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技術文章  

直管段管壁粗糙度對孔板計量的影響


發布日期:2021-03-11 點擊:39次
  天然氣從地層中采出時帶有很多固體和液體雜質,之后經過分離器、過濾器等設備除去了一部分雜質,但天然氣中仍然存在雜質。一部分從地層中采出的天然氣中還含有酸性氣體CO2,在集氣站高壓條件下,會對管壁造成腐蝕。當腐蝕、沖蝕、污物附著等因素造成管壁粗糙度超過計量標準允許范圍時,就會影響計量系統的準確度。測量管道內壁的粗糙度跟天然氣的雜質多少、有腐蝕性組分百分含量、輸氣量大小、管道內壓力和溫度高低以及使用年限有關。
  孔板流量計能正常運行的條件包括且不限于:1、節流孔板上下游的直管段長度必須滿足計量標準的要求;2、測量管道和直管段的圓度和直徑滿足計量標準要求;3、測量管道和直管段的內壁粗糙度滿足計量標準要求。以上3個條件中,直管段粗糙度最易發生變化,因為隨著天然氣的壓力沖蝕、酸度腐蝕,粗糙度是逐步增加的。想要讓管壁粗糙度不影響到孔板流量計的準確計量,節流孔板上游的直管段和測量管道內壁的粗糙度必須滿足GB/T21446-2008 《用孔板流量計測量天然氣流量》中的標準。
  有些天然氣流對測量管內壁的沖刷腐蝕是嚴重的,管壁粗糙度變化導致實際流出系數隨之變化,流量測量不確定度將超過原定數值。減小誤差、保證計量準確度最穩妥辦法是更換使用年份太長、管壁粗糙度已經重度變化的測量管道。如果難以及時更換測量管道,則應計算出粗糙度的算術平均偏差Ra,對流出系數進行修正、減少誤差。根據公式(3.4)
 
其中, 修正系數re隨著測量管道內壁的相對粗糙程度K/D和管道的雷諾數Red而變化,如公式(3.5)
 
當 Red≥106時,γre=γo
γo與徑直比β2和相對粗糙度的倒數D/K有關,K為等效絕對粗糙度,都可以在GB/T21446-2008《用孔板流量計測量天然氣流量》中查表求得,即管壁粗糙度的初始修正系數由β2與D/K通過查表得到。運行一 定時間后的管壁粗糙度由Red(Red=dvρ/μ)通過公式(3.5)得到。
  原本公式(2.1)式是由計量標準中給出的全面計算公式,已經包含了公式(3.4),但實際井站流量計算機中使用的不是公式(3.4),如圖3.7、3.8所示。所以使用公式(3.4)、(3.5)修正流量是有必要的。  
 
但這種修正后的流量測量準確度不如更換新孔板和測量管道的效果好。因為難以保證計算出的粗糙度算術平均偏差Ra的精度。
  不只管壁的粗糙度會發生變化,孔板的粗糙度也會發生變化,例如直角入口尖銳部位、孔板表面等處,雖然使用的是1Cr18Ni9Ti等硬度大的特種金屬制成,孔板粗糙度的變化速度較慢,但日積月累之下,當孔板流量計的粗糙度檢定不合格時,就要及時更換新的孔板。
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