[摘要]現(xiàn)場(chǎng)使用的孔板流量計(jì)在孔板清洗時(shí)無(wú)法計(jì)量天然氣流量，計(jì)量的公平、公正性無(wú)法得到保證。實(shí)際生產(chǎn)中常通過(guò)經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行估算，未引入進(jìn)行補(bǔ)償，國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也未說(shuō)明是否需要進(jìn)行流量補(bǔ)償以及補(bǔ)償?shù)姆椒āＭㄟ^(guò)對(duì)孔板流量計(jì)的工作原理及清洗維護(hù)時(shí)天然氣流態(tài)的分析，在現(xiàn)場(chǎng)采用孔板流量計(jì)并聯(lián)和孔板流量計(jì)與超聲波流量計(jì)串聯(lián)兩種方式，對(duì)孔板清洗期間的天然氣流量進(jìn)行比對(duì)。結(jié)果表明全年清洗48次，則估算流量與實(shí)際流量相差約3.4x10m3。結(jié)論如下:(1)管道內(nèi)孔板的存在與否，對(duì)管道內(nèi)天然氣流動(dòng)有較大影響:(2)孔板清洗期間實(shí)際流量和經(jīng)驗(yàn)估算量有較大差值:(3)孔板流量計(jì)清洗期間進(jìn)行流量補(bǔ)償是必要的。
標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)是一種非常成熟的流量計(jì),在多年的試驗(yàn)和使用過(guò)程中積累了大量的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，以其耐高壓，安裝使用維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)天然氣計(jì)量中占有主導(dǎo)地位叫。隨著國(guó)家重點(diǎn)工程西氣東輸管道的全線通氣,我國(guó)天然氣的應(yīng)用開始了一個(gè)新的里程。天然氣管道的迅速發(fā)展，要求對(duì)天然氣流量進(jìn)行更加正確的計(jì)量。天然氣在生產(chǎn)集輸過(guò)程中，天然氣氣質(zhì)中含有從地下帶出的油水及砂粒粉塵，因此，天然氣在高速流動(dòng)中不斷沖刷管道和設(shè)備，將會(huì)在孔板表面沉積大量污物，使天然氣流量計(jì)量嚴(yán)重偏離正常值，必須通過(guò)周期性清洗孔板來(lái)糾正偏差。而在孔板流量計(jì)清洗過(guò)程中，由于沒(méi)有孔板節(jié)流，計(jì)量將停止，累積也就終止，而清洗孔板時(shí)，又不能停止供給天然氣,孔板清洗期間的天然氣流量無(wú)法正確獲得。現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T21446-2008《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》規(guī)定了在天然氣輸送過(guò)程中的流量計(jì)算公式，但無(wú)孔板流量計(jì)清洗期間的流量計(jì)算公式,也未說(shuō)明孔板流量計(jì)清洗期間是否需要進(jìn)行流量補(bǔ)償以及如何補(bǔ)償。
1孔板流量計(jì)清洗期間流量補(bǔ)償現(xiàn)狀
在實(shí)際工作中,孔板流量計(jì)清洗期間流經(jīng)的天然氣流量一般通過(guò)經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行估算，未進(jìn)行流量補(bǔ)償。主要采用以下三種方式估算:
第一種:記錄孔板清洗前n(n<=20)分鐘的每秒平均量，再記錄清洗過(guò)程中的時(shí)間，即累積秒數(shù)，孔板清洗期間估算的流量就是兩者的乘積。
第二種:在孔板清洗完畢后，從計(jì)量系統(tǒng)上電開始計(jì)量起,采集n(n<=20)分鐘的每秒平均量，孔板清洗期間估算的流量就是每秒平均量與清洗孔板過(guò)程中累積時(shí)間秒數(shù)的乘積。
第三種:記錄孔板清洗前n(n<=20)分鐘的每秒平均量，孔板清洗結(jié)束,從計(jì)量系統(tǒng)上電開始計(jì)量起，再記錄n(n<=20)分鐘的每秒平均量,然后將兩個(gè)平均量再做平均,孔板清洗期間估算的流量就是最后的平均秒流量與清洗孔板過(guò)程的時(shí)間秒累積的乘積。
通過(guò)經(jīng)驗(yàn)方法估算孔板流量計(jì)清洗期間的流量,就是平均瞬時(shí)流量與孔板清洗時(shí)間的乘積。孔板流量計(jì)清洗期間，沒(méi)有節(jié)流件，流速將增加，除了利用平均瞬時(shí)流量來(lái)估算，還需不需要另外進(jìn)行流量補(bǔ)償呢?在行業(yè)領(lǐng)域中主要有兩種認(rèn)識(shí):一種認(rèn)為，孔板流量計(jì)清洗時(shí)間短，天然氣在封閉管道中流動(dòng)，流量變化很小，無(wú)需補(bǔ)償;另一種認(rèn)為，在孔板提出瞬間，流速增加，流量增大，應(yīng)該補(bǔ)償。行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的這兩種觀點(diǎn)目前都尚未得到有效實(shí)驗(yàn)論證，無(wú)法準(zhǔn)確指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，因此，有必要通過(guò)理論進(jìn)行分析，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)論證。
2孔板流量計(jì)工作原理
差壓式孔板流量計(jì)是基于流體流動(dòng)的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流元件時(shí)產(chǎn)生的壓力差與其流量間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)測(cè)量壓差實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的測(cè)量。充滿管道的流體，當(dāng)它們流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時(shí)，流束將在節(jié)流裝置的節(jié)流件處形成局部收縮，從而使流速增加，靜壓力低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓力降，介質(zhì)流動(dòng)的流量越大，在節(jié)流件前后產(chǎn)生的壓差就越大，所以孔板流量計(jì)可以通過(guò)測(cè)量壓差來(lái)衡量流體流量的大小。流體流動(dòng)的流量越大，在節(jié)流件前后產(chǎn)生的壓差就越大，所以孔板流量計(jì)可以通過(guò)測(cè)量壓差來(lái)衡量流體流量的大小。這種測(cè)量方法是以能量守衡定律和流動(dòng)連續(xù)性定律為基準(zhǔn)的。
孔板以開孔銳利度來(lái)保證精度，對(duì)腐蝕、磨損、結(jié)垢、臟污敏感，長(zhǎng)期使用精度難以保證，在天然氣輸送中，孔板大量的接觸重?zé)N、泥沙等，需經(jīng)常拆下清洗。孔板流量計(jì)清洗前與清洗期間天然氣流態(tài)見(jiàn)圖1、圖2。
GB/T21446-2008《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》中，天然氣在標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積流量實(shí)用公式為:
式中:
qvn一天然氣在標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積流量;
Avn一體積流量計(jì)量系數(shù)是采用計(jì)量單位而定;
C一流出系數(shù);
E一漸近速度系數(shù);
d一孔板開孔直徑，mm;
Fc一相對(duì)密度系數(shù);
ε一可膨脹性系數(shù);.
Fz一超壓縮系數(shù);
FT一流動(dòng)溫度系數(shù);
P1一孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對(duì)靜壓，MPa;
△P一氣流流經(jīng)孔板時(shí)產(chǎn)生的差壓，pa.
當(dāng)孔板流量計(jì)處于清洗過(guò)程中，孔板被搖至上閥腔后，此時(shí)無(wú)壓差△P產(chǎn)生,也就無(wú)法用此公式對(duì)天然氣流量進(jìn)行計(jì)算。
3現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)
3.1并聯(lián)孔板流量計(jì)比對(duì)實(shí)驗(yàn)
從一個(gè)完整的計(jì)量支路來(lái)看，只要它與下游之間存在壓差,將孔板提出計(jì)量管后，計(jì)量管段處于全通狀態(tài)，氣流通過(guò)的橫截面積驟然增加，由于缺少阻力元件孔板的節(jié)流作用，此時(shí)通過(guò)的天然氣流速增加，總量也會(huì)隨之增加7。
為了論證這個(gè)理論，選擇-一個(gè)上、下游氣源相對(duì)穩(wěn)定的計(jì)量點(diǎn)，站場(chǎng)匯管上并聯(lián)安裝有兩條規(guī)格型號(hào)、工藝布局完全相似的孔板流量計(jì)J1、J2(DN150,表壓3.2MPa)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(圖3、圖4)。
實(shí)驗(yàn)方法:選擇在上下午不同時(shí)段，分別清洗J1和J2共做兩次實(shí)驗(yàn)。清洗孔板流量計(jì)J1(J2)，在清洗過(guò)程中，J1(J2)由于缺少阻力元件孔板的節(jié)流作用，匯管中絕大部分天然氣流向J1(J2),J2(J1)瞬時(shí)流量(以下簡(jiǎn)稱瞬量)減少，而匯管總瞬量(J1與J2的瞬量之和)在孔板流量計(jì)清洗前后基本穩(wěn)定，通過(guò)匯管總瞬量減去J1(J2)清洗期間J2(J1)平均瞬量，來(lái)推算出J1(J2)清洗期間流經(jīng)JI(J2)的天然氣大致瞬量。利用天然氣大致瞬量估算的流量，與按照經(jīng)驗(yàn)方法三(清洗前后20分鐘平均瞬時(shí)流量)估算的流量進(jìn)行對(duì)比。
3.1.1第一次實(shí)驗(yàn):清洗孔板流量計(jì)JI(14分鐘)
(1)清洗孔板流量計(jì)J1，清洗前、中、后J1、J2、總瞬量如表1所示。
從表1室驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，總瞬量在孔板清洗前和清洗后
基本一致，由此可推算J1清洗期間瞬量qJ1及總流量QJ1:
J1清洗期間瞬量qJ1=926295-337685=588610(m3/d)，
J1清洗期間總流量QJ1=588610÷24÷60x14=5723(m3)
(2)清洗孔板流量計(jì)J1,清洗前、后20分鐘J1瞬量如表2所示。
J1清洗期間瞬量qu'=(389773+407071)+2=398422(m3/d)
J1清洗期間總流量Q1'398422÷24÷60×14=3874(m3)
從第一次實(shí)驗(yàn)可以看出，孔板流量計(jì)J1清洗期間的實(shí)際流量約為5723m3，利用經(jīng)驗(yàn)方法估算的流量為3874m3，兩者相差47.7%，1.48倍。
3.1.2第二次實(shí)驗(yàn):清洗孔板流量計(jì)J2(21分鐘)
(1)清洗孔板流量計(jì)J2，清洗前、中、后J1、J2、總瞬量如表3所示。
從表3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可推算J2清洗期間瞬量qJ2及總流量qJ2:
J2清洗期間瞬量qJ2=1125766-233185-892581(m3/d)
J2清洗期間總流量QJ2=892581+24+60x21=13017(m3)
(2)清洗孔板流量計(jì)J2,清洗前、后20分鐘J2瞬量如表4所示。
J2清洗期間瞬量qu2'=(664076+700873)+2-682475(m3/d)
J2清洗期間總流量QJ2=682475+24+60x21=9953(m3)
從第二次實(shí)驗(yàn)可以得出，孔板流量計(jì)J2清洗期間的實(shí)際流量約為13017m3,利用經(jīng)驗(yàn)方法估算的流量為9953m3，兩者相差30.8%，1.31倍。
3.2串聯(lián)孔板流量計(jì)與超聲波流量計(jì)比對(duì)實(shí)驗(yàn)
為了進(jìn)一步論證在孔板清洗期間應(yīng)進(jìn)行流量補(bǔ)償，選擇一個(gè)無(wú)人值守單井站，該站井口產(chǎn)量較小，場(chǎng)站工藝簡(jiǎn)單，有孔板流量計(jì)和超聲波流量計(jì)串聯(lián)，且兩套裝置的直徑、工藝布局完全相似。.上游為高級(jí)孔板閥，下游為超聲波流量計(jì)置，管徑為DN100，壓力為2.5MPa,兩臺(tái)裝置相鄰不足20米。見(jiàn)圖5、圖6。
實(shí)驗(yàn)方法:清洗上游孔板流量計(jì)，上、下午共清洗兩次，記錄在上游孔板流量計(jì)清洗期間，流經(jīng)下游超聲波裝置的天然氣流量，推算清洗期間流經(jīng)孔板流量計(jì)的天然氣流量大致范圍。
3.2.1第一次實(shí)驗(yàn):清洗孔板流量計(jì)16分鐘
(1)清洗孔板流量計(jì)前、后20分鐘瞬量如表5所示。
清洗期間瞬量q=(50355+50515)÷2=50435(m3/d)
清洗期間總流量Q=50435+24-60x16==560(m3)
(2)清洗孔板流量計(jì)期間，下游超聲波流量計(jì)累積流量如表6所示。
上游孔板流量計(jì)清洗期間流經(jīng)下游超聲波流量計(jì)的總流量Q=33464622-33463894=698(m3)
從第一次實(shí)驗(yàn)可以得出,孔板流量計(jì)清洗期間的實(shí)際流量約為698m3，利用經(jīng)驗(yàn)方法估算的流量為560m3,兩者相差25%，1.25倍。
3.2.2第二次實(shí)驗(yàn):清洗孔板流量計(jì)15分鐘
(1)清洗孔板流量計(jì)前、后20分鐘瞬量如表7所示。
清洗期間瞬量q=(45213+45438)+2=45326(m3/d)
清洗期間總流量Q=45256÷24÷60x15=471(m3)
(2)清洗孔板流量計(jì)期間，下游超聲波流量計(jì)累積流量如表8所示。
上游孔板流量計(jì)清洗期間流經(jīng)下游超聲波流量計(jì)的總流量Q=33478820-33478227=593(m3)
從第二次實(shí)驗(yàn)可以得出，孔板流量計(jì)清洗期間的實(shí)際流量約為593m3,利用經(jīng)驗(yàn)方法估算的流量為471m3,兩者相差.26%，1.26倍。
4結(jié)論
從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)可以得知，在孔板流量計(jì)清洗期間，由于缺少阻力元件孔板的節(jié)流作用，管道內(nèi)天然氣的流速加快，流經(jīng)孔板流量計(jì)的流量增加。因此，利用經(jīng)驗(yàn)方法(平均瞬時(shí)流量)估算的流量與實(shí)際流量相差較大。四次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)際流量與估算流量相差最小為25%，1.25倍，最大為47.4%，1.48倍。假設(shè)某天然氣場(chǎng)站每天生產(chǎn)的天然氣為5x106m3,每周清洗一次，每次20分鐘,按照實(shí)際流量與估算流量相差1.25倍計(jì)算,則估算流量與實(shí)際流量相差約69445m3。全年清洗48次，則相差約3.4x106m3。清洗次數(shù)越多、時(shí)間越長(zhǎng)，流量損失也就越大。如果不進(jìn)行流量補(bǔ)償，勢(shì)必會(huì)造成估算的天然氣流量偏低，有失計(jì)量的公平、公正。因此，在估算天然氣流量時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償是非常必要的。
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