差壓式儀表的不同安裝方式對天然氣計量誤差的影響

鄭立東

摘要：目前在我國天然氣計量領域壓差式計量儀器使用非常普遍。但是壓差式計量儀表在安裝過程中導壓管與表之間的連接方式不同會對天然氣的計量精度產生巨大的影響。本文主要針對不同安裝方式下壓差式計量儀表對天然氣計量誤差的影響進行了分析。

關鍵詞：壓差式流量計;安裝方式;天然氣;計量誤差

引言

天然氣領域的工業生產過程中流量計發揮出了重要的作用，流量計的計量精確性會對天然氣供需雙方經濟利益產生巨大影響。由此可見，天然氣計量對于天然氣工業生產來說非常重要。在天然氣計量中廣泛使用的壓差式儀表在不同的安裝方式下會對天然氣計量精度產生巨大影響。

1壓差式孔板流量計工作原理

當天然氣流體在孔板式流量計的管道內連續流動的過程中，由于孔板的存在會導致流體流動截面產生急劇收縮現象，管壁位置會產生最大流動阻力，從而使得其流速出現下降現象，壓力會逐步升高，而處于管道中心位置的流體流速會急劇增加，壓力相應的會產生下降現象，這樣就會導致天然氣主體在孔板徑向方向上產生加速度。由于受到徑向方向存在加速度，處于管壁位置的流體會逐漸向孔板開口的方向流動，這樣就會產生流體局部收縮形成流束。在這種情形下開孔位置會產生最大流速，但是這一位置的靜壓力最低，天然氣流體在經過孔板的過程中就會產生一個壓力差，該壓力差與流過孔板開孔位置的流量平方呈現出正比例的關系，而根據這種正比例關系就能夠將流體的流量計算出來。

壓差式孔板式流量計由于其本身的制造屬于標準流程，因此在實際應用過程中并不需要再進行后續標定。整體結構非常牢固，而且在實際計量過程中穩定性較高，使用壽命也比較長，后期的維修保養非常便捷，能夠適應各種情況下的計量工作，實際的應用成本也相對較低。壓差式孔板流量計由于檢測件、變送器、顯示儀表等完全可以使用不同廠家產品，因此能夠實現規模化的經濟生產。

但是壓差式孔板式流量計在實際的使用過程中整體的計量精度相對較低，對現場安裝條件的要求也比較高，而且在計量過程中會產生較大的壓力損失。

2 壓差式計量儀表安裝方式對天然氣計量誤差的影響分析

由于天然氣是有多種烷烴、水等組分組成。在現場生產條件以及工藝參數產生變化的時候種烷烴以及水等組成成分也會產生相應的變化，在導壓管中會產生凝聚現象，從而在一定程度上形成液柱，進而使得在壓差是計量儀表的正負壓室內會形成一個額外的壓差。如下圖1所示，天然氣流體在經過孔板的時候會產生壓差△P，而根據實際經驗可以知道，天然氣不僅僅會在保壓管的aa以及cc個位置產生輕烴以水的凝結現象，在ab位置也會產生冷凝現象，而且在這兩處位置產生的冷凝液并不會通過冷凝罐排出。如果在正負導壓管產生的冷凝液液柱高度相同，那么就不會對正負壓室內的壓差產生影響，但是從實際情況來看ab以及cd置經常會出現較大的壓差。這主要是因為在正負導壓管中輕烴組分以及水的冷凝速度會存在一定差異。

根據天然氣球體在流過孔板前后的溫差等熵進行計算后知道，天然氣流體在經過孔板之后溫度會出現下降現象，而天然氣流體在孔板前后的溫差會隨著下游壓差的增加而逐漸增大，由此也可以知道。隨著孔板前后天然氣流體壓差的逐步增加，流過孔板后的天然氣流體溫度會越來越低，從而使得孔板后天然氣中的輕烴組分更加容易達到露點，從而使得負導壓管中的輕烴組分冷凝速度更快。

另外，當天然氣流體經過孔板的時候，會在孔板出口邊緣位置形成卡曼窩街效應，從而進一步引發天然氣流體的脈沖時壓力變化，在這種情況下又會導致在負導壓管中產生微呼吸現象，天然氣中的輕烴組分在這一位置達到露點之后會迅速的填充到負導壓管中，從而進一步加劇了負導壓管內部的輕烴組分冷凝速度。

此外，天然氣流體在經過孔板開孔位置之后會在其端面位置上產生漩渦效應，導致流體產生旋轉式的流速，而隨著孔板前后天然氣流體壓差的增加，旋轉流速的曲率半徑也會逐步增加，這樣就會進一步加劇孔板后天然氣流體對負導壓管的沖擊，從而使得負導壓管內部的換氣速率也會進一步增加。

在實際進行天然氣計量的過程中，由于上述幾種原因的存在，加之現場計量條件比較惡劣，會對天然氣的計量精度產生巨大影響，在某油田某計量站的實際計量中發現，在上述幾種因素的影響之下天然氣的計量誤差甚至能夠達到29%左右。由此可見其對天然氣計量誤差的影響非常大。

為了能夠有效消除對天然氣計量誤差的巨大影響，在實際進行天然氣計量的過程中所使用的壓差式計量儀表可以按照下圖2所示的方式來進行導壓管把設計和安裝。在這種安裝方式之下，使得壓差式計量儀表的安裝過程更加規范，而且導壓管主要是從計量儀表的下方實現與正負壓室的連接，這與目前我國所使用的壓差式計量儀表導壓管安裝方式完全不同。如果在針對伴生氣單井進行計量的過程中，可以將原本設置在差壓計正負壓中心位置的冷凝罐及排污閥安裝在原差壓儀表的位置上。這樣就能夠讓計量儀表導壓管內部形成的冷凝液能夠及時的從冷凝罐排出，也可以通過導壓管將冷凝液排到輸氣管道中，在此情況下就能從根本上消除對天然氣計量誤差的影響。

3 結束語

在針對壓差式儀表在不同安裝方式下對天然氣計量誤差的具體影響因素進行分析后，提出了新的安裝方法，從根本上消除了對天然氣計量誤差的影響。

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