摘要:结合国家石油天然气行业2004实行标准SY/T6143-2004对长榆天然气管道供气单位与用户双方气量交接中的孔板流量计计量误差进行了一些分析;其次,通过一定量的计算,分析了孔板流量计计量中各参数和变量对计量误差的影响,并对误差大小做了一个粗略的估算;最后,结合所做的误差分析,从个人角度对孔板计量装置的合理设置谈几点粗浅的认识,供同行业参考探讨。
目前，世界范围内大多数天然气经过脱硫、净化处理后大都采用长距离管道的方式进行输送,并采用标准孔板流量计来计量。孔板流量计在天然气管道上的应用相对来说是比较成熟可靠的。但是,在我们实际工作当中,供气方和用气方在气量交接中往往存在一定的输差,有时甚至输差很大。所以,天然气输送的正确计量不得不成为我们深人细致研究的问题，以减少供需双方之间的经济损失和不必要的矛盾。
1问题的提出
现以某供气单位和某用户气站为例，分析长期以来双方在气量交接中所存在的计量误差。供气方采用二路供气,2台“DANIEL"孔板流量计所计量的输气量作为主计量,用户方的2台“DANIEL"超声波流量计(精度优于或等于0.5级)所计量的输气量为监督。工作中我们发现,双方计量的输气量之间存在着较大的输差,供气方的孔板流量计每日计量的输气量比用户方每日计量的输气量多1.5x104m³~2.5x104m³,按每日平均输气2.5x106m3~2.6x106m3计算,相对输差≤1%。虽然存在--定输差,但在国家标准所规定的≤1%范围之内,用户方没有太大的争议。但从今.年4月开始，供气方的计量与用气方的计量误差突然增大,相对输差增加到5x104m³左右;日最大达到64461m³,相对输差>2.4%,远远超过了GB/T18603-2001《天然气计量系统技术要求》中所规定的“计量贸易交接系统精度定级符合A级(0.1)标准”，即贸易交接误差应≤1%。此现象给用户造成了巨大的经济损失。
根据这一-现象,为了找出双方计量误差产生的原因,双方查阅了大量关于天然气计量、自动化仪表控制、天然气流量计算标准等方面的技术资料,并对双方流量计及工艺流程进行了一系列现场实地考察和验算后发现，供气方的孔板流量计计量系统中部分参数设定不合理,流量计孔板使用不标准规范;经双方商议后,对方将系统参数进行了修改,同时更换了计量孔板，此后的--个多月中,双方输差最低降为0.37%,而且-直保持在1%以下。(双方计量误差的计算数据限于篇幅和商业机密从略)。下面主要对计量误差存在的原因及避免和解决办法,做粗浅的分析仅供参考。
2输差产生原因的分析
在真实的天然气计量过程中,许多参数(如:压力、温度流量等)都是不断变化的，所以,天然气计量系统通常采用计算单位时间(如:秒、分)级的瞬时流量,然后累计得出日(周、月、年)的输气量,但此过程非常复杂，计算量相当于天文数字，通常采用程序和计算机来完成;对于我们人工的计算,也只能采取选用各参数的日平均值,经有限次的计算后得出输气量的大概值。下面是天然气流量的计算公式和参数,各参数的计算精度;见表1。
2.1天然气在标准参比条件下的体积流计算公式:
qm-----天然气在标准参比条件下的体积流量;
Am-----体积流量计量系数视采用计量单位而定。
秒体积流量(m³.8-1)计量系数Am=3.1795x10-6;小时体积流量(m³.h-1)计量系数Amh=0.011446;日体积流量(m³.d-1)计量系数Amd=0.27471;
C----流出系数;
E----渐近速度系数;
d----孔板开孔直径,mm;
FG----相对密度系数;
Ɛ----可膨胀性系数;.
Fx----超压缩系数;
Fr---流动温度系数;
P1----孔板上游侧取压孔气流绝对静压,MPa;
△p-----气流流经孔板时产生的差压,Pa。
天然气计量误差的正确计算是非常困难的，也是极其复杂的,基本上没有一个定量的概念,大多数只能做定性分析。所以在此仅从以下几方面对造成双方输差的原因做分析:
2.2压力对输差的影响
2.2.1当地大气压对输差的影响
不同的地区由于海拔高度不同,大气压力也不相同,-般标准的大气压为0.0981MPa。假如所在地区大气压为0.0890MPa。而系统计算软件中当地大气压按标准的0.0981MPa参数代入来计算流量,是绝对不行的,经估算,这样会使双方的输差增大约0.5%。
2.2.2差压对输差的影响
差压计长时间工作后,其内部的霍尔元件会发生微小的形变,造成仪表的零点飘移(可正可负)。
我们以量程为60000Pa的差压计为例来作--估算:
差压计的输出为4mA~20mA的标准电流信号,.如果差压计的零点飘移为千分位上的0.001,则所测得的差压值发生的变化为:
△=60000+[(20-4)x100]=3.75Pa.
如果将这一误差代人到公式中计算流量,对流量所造成的误差是巨大的,而且会直接严重影响到双方计量的输差。况且,零点飘移实际上很可能比0.001大许多倍。
所以，为了避免零点飘移对计量造成重大影响，必须定期对差压计进行零点的校验。
2.3温度对输差的影响
计量过程中,温度对流量计所计量的天然气流量也有着非常大的影响，如果双方中的某-方温度变送器测量的温度不准确，在其它情况相同的条件下,温度每相差1C,计量的输气量相差约0.5%。所以,定期对温度测量装置的校验也是非常有必要的，以减少输差。
2.4不同的计算标准对输差的影响
假如计量系统的计算软件中采用了不同的计算标准SY/T6143-2004与SY/T6143-1996来计算天然气的相对密度Gr、流出系数C和压缩系数Fz,对于输差的影响也是非常大的,三者分别相差约0.15%、05%和0.75%。.
在此不得不提到的一点是,天然气的相对密度Gr与天然气的组分密切相关,而管道中的天然气组分时刻都在变化,相对密度Gr的值也随之不断的变化。因此,应采用由组分分析仪实时采集后经计算软件算出的值参与计算，而不是由人工周期性输人的值来进行计算。如果管道内的天然气的组分不稳定，那么对输差的影响是非常大的。
2.5附加误差造成的影响标准
节流装置在使用现场,其实际测量误差往往超过基本误差,根本原因就是现场使用条件比实验室条件复杂的多，流量公式中的两个变量C、e和三个实测值d、P、AP,在现场使用条件下都可能产生附加误差,因此，附加误差是不可避免的,但是我们可以通过以下手段努力去降低附加误差:
(1)严格按照标准要求进行设计、计算、制造、安装、使用检验等工作;
(2)加强计量管理,加强对计量装置、仪表、管路等检查、维护、保养检定;
(3)避免出现故障状态或不符合标准规定的计量运行状态。
2.6设计、制造和安装对输差的影响
(1)孔板流量计的安装及现场工艺管线的安装应完全符合国家标准SY/T6143-2004或SY/T6143-1996中的要求。
(2)计算软件的计算公式中,测量管直径D和孔板直径d应用检验证书上的实测直径,而不应该用出厂时的标称直径,尤其是孔板直径,一定要使用实测值,否则,计算后所产生的误差是非常大的。经估算,测量管直径相差1mm,最终计算出的气体流量相差约0.25%;而孔板的直径相差1mm,则造成的误差将会更大。
(3)测量管直径D和孔板直径d的确定应该遵循“β≥0.1≤0.75的范围内"这一原则，否则会造成孔板前后差压过大或者过小。
(4)孔板下游气流的绝对静压和孔板上游气流的绝对静压之比应大于0.75,即孔板前后的差压值不可过大,因为前面已经估算过,差压值的误差对计量的影响非常之大。
(5)各现场仪表应工作在量程范围的10%~90%内，更不能超量程工作,否则很难保证仪表的测量精度。
(6)供需双方流量计计算的精度不同,主要体现在流量计算机处理器的性能和计算程序在数据处理过程中所保留的有效位数两方面。建议采用32位或更高性能的处理器并按照经验值表或SY/T6143-2004中的数值修约方法来规范数据处理的精度。
(7)由于各现场仪表的灵敏度有限，控制系统每次对现场数据的采集也存在一定的时间间隔,所以,下游用户应尽可能的保证平稳用气,尽量避免用气量在短.时间内出现大幅度的波动。
3建议.
从上面的分析可知,天然气计量过程中出现误差是在所难免的，而且有许多是不可避免的误差。所以供需双方都应本着诚信友好的态度,面对问题协商解决,努力将误差降至最低。对孔板流量计计量过程中造成误差的现象采用如下几点建议:
3.1软件方面
(1)计算软件中大气压参数的设定应尽可能以当地大气压为准,而不应取标准大气压0.0981MPa;
(2)计算软件中计量的测量管管径应以实测值为依据,而不应用标称值;
(3)计算软件中天然气的相对密度最好能采用实时采集并计算出的值，尽可能少采用周期性计算并由人工输人的方式。
3.2孔板孔径和差压计方面现举
例说明:假如某站计量测量管和孔板的实测直径D和d分别为198.45mm和147.455mm,这使得β=d/D=0.743,已经非常接近国家标准中“β≥0.10≤0.75"规定的上限,很难保证在计量过程中不产生附加误差。所以建议,应将计量孔板由实测孔径为147.466mm更换为孔径为133.693mm的标准孔板(此时,β值减小到0.674)。这样可保证计量的正确率减少误差。
另外,假如采用双路供气,供气方和使用方根据各自实际情况,二路流量计孔板的采用参数设定应按规定标准尽可能保持一致,并采用同量程的差压计,避免单路供气时孔板上下游的差压超限工作,出现计量误差。
4结语
经过分析和努力,我们基本掌握了国家标准SY/T6143-2004中所规定的孔板计量天然气流量的方法。通过一定的计算,对供气和用气双方存在的输差问题作了一个粗略的判断,知道了输差存在的原因，使我们在工作当中尽量使误差减少到最小。但是,天然气计量系统是--个相当复杂且存在许多不确定因素的系统,误差在所难免，希望供需双方能本着诚信友好的合作态度,及时地发现问题并协商解决。
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