天然气流量计量及仪表选型

何沛璐+赵洪波+刘军+王晓琴

[摘 要]天然气流量计量已经成为天然气工业生产发展的重要组成部分，在日常生产和贸易交接中，流量计量是一项重要的技术基础工作。流量计量既是天然气供需双方贸易结算的依据，又是生产部门采输和衡量天然气用气效率的主要技术指标。天然气的准确计量不但能实现公平的贸易结算，而且能为改进生产工艺，提高产品质量，降低产品生产成本，确保安全生产等提供依据，提高经济效益和社会效益。天然气计量仪表概述主要说明了几种常见天然气计量仪表的优点及缺点，主要对孔板流量计在计量中存在的误差进行了主要的说明和如何对孔板流量计存在的误差进行有效的防范措施。

[关键词]流量计 优点与缺点 误差 有效的防范

中图分类号：TE.978 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0308-01

一、前言

天然气是一种高效、清洁燃料和优质化工原料，随着国家对天然气的开发，和天然气日益需求加大，未来天然气需求增长速度将明显超过煤炭和石油。所以对天然气的计量变显的尤为重要。

二、天然气计量仪表概况

天然气流量计量仪表品种多，计算模型五花八门，本文介绍涡轮流量计、涡街流量计、超声流量计优缺点及标准孔板流量计的详细介绍。

（一）涡轮流量计

涡轮流量计，是速度式流量计中的主要种类，它采用多叶片的转子（涡轮）感受流体平均流速，从而且推导出流量或总量的仪表。

一般它由传感器和显示仪两部分组成，也可做成整体式。

优点：

（1）高精度，在所有流量计中，属于最精确的流量计； （2）重复性好； （3）元零点漂移，抗干扰能力好； （4）范围度宽； （5）结构紧凑。

缺点：

（1）不能长期保持校准特性； （2）流体物性对流量特性有较大影响。

应用概况：

涡轮流量计在以下一些测量对象获得广泛应用：石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体统在欧洲和美国，涡轮流量计在用量上是仅次于孔板流量計的天然计量仪表，仅荷兰在天然气管线上就采用了2600多台各种尺寸，压力从0.8～6.5MPa的气体涡轮流量计，它们已成为优良的天然气计量仪表。

（二）涡街流量计

涡街流量计是在流体中安放一根非流线型游涡发生体，流体在发生体两侧交替地分离释放出两串规则地交错排列的游涡的仪表。

涡街流量计按频率检出方式可分为：应力式、应变式、电容式、热敏式、振动体式、光电式及超声式等。

涡街流量计是属于最年轻的一类流量计，但其发展迅速，目前已成为通用的一类流量计。

优点：

（1）结构简单牢固； （2）适用流体种类多； （3）精度较高；（4）范围度宽； （5）压损小。

缺点：

（1）不适用于低雷诺数测量； （2）需较长直管段； （3）仪表系数较低（与涡轮流量计相比）； （4）仪表在脉动流、多相流中尚缺乏应用经验。

（三）超声流量计

超声流量计是通过检测流体流动对超声束（或超声脉冲）的作用以测量流量的仪表。

根据对信号检测的原理超声流量计可分为传播速度差法（直接时差法、时差法、相位差法和频差法）、波束偏移法、多普勒法、互相关法、空间滤法及噪声法等。

超声流量计和电磁流量计一样，因仪表流通通道未设置任何阻碍件，均属无阻碍流量计，是适于解决流量测量困难问题的一类流量计，特别在大口径流量测量方面有较突出的优点，近年来它是发展迅速的一类流量计之一。

优点：

（1）可做非接触式测量； （2）为无流动阻挠测量，无压力损失； （3）可测量非导电性液体，对无阻挠测量的电磁流量计是一种补充。

缺点：

（1）传播时间法只能用于清洁液体和气体；而多普勒法只能用于测量含有一定量悬浮颗粒和气泡的液体； （2）多普勒法测量精度不高。

应用概况：

传播时间法应用于清洁、单相液体和气体。典型应用有工厂排放液、怪液、液化天然气等； 气体应用方面在高压天然气领域已有使用良好的经验； 多普勒法适用于异相含量不太高的双相流体，例如：未处理污水、工厂排放液、脏流程液；通常不适用于非常清洁的液体。

（四）孔板流量计

在充满管道的流体流经管道内的节流装置，流束将在节流件处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力降低，于是在节流件上下游两侧会产生静压力差，流体的流速愈大该差压也愈大，所以可通过测量此差压来衡量流体流过节流装置时的流量大小，这种测量方法是以能量守恒定律和流动连续性方程为基础的。用差压变送器测量这个静压力差，经过二次仪表转换即可测量瞬时流量和累积流量。但孔板流量计在天然气流量计量中还存在不少问题。孔板流量计由三部分组成：节流装置 、差压变送器和流量显示仪。由于现场安装很大一部分仪表在露天或者室外工作条件恶劣的情况下，节流装置与差压变送器及其连接部分引压管线是使用维护的重点。天然气从地层中开采出来，虽经分离、除尘和过滤，因其所含成份十分复杂，从单井计量、集气计量到配气计量，气体组分各不相同，所以节流装置在使用中所受到的腐蚀程度亦各不同。特别对孔板直角入口边缘和测量管内壁的冲刷、腐蚀尤为严重，这将影响孔板直角入口边缘弧半径rk和测量管内壁的相对粗糙k/d，使其超出规定标准，导致流出系数c发生变化，最终使流量测量不确定度超出估计数。

（一）存在误差情况

1、本身产生的误差

（1）孔板入口直角锐利度超出标准规定。

（2）管径尺寸与计算不符。

（3）孔板厚度误差。

（4）节流件附件产生台阶、偏心。

（5）孔板上游端面平度。

（6）环室尺寸产生台阶、偏心。

（7）取压位置。

（8）焊接、焊缝突出。

（9）取压孔加工不规范或堵塞。

（10）节流件不同轴度。

2、安装误差

管线布置的偏离，管线布置的偏离造成的安装误差是普遍性的，其产生的主要原因是现场不能满足直管段要求的长度。

3、使用误差

（1）孔板弯曲（变形）。

（2）上游测量管沉积脏物。

（3）上游端面沉积脏物。

（4）孔板入口直角边缘变钝、破损。

（5）雷诺数范围不符合标准规定。

（6）管道粗糙度影响（管道粗糙度增加、管道粗糙度变化）。

（二）如何有效防范误差

1、依据标准，加强仪表的安装、使用、维护等管理，消除人为误差。

孔板流量计易于偏离标准的原因，在于仪表本身的工作原理与结构特点，仪器自身误差是制造时产生的，安装和使用误差则是在安装时或长期使用中由于流体介质腐蚀、磨损、沾污等造成的。因此，应严格按技术要求安装流量计量系统，消除安装误差。在使用过程中，操作人员应做好系统的检修、维护、保养工作，延长其使用寿命，减小计量误差。在实际应用中采取在流出系数C中增加二个修正系数，即孔板入口尖锐度修正系数和管壁粗糙修正系数，或者采用可换孔板节流装置。

2、正确选用配套的仪表

测量仪表应首选标准节流装置，当流量变化范围大时要考虑用宽量程智能差变，其它类型检测仪表在相应的计量天然气的标准出前台，应慎重选用。二次仪表的计量模型应符合《天然气流量的标准孔板计量方法》中的要求。

为了使天然气计量得到进一步的发展，应该引进我适合我国天然气发展的计量系统，使计量更加公平、公正、准确。