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技术文章  

直管段管壁粗糙度对孔板计量的影响


发布日期:2021-03-11 点击:93次
  天然气从地层中采出时带有很多固体和液体杂质,之后经过分离器、过滤器等设备除去了一部分杂质,但天然气中仍然存在杂质。一部分从地层中采出的天然气中还含有酸性气体CO2,在集气站高压条件下,会对管壁造成腐蚀。当腐蚀、冲蚀、污物附着等因素造成管壁粗糙度超过计量标准允许范围时,就会影响计量系统的准确度。测量管道内壁的粗糙度跟天然气的杂质多少、有腐蚀性组分百分含量、输气量大小、管道内压力和温度高低以及使用年限有关。
  孔板流量计能正常运行的条件包括且不限于:1、节流孔板上下游的直管段长度必须满足计量标准的要求;2、测量管道和直管段的圆度和直径满足计量标准要求;3、测量管道和直管段的内壁粗糙度满足计量标准要求。以上3个条件中,直管段粗糙度最易发生变化,因为随着天然气的压力冲蚀、酸度腐蚀,粗糙度是逐步增加的。想要让管壁粗糙度不影响到孔板流量计的准确计量,节流孔板上游的直管段和测量管道内壁的粗糙度必须满足GB/T21446-2008 《用孔板流量计测量天然气流量》中的标准。
  有些天然气流对测量管内壁的冲刷腐蚀是严重的,管壁粗糙度变化导致实际流出系数随之变化,流量测量不确定度将超过原定数值。减小误差、保证计量准确度最稳妥办法是更换使用年份太长、管壁粗糙度已经重度变化的测量管道。如果难以及时更换测量管道,则应计算出粗糙度的算术平均偏差Ra,对流出系数进行修正、减少误差。根据公式(3.4)
 
其中, 修正系数re随着测量管道内壁的相对粗糙程度K/D和管道的雷诺数Red而变化,如公式(3.5)
 
当 Red≥106时,γre=γo
γo与径直比β2和相对粗糙度的倒数D/K有关,K为等效绝对粗糙度,都可以在GB/T21446-2008《用孔板流量计测量天然气流量》中查表求得,即管壁粗糙度的初始修正系数由β2与D/K通过查表得到。运行一 定时间后的管壁粗糙度由Red(Red=dvρ/μ)通过公式(3.5)得到。
  原本公式(2.1)式是由计量标准中给出的全面计算公式,已经包含了公式(3.4),但实际井站流量计算机中使用的不是公式(3.4),如图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。  
 
但这种修正后的流量测量准确度不如更换新孔板和测量管道的效果好。因为难以保证计算出的粗糙度算术平均偏差Ra的精度。
  不只管壁的粗糙度会发生变化,孔板的粗糙度也会发生变化,例如直角入口尖锐部位、孔板表面等处,虽然使用的是1Cr18Ni9Ti等硬度大的特种金属制成,孔板粗糙度的变化速度较慢,但日积月累之下,当孔板流量计的粗糙度检定不合格时,就要及时更换新的孔板。
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