[摘要]現(xiàn)場使用的孔板流量計在孔板清洗時無法計量天然氣流量，計量的公平、公正性無法得到保證。實際生產(chǎn)中常通過經(jīng)驗方法進行估算，未引入進行補償，國家相關(guān)標準也未說明是否需要進行流量補償以及補償?shù)姆椒āＭㄟ^對孔板流量計的工作原理及清洗維護時天然氣流態(tài)的分析，在現(xiàn)場采用孔板流量計并聯(lián)和孔板流量計與超聲波流量計串聯(lián)兩種方式，對孔板清洗期間的天然氣流量進行比對。結(jié)果表明全年清洗48次，則估算流量與實際流量相差約3.4x10m3。結(jié)論如下:(1)管道內(nèi)孔板的存在與否，對管道內(nèi)天然氣流動有較大影響:(2)孔板清洗期間實際流量和經(jīng)驗估算量有較大差值:(3)孔板流量計清洗期間進行流量補償是必要的。
標準孔板流量計是一種非常成熟的流量計,在多年的試驗和使用過程中積累了大量的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，以其耐高壓，安裝使用維護方便等諸多優(yōu)點在我國天然氣計量中占有主導(dǎo)地位叫。隨著國家重點工程西氣東輸管道的全線通氣,我國天然氣的應(yīng)用開始了一個新的里程。天然氣管道的迅速發(fā)展，要求對天然氣流量進行更加正確的計量。天然氣在生產(chǎn)集輸過程中，天然氣氣質(zhì)中含有從地下帶出的油水及砂粒粉塵，因此，天然氣在高速流動中不斷沖刷管道和設(shè)備，將會在孔板表面沉積大量污物，使天然氣流量計量嚴重偏離正常值，必須通過周期性清洗孔板來糾正偏差。而在孔板流量計清洗過程中，由于沒有孔板節(jié)流，計量將停止，累積也就終止，而清洗孔板時，又不能停止供給天然氣,孔板清洗期間的天然氣流量無法正確獲得�，F(xiàn)行國家標準GB/T21446-2008《用標準孔板流量計測量天然氣流量》規(guī)定了在天然氣輸送過程中的流量計算公式，但無孔板流量計清洗期間的流量計算公式,也未說明孔板流量計清洗期間是否需要進行流量補償以及如何補償。
1孔板流量計清洗期間流量補償現(xiàn)狀
在實際工作中,孔板流量計清洗期間流經(jīng)的天然氣流量一般通過經(jīng)驗方法進行估算，未進行流量補償。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，再記錄清洗過程中的時間，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，從計量系統(tǒng)上電開始計量起,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程中累積時間秒數(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,從計量系統(tǒng)上電開始計量起，再記錄n(n<=20)分鐘的每秒平均量,然后將兩個平均量再做平均,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程的時間秒累積的乘積。
通過經(jīng)驗方法估算孔板流量計清洗期間的流量,就是平均瞬時流量與孔板清洗時間的乘積。孔板流量計清洗期間，沒有節(jié)流件，流速將增加，除了利用平均瞬時流量來估算，還需不需要另外進行流量補償呢?在行業(yè)領(lǐng)域中主要有兩種認識:一種認為，孔板流量計清洗時間短，天然氣在封閉管道中流動，流量變化很小，無需補償;另一種認為，在孔板提出瞬間，流速增加，流量增大，應(yīng)該補償。行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的這兩種觀點目前都尚未得到有效實驗論證，無法準確指導(dǎo)現(xiàn)場應(yīng)用，因此，有必要通過理論進行分析，并通過實驗來論證。
2孔板流量計工作原理
差壓式孔板流量計是基于流體流動的節(jié)流原理，利用流體流經(jīng)節(jié)流元件時產(chǎn)生的壓力差與其流量間的對應(yīng)關(guān)系，通過測量壓差實現(xiàn)對流量的測量。充滿管道的流體，當它們流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時，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，所以孔板流量計可以通過測量壓差來衡量流體流量的大小。流體流動的流量越大，在節(jié)流件前后產(chǎn)生的壓差就越大，所以孔板流量計可以通過測量壓差來衡量流體流量的大小。這種測量方法是以能量守衡定律和流動連續(xù)性定律為基準的。
孔板以開孔銳利度來保證精度，對腐蝕、磨損、結(jié)垢、臟污敏感，長期使用精度難以保證，在天然氣輸送中，孔板大量的接觸重烴、泥沙等，需經(jīng)常拆下清洗�？装辶髁坑嬊逑辞芭c清洗期間天然氣流態(tài)見圖1、圖2。
GB/T21446-2008《用標準孔板流量計測量天然氣流量》中，天然氣在標準參比條件下的體積流量實用公式為:
式中:
qvn一天然氣在標準參比條件下的體積流量;
Avn一體積流量計量系數(shù)是采用計量單位而定;
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一流動溫度系數(shù);
P1一孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對靜壓，MPa;
△P一氣流流經(jīng)孔板時產(chǎn)生的差壓，pa.
當孔板流量計處于清洗過程中，孔板被搖至上閥腔后，此時無壓差△P產(chǎn)生,也就無法用此公式對天然氣流量進行計算。
3現(xiàn)場實驗
3.1并聯(lián)孔板流量計比對實驗
從一個完整的計量支路來看，只要它與下游之間存在壓差,將孔板提出計量管后，計量管段處于全通狀態(tài)，氣流通過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，此時通過的天然氣流速增加，總量也會隨之增加7。
為了論證這個理論，選擇-一個上、下游氣源相對穩(wěn)定的計量點，站場匯管上并聯(lián)安裝有兩條規(guī)格型號、工藝布局完全相似的孔板流量計J1、J2(DN150,表壓3.2MPa)進行實驗(圖3、圖4)。
實驗方法:選擇在上下午不同時段，分別清洗J1和J2共做兩次實驗。清洗孔板流量計J1(J2)，在清洗過程中，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)瞬時流量(以下簡稱瞬量)減少，而匯管總瞬量(J1與J2的瞬量之和)在孔板流量計清洗前后基本穩(wěn)定，通過匯管總瞬量減去J1(J2)清洗期間J2(J1)平均瞬量，來推算出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)驗方法三(清洗前后20分鐘平均瞬時流量)估算的流量進行對比。
3.1.1第一次實驗:清洗孔板流量計JI(14分鐘)
(1)清洗孔板流量計J1，清洗前、中、后J1、J2、總瞬量如表1所示。
從表1室驗數(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)
從第一次實驗可以看出，孔板流量計J1清洗期間的實際流量約為5723m3，利用經(jīng)驗方法估算的流量為3874m3，兩者相差47.7%，1.48倍。
3.1.2第二次實驗:清洗孔板流量計J2(21分鐘)
(1)清洗孔板流量計J2，清洗前、中、后J1、J2、總瞬量如表3所示。
從表3實驗數(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)
從第二次實驗可以得出，孔板流量計J2清洗期間的實際流量約為13017m3,利用經(jīng)驗方法估算的流量為9953m3，兩者相差30.8%，1.31倍。
3.2串聯(lián)孔板流量計與超聲波流量計比對實驗
為了進一步論證在孔板清洗期間應(yīng)進行流量補償，選擇一個無人值守單井站，該站井口產(chǎn)量較小，場站工藝簡單，有孔板流量計和超聲波流量計串聯(lián)，且兩套裝置的直徑、工藝布局完全相似。.上游為高級孔板閥，下游為超聲波流量計置，管徑為DN100，壓力為2.5MPa,兩臺裝置相鄰不足20米。見圖5、圖6。
實驗方法:清洗上游孔板流量計，上、下午共清洗兩次，記錄在上游孔板流量計清洗期間，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)孔板流量計的天然氣流量大致范圍。
3.2.1第一次實驗:清洗孔板流量計16分鐘
(1)清洗孔板流量計前、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)清洗孔板流量計期間，下游超聲波流量計累積流量如表6所示。
上游孔板流量計清洗期間流經(jīng)下游超聲波流量計的總流量Q=33464622-33463894=698(m3)
從第一次實驗可以得出,孔板流量計清洗期間的實際流量約為698m3，利用經(jīng)驗方法估算的流量為560m3,兩者相差25%，1.25倍。
3.2.2第二次實驗:清洗孔板流量計15分鐘
(1)清洗孔板流量計前、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)清洗孔板流量計期間，下游超聲波流量計累積流量如表8所示。
上游孔板流量計清洗期間流經(jīng)下游超聲波流量計的總流量Q=33478820-33478227=593(m3)
從第二次實驗可以得出，孔板流量計清洗期間的實際流量約為593m3,利用經(jīng)驗方法估算的流量為471m3,兩者相差.26%，1.26倍。
4結(jié)論
從現(xiàn)場實驗可以得知，在孔板流量計清洗期間，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)孔板流量計的流量增加。因此，利用經(jīng)驗方法(平均瞬時流量)估算的流量與實際流量相差較大。四次現(xiàn)場實驗，實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,按照實際流量與估算流量相差1.25倍計算,則估算流量與實際流量相差約69445m3。全年清洗48次，則相差約3.4x106m3。清洗次數(shù)越多、時間越長，流量損失也就越大。如果不進行流量補償，勢必會造成估算的天然氣流量偏低，有失計量的公平、公正。因此，在估算天然氣流量時進行補償是非常必要的。
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