智能旋進漩渦流量計計量誤差分析

  智能旋進漩渦流量計是集流量、溫度、壓力檢測功能于一體的新一代流量計，能自動跟蹤修正被測氣體的溫度、壓力和壓縮因子，直接檢測氣體的標準體積流量和總量。因為其無機械轉動部件，可靠性高，穩定性好，維護量少，在華北油田公司第四采油廠生產現場得到了廣泛應用。但由于計量儀表的誤差，運行工況的變化以及其他因素帶來的誤差，降低了智能旋進漩渦流量計的計量精度。因此，找出引起流量計誤差的因素，提出改進措施，對于提高天然氣的計量精度具有重要意義。

一、智能旋進漩渦流量計工作原理

  智能旋進漩渦流量計屬于速度式測量儀表，進入流量計的流體通過漩渦發生器產生漩渦流，漩渦流在文丘里管中旋進，到達收縮段突然節流使漩渦流加速。當漩渦流進入擴散段后，因回流的作用強迫進入旋進式二次旋轉，漩渦流的頻率與介質速度成正比并且為線性關系，由壓力傳感器檢測，檢測的微弱電信號經處理可轉換為流量信號。

二、引起誤差的主要因素

  流量計產生誤差的因素，計量儀表引起的誤差（流量范圍、壓力變化、直管段因素），使用條件變化引起的誤差（機械振動、介質中含有雜質、電磁干擾）等，因此在使用智能旋進漩渦流量計的過程中，必須考慮到這些因素是否會影響到流量計的正常工作。

1、計量儀表誤差

（1）流量范圍

  每個規格的流量計均有其流量范圍，當介質流量低于流量下*，如果介質流速過低，無法檢測流速，將無法保證精度；而當流量高于流量上*，TDS旋進式流量計的壓力損失過大，會產生丟脈沖、漏計等現象，無法保證流量計的精度。

  另外，由于油田開發的特殊性，一般在開發初期，氣量比較大，到開發后期，氣量不斷減少，因此流量計的量程比是一個關鍵的因素。在流量計選型時，必須以工作流量處于流量計所能覆蓋的流量范圍內為原則。TDS旋進式流量計的量程比一般在15∶1左右，超出量程的上限或下限，均會出現較大的計量誤差。

（2）壓力

  壓力的檢測對氣體的準確測量起著決定性的作用，特別是要減少相對誤差，對于一個精度為±0.5%FS（滿量程精度），量程為0.5MPa的壓力傳感器，其測量zui大誤差為0.5MPa×0.5%=±2.5kPa；而在檢測200kPa的介質壓力時，其zui大相對誤差為±2.5/200×=±1.25%。由此可見，隨著檢測點壓力的升高，相對誤差越來越小，因此在使用前一定要根據工況的zui高壓力選擇合適的傳感器量程。

  此外，壓力損失大是旋進式流量計的一個缺陷，經過不斷改進，已使壓力損失得到了有效控制，但與渦輪流量計等相比還有差距。因此，當有壓力損失要求時，若選擇TDS系列流量計，應考慮此因素。

（3）直管段

  從智能旋進漩渦流量計的計量原理可知，流體介質的流動狀態對測量結果有較大的影響，故在流量計的前后部位，應有足夠長的直管段以保證介質的穩定流動。

  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，例如表前無節流件時，表前直管段可放寬至不小于3D。但表前有節流件時，必須滿足表前直管段不小于5D。

  表前為擴大段，直管段不大于3D時，精度基本不受影響；表前有節流件而直管段不大于5D時，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流現象和超量程、流程頻繁波動引起的。管道中氣體流速和壓力發生突然變化，造成脈動流，引起差壓波動，當節流裝置出現明顯的脈動流時，計量可能產生較大誤差。有關文獻指出，脈動流引起的誤差zui大可達20%～30%。當前，脈動的主要來源為輸氣干線。

（1）機械振動

  管道的強烈機械振動會對流量計產生影響，TDS系列流量計的抗機械振動能力雖然明顯優于LUXZ，但在有強烈機械震動的場合，TDS系列流量計的度可能會降低。

（2）氣體雜質

氣體分離不*，氣質含有較大顆粒或有較長纖維雜物時會堵塞流量計，影響流量計傳感器對渦流旋轉頻率的測量，使流量計的精度下降；另外，分離不*的天然氣氣質中含有液體，會腐蝕流量計的各個連接部位和傳感器（經化驗，華北油田采油四廠域內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造成流量計的局部滲漏，影響了流量計的計量。

（3）電磁干擾

  無論是標定設定參數，還是廠家設定參數，均存于旋進漩渦流量計積算儀中的電可擦可編程只讀存儲器（EEPROM）中，在斷電的情況下也可*保存，當遇到強烈的電磁干擾沖擊或其他較強干擾時，這些參數也存在部分變化的可能性。儀表內部參數的變化會導致儀表癱瘓，產生無規則的計量結果。

3、其他誤差

  操作不到位、管理不嚴等因素也會引起較大的計量誤差；在安裝流量計的地方，為了便于維修，一般都設有旁通流程，如果旁通閘門沒有關嚴或者有內漏，便會引起較大的計量誤差；沒有按期檢定流量計，相關參數漂移也會引起較大的計量誤差。

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，使用前詳細閱讀說明書。考慮到流量計的使用環境一般較為惡劣，有振動、脈動等干擾存在，當流量計經常處于下限流量工作時，很難保證計量精度，因此，應使流量計的流量范圍處在流量計工況zui大流量的20%～90%。

  對于TDS或LUXZ系列旋進式流量計，一般當流量不大于zui大工況流量的1.5倍時，可正常計量，但會出現-1.5%～-3%的偏差；當流量不小于zui大工況流量的1.5倍時，可能會出現較嚴重的負偏差，甚至出現嚴重丟失脈沖。

2、合理確定流量計的壓力等級

  智能流量計必須準確檢測介質的壓力，才能保證流量計的準確計量。流量計的壓力檢測精度必須以相對誤差計算，而壓力傳感器的準確度一般以應用誤差計算。智能流量計中，已對壓力檢測采取了分段修正，當介質壓力不小于1/3設計壓力時，可保證壓力檢測的相對誤差不大于±0.4%；但當壓力低于1/3設計壓力時，相對誤差可能就不能保證小于±0.4%。因此應根據現場的實際介質zui高壓力確定傳感器量程，否則，若用較高壓力規格的壓力傳感器檢測低壓（不大于1/3設計壓力），就不能保證流量計應有的精度。

目前，一般選用的傳感器規格的壓力等級有0.6、1.0、1.6、2.5、4.0和6.0MPa。

3、按照規范正確安裝

  嚴格按照流量計的安裝要求安裝，在氣質中含有原油和微量顆粒雜質的情況下，力爭垂直安裝，防止原油顆粒雜質淤積在漩渦發生體周圍，出現計量誤差；在冬季對流量計機殼體進行保溫，以免積液；另外，在流量計的安裝過程中，必須明確介質的流動方向，不能反向安裝。

盡可能避免振動及高溫，遠離流態干擾元件（壓縮機、分離器、調壓閥、大小頭匯管及彎頭等），保持儀表前后直管段內壁光滑平直，保證被測介質為潔凈的單相流體，表前直管段不小于5D，表后直管段不小于1D。

4、加強日常管理

  為了減少計量誤差，應在正式安裝前將儀表送往有鑒定資質的部門進行全量程范圍內的標定；在使用過程中，對儀表的渦流體及其他構件進行定期檢查或清洗；定期進行儀表標定（一般為1次/a）；不定期查看電池狀況，檢查儀表系數及鉛封狀況；定期檢查儀表工藝流程狀態，發現問題及時整改。

四、天然氣計量儀表的發展趨勢

  由于電子技術、計算機以及互聯網技術的快速進步，天然氣計量已逐步向在線、實時、智能的方向發展，同時依靠網絡技術實現遠程化通訊、控制和管理。對于整個天然氣計量系統，流量計只是提供氣體測量數據系統的一部分，除了流量計之外，還有能提供補充測量數據的輔助儀表系統（壓力傳感器、溫度傳感器、氣體密度計、氣相色譜儀等），和能按標準程序記錄、儲存和傳輸測量數據的計算數據收集和傳輸系統，以及向全公司發布數據的計算機網絡。相關技術的發展會使氣體測量信息的傳遞速度越來越快。為了提高測量精度，加快測量數據的傳遞發送，擴大測量設備的自我診斷能力，預計在測量系統中會更多地采用內置式微處理機。過去流量儀表選型比較單一，近幾年隨著對流量計的研究和開發，流量儀表選型從單一儀表向多元化儀表發展。例如，對于中小流量工況，可選擇智能型速度式流量計（渦輪、漩進漩渦流量計）；對于高壓、大流量工況，可選擇氣體超聲流量計。近期又出現了一種新型流量計———內文丘里管，可適用于流量變化范圍大的中低流量工況。

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