[摘要]現(xiàn)場使用的孔板流量計(jì)在孔板清洗時(shí)無法計(jì)量天然氣流量，計(jì)量的公平、公正性無法得到保證。實(shí)際生產(chǎn)中常通過經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行估算，未引入進(jìn)行補(bǔ)償，國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也未說明是否需要進(jìn)行流量補(bǔ)償以及補(bǔ)償?shù)姆椒āＭㄟ^對孔板流量計(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，對孔板清洗期間的天然氣流量進(jìn)行比對。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)在我國天然氣計(jì)量中占有主導(dǎo)地位叫。隨著國家重點(diǎn)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(gè)新的里程。天然氣管道的迅速發(fā)展，要求對天然氣流量進(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，必須通過周期性清洗孔板來糾正偏差。而在孔板流量計(jì)清洗過程中，由于沒有孔板節(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法正確獲得。現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T21446-2008《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量天然氣流量》規(guī)定了在天然氣輸送過程中的流量計(jì)算公式，但無孔板流量計(jì)清洗期間的流量計(jì)算公式,也未說明孔板流量計(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程的時(shí)間秒累積的乘積。
通過經(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，沒有節(jié)流件，流速將增加，除了利用平均瞬時(shí)流量來估算，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: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，無法準(zhǔn)確指導(dǎo)現(xiàn)場應(yīng)用，因此，有必要通過理論進(jìn)行分析，并通過實(shí)驗(yàn)來論證。
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應(yīng)關(guān)系，通過測量壓差實(shí)現(xiàn)對流量的測量。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)可以通過測量壓差來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(dòng)連續(xù)性定律為基準(zhǔn)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?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)見圖1、圖2。
GB/T21446-2008《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量天然氣流量》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)處于清洗過程中，孔板被搖至上閥腔后，此時(shí)無壓差△P產(chǎn)生,也就無法用此公式對天然氣流量進(jìn)行計(jì)算。
3現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)
3.1并聯(lián)孔板流量計(jì)比對實(shí)驗(yàn)
從一個(gè)完整的計(jì)量支路來看，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、下游氣源相對穩(wěn)定的計(jì)量點(diǎn)，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(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(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(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,兩臺裝置相鄰不足20米。見圖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，流量損失也就越大。如果不進(jìn)行流量補(bǔ)償，勢必會(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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