[導(dǎo)讀] 華北油田第四采油廠的天然氣計(jì)量主要以智能旋進(jìn)漩渦流量計(jì)計(jì)量為主，但受工況變化等因素的影響，計(jì)量精度下降。從三個(gè)方面分析了引起計(jì)量誤差的主要因素，提出了降低計(jì)量誤差的改進(jìn)措施。
智能旋進(jìn)漩渦流量計(jì)是集流量、溫度、壓力檢測(cè)功能于一體的新一代流量計(jì)，能自動(dòng)跟蹤修正被測(cè)氣體的溫度、壓力和壓縮因子，直接檢測(cè)氣體的標(biāo)準(zhǔn)體積流量和總量。因?yàn)槠錈o(wú)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，可靠性高，穩(wěn)定性好，維護(hù)量少，在華北油田公司第四采油廠生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)得到了廣泛應(yīng)用。但由于計(jì)量?jī)x表的誤差，運(yùn)行工況的變化以及其他因素帶來(lái)的誤差，降低了智能旋進(jìn)漩渦流量計(jì)的計(jì)量精度。因此，找出引起流量計(jì)誤差的因素，提出改進(jìn)措施，對(duì)于提高天然氣的計(jì)量精度具有重要意義。
一、智能旋進(jìn)漩渦流量計(jì)工作原理
智能旋進(jìn)漩渦流量計(jì)屬于速度式測(cè)量?jī)x表，進(jìn)入流量計(jì)的流體通過(guò)漩渦發(fā)生器產(chǎn)生漩渦流，漩渦流在文丘里管中旋進(jìn)，到達(dá)收縮段突然節(jié)流使漩渦流加速。當(dāng)漩渦流進(jìn)入擴(kuò)散段后，因回流的作用強(qiáng)迫進(jìn)入旋進(jìn)式二次旋轉(zhuǎn)，漩渦流的頻率與介質(zhì)速度成正比并且為線性關(guān)系，由壓力傳感器檢測(cè)，檢測(cè)的微弱電信號(hào)經(jīng)處理可轉(zhuǎn)換為流量信號(hào)。
二、引起誤差的主要因素
流量計(jì)產(chǎn)生誤差的因素，計(jì)量?jī)x表引起的誤差（流量范圍、壓力變化、直管段因素），使用條件變化引起的誤差（機(jī)械振動(dòng)、介質(zhì)中含有雜質(zhì)、電磁干擾）等，因此在使用智能旋進(jìn)漩渦流量計(jì)的過(guò)程中，必須考慮到這些因素是否會(huì)影響到流量計(jì)的正常工作。
1、計(jì)量?jī)x表誤差
（1）流量范圍
每個(gè)規(guī)格的流量計(jì)均有其流量范圍，當(dāng)介質(zhì)流量低于流量下限時(shí)，如果介質(zhì)流速過(guò)低，無(wú)法檢測(cè)流速，將無(wú)法保證精度；而當(dāng)流量高于流量上限時(shí)，TDS旋進(jìn)式流量計(jì)的壓力損失過(guò)大，會(huì)產(chǎn)生丟脈沖、漏計(jì)等現(xiàn)象，無(wú)法保證流量計(jì)的精度。
另外，由于油田開(kāi)發(fā)的特殊性，一般在開(kāi)發(fā)初期，氣量比較大，到開(kāi)發(fā)后期，氣量不斷減少，因此流量計(jì)的量程比是一個(gè)關(guān)鍵的因素。在流量計(jì)選型時(shí)，必須以工作流量處于流量計(jì)所能覆蓋的流量范圍內(nèi)為原則。TDS旋進(jìn)式流量計(jì)的量程比一般在15∶1左右，超出量程的上限或下限，均會(huì)出現(xiàn)較大的計(jì)量誤差。
（2）壓力
壓力的精確檢測(cè)對(duì)氣體的準(zhǔn)確測(cè)量起著決定性的作用，特別是要減少相對(duì)誤差，對(duì)于一個(gè)精度為±0.5%FS（滿量程精度），量程為0.5MPa的壓力傳感器，其測(cè)量最大誤差為0.5MPa×0.5%=±2.5kPa；而在檢測(cè)200kPa的介質(zhì)壓力時(shí)，其最大相對(duì)誤差為±2.5/200×100%=±1.25%。由此可見(jiàn)，隨著檢測(cè)點(diǎn)壓力的升高，相對(duì)誤差越來(lái)越小，因此在使用前一定要根據(jù)工況的最高壓力選擇合適的傳感器量程。
此外，壓力損失大是旋進(jìn)式流量計(jì)的一個(gè)缺陷，經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，已使壓力損失得到了有效控制，但與渦輪流量計(jì)等相比還有差距。因此，當(dāng)有壓力損失要求時(shí)，若選擇TDS系列流量計(jì)，應(yīng)考慮此因素。
（3）直管段
從智能旋進(jìn)漩渦流量計(jì)的計(jì)量原理可知，流體介質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)對(duì)測(cè)量結(jié)果有較大的影響，故在流量計(jì)的前后部位，應(yīng)有足夠長(zhǎng)的直管段以保證介質(zhì)的穩(wěn)定流動(dòng)。
一般地，表前直管段不小于5D，表后直管段不小于1D。如果受空間限制，例如表前無(wú)節(jié)流件時(shí)，表前直管段可放寬至不小于3D。但表前有節(jié)流件時(shí)，必須滿足表前直管段不小于5D。
表前為擴(kuò)大段，直管段不大于3D時(shí)，精度基本不受影響；表前有節(jié)流件而直管段不大于5D時(shí)，誤差一般不大于3%～5%。
2、工況變化誤差
該誤差主要是由脈動(dòng)流現(xiàn)象和超量程、流程頻繁波動(dòng)引起的。管道中氣體流速和壓力發(fā)生突然變化，造成脈動(dòng)流，引起差壓波動(dòng)，當(dāng)節(jié)流裝置出現(xiàn)明顯的脈動(dòng)流時(shí)，計(jì)量可能產(chǎn)生較大誤差。有關(guān)文獻(xiàn)指出，脈動(dòng)流引起的誤差最大可達(dá)20%～30%。當(dāng)前，脈動(dòng)的主要來(lái)源為輸氣干線。
（1）機(jī)械振動(dòng)
管道的強(qiáng)烈機(jī)械振動(dòng)會(huì)對(duì)流量計(jì)產(chǎn)生影響，TDS系列流量計(jì)的抗機(jī)械振動(dòng)能力雖然明顯優(yōu)于LUXZ，但在有強(qiáng)烈機(jī)械震動(dòng)的場(chǎng)合，TDS系列流量計(jì)的精確度可能會(huì)降低。
（2）氣體雜質(zhì)
氣體分離不徹底，氣質(zhì)含有較大顆粒或有較長(zhǎng)纖維雜物時(shí)會(huì)堵塞流量計(jì)，影響流量計(jì)傳感器對(duì)渦流旋轉(zhuǎn)頻率的測(cè)量，使流量計(jì)的精度下降；另外，分離不徹底的天然氣氣質(zhì)中含有液體，會(huì)腐蝕流量計(jì)的各個(gè)連接部位和傳感器（經(jīng)化驗(yàn)，華北油田采油四廠域內(nèi)部分井站的氣體含有H2S），連接部位使用的密封墊片腐蝕后會(huì)造成流量計(jì)的局部滲漏，影響了流量計(jì)的精確計(jì)量。
（3）電磁干擾
無(wú)論是標(biāo)定設(shè)定參數(shù)，還是廠家設(shè)定參數(shù)，均存于旋進(jìn)漩渦流量計(jì)積算儀中的電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）中，在斷電的情況下也可長(zhǎng)期保存，當(dāng)遇到強(qiáng)烈的電磁干擾沖擊或其他較強(qiáng)干擾時(shí)，這些參數(shù)也存在部分變化的可能性。儀表內(nèi)部參數(shù)的變化會(huì)導(dǎo)致儀表癱瘓，產(chǎn)生無(wú)規(guī)則的計(jì)量結(jié)果。
3、其他誤差
操作不到位、管理不嚴(yán)等因素也會(huì)引起較大的計(jì)量誤差；在安裝流量計(jì)的地方，為了便于維修，一般都設(shè)有旁通流程，如果旁通閘門沒(méi)有關(guān)嚴(yán)或者有內(nèi)漏，便會(huì)引起較大的計(jì)量誤差；沒(méi)有按期檢定流量計(jì)，相關(guān)參數(shù)漂移也會(huì)引起較大的計(jì)量誤差。
三、降低誤差的措施
1、正確選擇量程范圍
合理選擇量程范圍，使用前詳細(xì)閱讀說(shuō)明書(shū)。考慮到流量計(jì)的使用環(huán)境一般較為惡劣，有振動(dòng)、脈動(dòng)等干擾存在，當(dāng)流量計(jì)經(jīng)常處于下限流量工作時(shí)，很難保證計(jì)量精度，因此，應(yīng)使流量計(jì)的流量范圍處在流量計(jì)工況最大流量的20%～90%。
對(duì)于TDS或LUXZ系列旋進(jìn)式流量計(jì)，一般當(dāng)流量不大于最大工況流量的1.5倍時(shí)，可正常計(jì)量，但會(huì)出現(xiàn)-1.5%～-3%的偏差；當(dāng)流量不小于最大工況流量的1.5倍時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)較嚴(yán)重的負(fù)偏差，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重丟失脈沖。
2、合理確定流量計(jì)的壓力等級(jí)
智能流量計(jì)必須準(zhǔn)確檢測(cè)介質(zhì)的壓力，才能保證流量計(jì)的準(zhǔn)確計(jì)量。流量計(jì)的壓力檢測(cè)精度必須以相對(duì)誤差計(jì)算，而壓力傳感器的準(zhǔn)確度一般以應(yīng)用誤差計(jì)算。智能流量計(jì)中，已對(duì)壓力檢測(cè)采取了分段修正，當(dāng)介質(zhì)壓力不小于1/3設(shè)計(jì)壓力時(shí)，可保證壓力檢測(cè)的相對(duì)誤差不大于±0.4%；但當(dāng)壓力低于1/3設(shè)計(jì)壓力時(shí)，相對(duì)誤差可能就不能保證小于±0.4%。因此應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際介質(zhì)最高壓力確定傳感器量程，否則，若用較高壓力規(guī)格的壓力傳感器檢測(cè)低壓（不大于1/3設(shè)計(jì)壓力），就不能保證流量計(jì)應(yīng)有的精度。
目前，一般選用的傳感器規(guī)格的壓力等級(jí)有0.6、1.0、1.6、2.5、4.0和6.0MPa。
3、按照規(guī)范正確安裝
嚴(yán)格按照流量計(jì)的安裝要求安裝，在氣質(zhì)中含有原油和微量顆粒雜質(zhì)的情況下，力爭(zhēng)垂直安裝，防止原油顆粒雜質(zhì)淤積在漩渦發(fā)生體周圍，出現(xiàn)計(jì)量誤差；在冬季對(duì)流量計(jì)機(jī)殼體進(jìn)行保溫，以免積液；另外，在流量計(jì)的安裝過(guò)程中，必須明確介質(zhì)的流動(dòng)方向，不能反向安裝。
盡可能避免振動(dòng)及高溫，遠(yuǎn)離流態(tài)干擾元件（壓縮機(jī)、分離器、調(diào)壓閥、大小頭匯管及彎頭等），保持儀表前后直管段內(nèi)壁光滑平直，保證被測(cè)介質(zhì)為潔凈的單相流體，表前直管段不小于5D，表后直管段不小于1D。
4、加強(qiáng)日常管理
為了減少計(jì)量誤差，應(yīng)在正式安裝前將儀表送往有鑒定資質(zhì)的部門進(jìn)行全量程范圍內(nèi)的標(biāo)定；在使用過(guò)程中，對(duì)儀表的渦流體及其他構(gòu)件進(jìn)行定期檢查或清洗；定期進(jìn)行儀表標(biāo)定（一般為1次/a）；不定期查看電池狀況，檢查儀表系數(shù)及鉛封狀況；定期檢查儀表工藝流程狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)整改。
四、天然氣計(jì)量?jī)x表的發(fā)展趨勢(shì)
由于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速進(jìn)步，天然氣計(jì)量已逐步向在線、實(shí)時(shí)、智能的方向發(fā)展，同時(shí)依靠網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程化通訊、控制和管理。對(duì)于整個(gè)天然氣計(jì)量系統(tǒng)，流量計(jì)只是提供氣體測(cè)量數(shù)據(jù)系統(tǒng)的一部分，除了流量計(jì)之外，還有能提供補(bǔ)充測(cè)量數(shù)據(jù)的輔助儀表系統(tǒng)（壓力傳感器、溫度傳感器、氣體密度計(jì)、氣相色譜儀等），和能按標(biāo)準(zhǔn)程序記錄、儲(chǔ)存和傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算數(shù)據(jù)收集和傳輸系統(tǒng)，以及向全公司發(fā)布數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。相關(guān)技術(shù)的發(fā)展會(huì)使氣體測(cè)量信息的傳遞速度越來(lái)越快。為了提高測(cè)量精度，加快測(cè)量數(shù)據(jù)的傳遞發(fā)送，擴(kuò)大測(cè)量設(shè)備的自我診斷能力，預(yù)計(jì)在測(cè)量系統(tǒng)中會(huì)更多地采用內(nèi)置式微處理機(jī)。過(guò)去流量?jī)x表選型比較單一，近幾年隨著對(duì)流量計(jì)的研究和開(kāi)發(fā)，流量?jī)x表選型從單一儀表向多元化儀表發(fā)展。例如，對(duì)于中低壓、中小流量工況，可選擇智能型速度式流量計(jì)（渦輪、漩進(jìn)漩渦流量計(jì)）；對(duì)于高壓、大流量工況，可選擇氣體超聲流量計(jì)。近期又出現(xiàn)了一種新型流量計(jì)———內(nèi)文丘里管，可適用于流量變化范圍大的中低流量工況。