浅谈天然气计量系统的误差

赵振中

平顶山燃气有限责任公司，河南 平顶山 467000

0 引言

一个完整的天然气计量系统通常由流量计、温度变送器、压力变送器、在线色谱仪和流量计算机（或体积修正仪）组成。其工作原理为：由流量传感器(如涡轮流量计、超声波流量计等)测量天然气的工况流量，温度变送器测量天然气的工况温度，压力变送器测量天然气的工况压力，在线色谱仪测量天然气的组分，流量计算机接收流量计、温度变送器、压力变送器、在线色谱仪的输出信号,计算天然气在规定的标准状态下的体积流量(标况流量)。计量系统的每一种仪表的准确度直接影响着系统的准确度或误差。此外，仪表的不正确安装，尤其是流量计以及在实际运行中由于工作人员对仪表的操作和维护不当也都会对系统产生误差。

1 影响计量系统误差的因素

1.1 计量仪表

众所周知，目前我国在天然气贸易中，均采用标准参比条件下的体积（标况体积）作为贸易单位，而标况体积是通过理想气体方程式和压缩因子的修正计算得到的。

其中下标s表示standard 标准，下标a表示actual 工况

Pa、Ta由现场的压力变送器和RTD测得；

Ps、Ts可在流量计算机内设定( Ps＝101.325 KPa Ts＝20℃)。

?

由色谱分析仪分析天然气组分，将组分信息传输到流量计算机内，流量计算机根据AGA8计算压缩系数Zs，Za。

在上述计算过程中，输入量为工况体积、压力、温度和气体特征值。这些输入值都是带有误差的。将这些带误差的输入值进行运算，得到的结果也是带有误差的。由于这一运算过程相当复杂，因此作为输出结果的标况体积的误差在数学上是难以计算的。

虽然标况体积的误差难以计算，但是在工程上却可以估计出它的误差限。我国的国家标准《GB/T 18603-2001 天然气计量系统技术要求》给出了这样的规定：

该标准表达的意义为：为构成A 级（1.0）计量系统，温度仪表的准确度应当优于0.5℃，压力仪表的准确度应当优于0.2%等。换言之，当温度仪表的准确度优于0.5℃，压力仪表的准确度优于0.2%等时，该计量系统的准确度优于1.0%。

对照上表，我们的计量系统中，温度、压力的准确度取决于EK 或温度、压力变送器；密度、发热量的准确度取决于色谱或成份分析仪；工作条件下体积流量的准确度取决于涡轮流量计（应注意区别量程范围）。压缩因子的准确度取决于算法：AGA8-92DC、SGERG-88（AGA8-92GC）的准确度为0.1%；AGA-NX-19的准确度为0.5%。综合上述数据，对照上表，即可确定由EK 或者F1 组成的计量系统的系统准确度了。

1.2 涡轮表不正确安装引起的误差

通过涡轮表的燃气须有均匀的流速分布才能将速度转换成准确的体积计量，否则将引起误差。主要有3种干扰会引起计量系统涡轮表的误差。

1）不均匀的流速分布称为喷流，通常是由不正确的安装方法或计量表上游有凸出物所造成的。涡轮表上游的管道内存在喷流情形时，转子即与撞击其上的最高流速发生作用，转速增加，产生正误差；

2）气流在切线方向存在速度时，称为旋流。此种干扰通常也是由不正确的安装和计量表上游的障碍物造成的。旋流视其旋转方向不同使计量表产生正的或负的误差；

3）脉动流是气流的压力波，通常是由涡轮表附近的减压器、往复式压缩机造或由工作管道的振动，特别是共振造成，也可由流量控制器的周期性动作和调节器的往复开关及流体管道装置、阀门或旋转的机械装置等分流造成的。脉动流通常使涡轮表产生正误差。

1.3 人为因素影响产生的误差

1）由于仪表的选型不当，比如所选涡轮表的量程过大或过小，都会造成计量系统的误差；

2）违反操作规程或不按规定要求对仪表进行正常的维护，都将会造成系统的误差。如每次启用涡轮时，如果动作粗鲁，不按操作规程开启阀门，都将会造成系统的误差，严重时会损坏计量仪表。带油泵的涡轮表，如果不按要求对涡轮进行及时注油，也将会引起系统的误差；

3）没有对流量计算机内天然气组分或物性值实现在线修正或人工修正；

4）没有按国家规定对仪表进行定期检定。

2 减少计量系统误差的措施

2.1 计量仪表方面

1）涡轮表的选型要合理，并满足实际运行需要，二次仪表的计量模型应符合 SY/T6143-1996的要求；

2）为了增强上下游计量仪表数据比对的可行性和准确度，减少误差的发生，应和上游选用同一种类型的计量仪表；

3）为了使系统误差更小，应选择高精度的温度、压力传感器、定时装置等辅助设施，其精度必须高于待测涡轮表所需精度l～2级。

2.2 减少涡轮表安装引起的误差

1）在安装之前，应当检查涡轮流量计以确信没有由运输引起的损坏以及所有附件如：塞、油）完整无缺；

2）安装前，管道应焊接完毕，严禁带表焊接；

3）撕去进出口法兰处的粘贴纸；

4）涡轮表应水平安装，并且进出、口不得反装；

5）介质气体应当干燥且没有灰尘和杂质，并且我们郑重建议在流量计的上游安装一个液体杂质过滤器（5μm），过滤器的结构和尺寸应能保证在最大流量下产生尽可能小的压力损失并尽可能减少流量畸变；

6）在启动之前一定要确保过滤分离器和流量计上游之间的管路是吹扫干净的。（吹扫前，建议制作安装涡轮流量计的代替管件，以确保涡轮流量计不被损坏。严禁带表吹扫）；

7）对新的系统，建议临时安装一个过滤网或锥形罩（网格宽度：0.5mm）来保护流量计。锥形罩应在正常运行大约4周后拿开。

8）为了有效地消除旋转流.应在涡轮表前安装必要的直管段，且最好在涡轮表前加装整流器，并保证管道及流量计密封垫片良好定位，不使突出。为了保证流体的正常流动特性，消除流量计后的各种管件、阀门的不良影响，流量计后也应保证至少5倍以上管道直径的直管段。

2.3 加强仪表管理，提高人员素质，减少人为因素的影响

为了减少误差，在实际运行中应注意以下事项：

1）按照操作说明书启动油泵，并及时给涡轮表注油。

2）在投入运行的时候，一定要在可测量的情况下给管道缓慢加压（增压速度<35kPa/s）直到达到流量计的运行压力。为了给管道加压，最好装一个12mm 直径的旁通管。压力剧烈震荡或不当的高速加压会损坏流量计。

3）由于天然气管道所输送的天然气含有较多水分，需定期对安装涡轮表前的过滤器或气液分离器进行定期排污。在冬季，为防止涡轮表出现冰堵现象的发生，需对天然气进行加热或在天然气中加入防冻剂。

4）定期对计量仪表进行周期检定

值得指出的是，系统中各个设备仪表的准确度会随着时间的推移而发生变化。按照国家计量法律规定，用于贸易结算的涡轮表的检定周期为2年，其配套使用的流量计算机及温度传感器和压力变送器的检定周期为1年。因此，必须对设备仪表进行定期检定，使它们的准确度保持在计量系统所要求的可以接受的范围内。

5）对流量计算机天然气组分或物性值进行在线修正。不能实现在线修正的，要定期用人工方式对天然气组分或物性值进行修正。

6）加强计量操作人员的相关专业知识培训，及时做好仪表的维护、保养工作，定期检修，延长其使用寿命，减小计量误差。

[1]GBT21391-2008用气体涡轮流量计测量天然气流量.

[2]GB/T18603-2001天然气计量系统技术要求.