淺談天然氣計量系統的誤差

趙振中

平頂山燃氣有限責任公司，河南 平頂山 467000

0 引言

一個完整的天然氣計量系統通常由流量計、溫度變送器、壓力變送器、在線色譜儀和流量計算機（或體積修正儀）組成。其工作原理為：由流量傳感器(如渦輪流量計、超聲波流量計等)測量天然氣的工況流量，溫度變送器測量天然氣的工況溫度，壓力變送器測量天然氣的工況壓力，在線色譜儀測量天然氣的組分，流量計算機接收流量計、溫度變送器、壓力變送器、在線色譜儀的輸出信號,計算天然氣在規定的標準狀態下的體積流量(標況流量)。計量系統的每一種儀表的準確度直接影響著系統的準確度或誤差。此外，儀表的不正確安裝，尤其是流量計以及在實際運行中由于工作人員對儀表的操作和維護不當也都會對系統產生誤差。

1 影響計量系統誤差的因素

1.1 計量儀表

眾所周知，目前我國在天然氣貿易中，均采用標準參比條件下的體積（標況體積）作為貿易單位，而標況體積是通過理想氣體方程式和壓縮因子的修正計算得到的。

其中下標s表示standard 標準，下標a表示actual 工況

Pa、Ta由現場的壓力變送器和RTD測得；

Ps、Ts可在流量計算機內設定( Ps＝101.325 KPa Ts＝20℃)。

?

由色譜分析儀分析天然氣組分，將組分信息傳輸到流量計算機內，流量計算機根據AGA8計算壓縮系數Zs，Za。

在上述計算過程中，輸入量為工況體積、壓力、溫度和氣體特征值。這些輸入值都是帶有誤差的。將這些帶誤差的輸入值進行運算，得到的結果也是帶有誤差的。由于這一運算過程相當復雜，因此作為輸出結果的標況體積的誤差在數學上是難以計算的。

雖然標況體積的誤差難以計算，但是在工程上卻可以估計出它的誤差限。我國的國家標準《GB/T 18603-2001 天然氣計量系統技術要求》給出了這樣的規定：

該標準表達的意義為：為構成A 級（1.0）計量系統，溫度儀表的準確度應當優于0.5℃，壓力儀表的準確度應當優于0.2%等。換言之，當溫度儀表的準確度優于0.5℃，壓力儀表的準確度優于0.2%等時，該計量系統的準確度優于1.0%。

對照上表，我們的計量系統中，溫度、壓力的準確度取決于EK 或溫度、壓力變送器；密度、發熱量的準確度取決于色譜或成份分析儀；工作條件下體積流量的準確度取決于渦輪流量計（應注意區別量程范圍）。壓縮因子的準確度取決于算法：AGA8-92DC、SGERG-88（AGA8-92GC）的準確度為0.1%；AGA-NX-19的準確度為0.5%。綜合上述數據，對照上表，即可確定由EK 或者F1 組成的計量系統的系統準確度了。

1.2 渦輪表不正確安裝引起的誤差

通過渦輪表的燃氣須有均勻的流速分布才能將速度轉換成準確的體積計量，否則將引起誤差。主要有3種干擾會引起計量系統渦輪表的誤差。

1）不均勻的流速分布稱為噴流，通常是由不正確的安裝方法或計量表上游有凸出物所造成的。渦輪表上游的管道內存在噴流情形時，轉子即與撞擊其上的最高流速發生作用，轉速增加，產生正誤差；

2）氣流在切線方向存在速度時，稱為旋流。此種干擾通常也是由不正確的安裝和計量表上游的障礙物造成的。旋流視其旋轉方向不同使計量表產生正的或負的誤差；

3）脈動流是氣流的壓力波，通常是由渦輪表附近的減壓器、往復式壓縮機造或由工作管道的振動，特別是共振造成，也可由流量控制器的周期性動作和調節器的往復開關及流體管道裝置、閥門或旋轉的機械裝置等分流造成的。脈動流通常使渦輪表產生正誤差。

1.3 人為因素影響產生的誤差

1）由于儀表的選型不當，比如所選渦輪表的量程過大或過小，都會造成計量系統的誤差；

2）違反操作規程或不按規定要求對儀表進行正常的維護，都將會造成系統的誤差。如每次啟用渦輪時，如果動作粗魯，不按操作規程開啟閥門，都將會造成系統的誤差，嚴重時會損壞計量儀表。帶油泵的渦輪表，如果不按要求對渦輪進行及時注油，也將會引起系統的誤差；

3）沒有對流量計算機內天然氣組分或物性值實現在線修正或人工修正；

4）沒有按國家規定對儀表進行定期檢定。

2 減少計量系統誤差的措施

2.1 計量儀表方面

1）渦輪表的選型要合理，并滿足實際運行需要，二次儀表的計量模型應符合 SY/T6143-1996的要求；

2）為了增強上下游計量儀表數據比對的可行性和準確度，減少誤差的發生，應和上游選用同一種類型的計量儀表；

3）為了使系統誤差更小，應選擇高精度的溫度、壓力傳感器、定時裝置等輔助設施，其精度必須高于待測渦輪表所需精度l～2級。

2.2 減少渦輪表安裝引起的誤差

1）在安裝之前，應當檢查渦輪流量計以確信沒有由運輸引起的損壞以及所有附件如：塞、油）完整無缺；

2）安裝前，管道應焊接完畢，嚴禁帶表焊接；

3）撕去進出口法蘭處的粘貼紙；

4）渦輪表應水平安裝，并且進出、口不得反裝；

5）介質氣體應當干燥且沒有灰塵和雜質，并且我們鄭重建議在流量計的上游安裝一個液體雜質過濾器（5μm），過濾器的結構和尺寸應能保證在最大流量下產生盡可能小的壓力損失并盡可能減少流量畸變；

6）在啟動之前一定要確保過濾分離器和流量計上游之間的管路是吹掃干凈的。（吹掃前，建議制作安裝渦輪流量計的代替管件，以確保渦輪流量計不被損壞。嚴禁帶表吹掃）；

7）對新的系統，建議臨時安裝一個過濾網或錐形罩（網格寬度：0.5mm）來保護流量計。錐形罩應在正常運行大約4周后拿開。

8）為了有效地消除旋轉流.應在渦輪表前安裝必要的直管段，且最好在渦輪表前加裝整流器，并保證管道及流量計密封墊片良好定位，不使突出。為了保證流體的正常流動特性，消除流量計后的各種管件、閥門的不良影響，流量計后也應保證至少5倍以上管道直徑的直管段。

2.3 加強儀表管理，提高人員素質，減少人為因素的影響

為了減少誤差，在實際運行中應注意以下事項：

1）按照操作說明書啟動油泵，并及時給渦輪表注油。

2）在投入運行的時候，一定要在可測量的情況下給管道緩慢加壓（增壓速度<35kPa/s）直到達到流量計的運行壓力。為了給管道加壓，最好裝一個12mm 直徑的旁通管。壓力劇烈震蕩或不當的高速加壓會損壞流量計。

3）由于天然氣管道所輸送的天然氣含有較多水分，需定期對安裝渦輪表前的過濾器或氣液分離器進行定期排污。在冬季，為防止渦輪表出現冰堵現象的發生，需對天然氣進行加熱或在天然氣中加入防凍劑。

4）定期對計量儀表進行周期檢定

值得指出的是，系統中各個設備儀表的準確度會隨著時間的推移而發生變化。按照國家計量法律規定，用于貿易結算的渦輪表的檢定周期為2年，其配套使用的流量計算機及溫度傳感器和壓力變送器的檢定周期為1年。因此，必須對設備儀表進行定期檢定，使它們的準確度保持在計量系統所要求的可以接受的范圍內。

5）對流量計算機天然氣組分或物性值進行在線修正。不能實現在線修正的，要定期用人工方式對天然氣組分或物性值進行修正。

6）加強計量操作人員的相關專業知識培訓，及時做好儀表的維護、保養工作，定期檢修，延長其使用壽命，減小計量誤差。

[1]GBT21391-2008用氣體渦輪流量計測量天然氣流量.

[2]GB/T18603-2001天然氣計量系統技術要求.