作說明書啟動油泵，并及時給渦輪表注油。

2）在投入運(yùn)行的時候，一定要在可測量的情況下給管道緩慢加壓（增壓速度<35kPa/s）直到達(dá)到流量計(jì)的運(yùn)行壓力。為了給管道加壓，最好裝一個12mm 直徑的旁通管。壓力劇烈震蕩或不當(dāng)?shù)母咚偌訅簳p壞流量計(jì)。

3）由于天然氣管道所輸送的天然氣含有較多水分，需定期對安裝渦輪表前的過濾器或氣液分離器進(jìn)行定期排污。在冬季，為防止渦輪表出現(xiàn)冰堵現(xiàn)象的發(fā)生，需對天然氣進(jìn)行加熱或在天然氣中加入防凍劑。

4）定期對計(jì)量儀表進(jìn)行周期檢定

值得指出的是，系統(tǒng)中各個設(shè)備儀表的準(zhǔn)確度會隨著時間的推移而發(fā)生變化。按照國家計(jì)量法律規(guī)定，用于貿(mào)易結(jié)算的渦輪表的檢定周期為2年，其配套使用的流量計(jì)算機(jī)及溫度傳感器和壓力變送器的檢定周期為1年。因此，必須對設(shè)備儀表進(jìn)行定期檢定，使它們的準(zhǔn)確度保持在計(jì)量系統(tǒng)所要求的可以接受的范圍內(nèi)。

5）對流量計(jì)算機(jī)天然氣組分或物性值進(jìn)行在線修正。不能實(shí)現(xiàn)在線修正的，要定期用人工方式對天然氣組分或物性值進(jìn)行修正。

6）加強(qiáng)計(jì)量操作人員的相關(guān)專業(yè)知識培訓(xùn)，及時做好儀表的維護(hù)、保養(yǎng)工作，定期檢修，延長其使用壽命，減小計(jì)量誤差。

[1]GBT21391-2008用氣體渦輪流量計(jì)測量天然氣流量.

[2]GB/T18603-2001天然氣計(jì)量系統(tǒng)技術(shù)要求.