旋进旋涡流量计测量误差的因素分析

旋进旋涡流量计是集流量、温度、压力检测功能于一体的新一代流量计，能自动跟踪修正被测气体的温度、压力和压缩因子，直接检测气体的标准体积流量和总量。因为其无机械转动部件，可靠性高，稳定性好，维护量少，在生产现场得到了广泛应用。但由于计量仪表的误差，运行工况的变化以及其他因素带来的误差，降低了旋进旋涡流量计的计量精度。因此，找出引起流量计误差的因素，提出改进措施，对于提高天然气的计量精度具有重要意义。

一、旋进旋涡流量计工作原理

旋进旋涡流量计属于速度式测量仪表，进入流量计的流体通过漩涡发生器产生漩涡流，漩涡流在文丘里管中旋进，到达收缩段突然节流使漩涡流加速。当漩涡流进入扩散段后，因回流的作用强迫进入旋进式二次旋转，漩涡流的频率与介质速度成正比并且为线性关系，由压力传感器检测，检测的微弱电信号经处理可转换为流量信号。

二、引起误差的主要因素

流量计产生误差的因素，计量仪表引起的误差（流量范围、压力变化、直管段因素），使用条件变化引起的误差（机械振动、介质中含有杂质、电磁干扰）等，因此在使用旋进旋涡流量计的过程中，必须考虑到这些因素是否会影响到流量计的正常工作。

1、计量仪表误差

（1）流量范围

每个规格的流量计均有其流量范围，当介质流量低于流量下限时，如果介质流速过低，无法检测流速，将无法保证精度；而当流量高于流量上限时，旋进旋涡流量计的压力损失过大，会产生丢脉冲、漏计等现象，无法保证流量计的精度。

另外，由于油田开发的特殊性，一般在开发初期，气量比较大，到开发后期，气量不断减少，因此流量计的量程比是一个关键的因素。在流量计选型时，必须以工作流量处于流量计所能覆盖的流量范围内为原则。旋进旋涡流量计的量程比一般在15∶1左右，超出量程的上限或下限，均会出现较大的计量误差。

（2）压力

压力的精确检测对气体的准确测量起着决定性的作用，特别是要减少相对误差，对于一个精度为±0.5%FS（满量程精度），量程为0.5MPa的压力传感器，其测量*大误差为0.5MPa×0.5%=±2.5kPa；而在检测200kPa的介质压力时，其*大相对误差为±2.5/200×100%=±1.25%。由此可见，随着检测点压力的升高，相对误差越来越小，因此在使用前一定要根据工况的*高压力选择合适的传感器量程。

此外，压力损失大是旋进旋涡流量计的一个缺陷，经过不断改进，已使压力损失得到了有效控制，但与涡轮流量计等相比还有差距。因此，当有压力损失要求时，若选择系列流量计，应考虑此因素。

（3）直管段

从旋进旋涡流量计的计量原理可知，流体介质的流动状态对测量结果有较大的影响，故在流量计的前后部位，应有足够长的直管段以保证介质的稳定流动。

一般地，表前直管段不小于5D，表后直管段不小于1D。如果受空间限制，例如表前无节流件时，表前直管段可放宽至不小于3D。但表前有节流件时，必须满足表前直管段不小于5D。

表前为扩大段，直管段不大于3D时，精度基本不受影响；表前有节流件而直管段不大于5D时，误差一般不大于3%～5%。

2、工况变化误差

该误差主要是由脉动流现象和超量程、流程频繁波动引起的。管道中气体流速和压力发生突然变化，造成脉动流，引起差压波动，当节流装置出现明显的脉动流时，计量可能产生较大误差。有关文献指出，脉动流引起的误差*大可达20%～30%。当前，脉动的主要来源为输气干线。

（1）机械振动    

管道的强烈机械振动会对流量计产生影响，流量计的抗机械振动能力虽然明显优于LUXZ，但在有强烈机械震动的场合，流量计的精确度可能会降低。

（2）气体杂质

气体分离不彻底，气质含有较大颗粒或有较长纤维杂物时会堵塞流量计，影响流量计传感器对涡流旋转频率的测量，使流量计的精度下降；另外，分离不彻底的天然气气质中含有液体，会腐蚀流量计的各个连接部位和传感器，连接部位使用的密封垫片腐蚀后会造成流量计的局部渗漏，影响了流量计的精确计量。

（3）电磁干扰

无论是标定设定参数，还是厂家设定参数，均存于旋进旋涡流量计积算仪中的电可擦可编程只读存储器（EEPROM）中，在断电的情况下也可长期保存，当遇到强烈的电磁干扰冲击或其他较强干扰时，这些参数也存在部分变化的可能性。仪表内部参数的变化会导致仪表瘫痪，产生无规则的计量结果。

3、其他误差

操作不到位、管理不严等因素也会引起较大的计量误差；在安装流量计的地方，为了便于维修，一般都设有旁通流程，如果旁通闸门没有关严或者有内漏，便会引起较大的计量误差；没有按期检定流量计，相关参数漂移也会引起较大的计量误差。

三、降低误差的措施

1、正确选择量程范围

合理选择量程范围，使用前详细阅读说明书。考虑到流量计的使用环境一般较为恶劣，有振动、脉动等干扰存在，当流量计经常处于下限流量工作时，很难保证计量精度，因此，应使流量计的流量范围处在流量计工况*大流量的20%～90%。

对于TDS或LUXZ系列旋进式流量计，一般当流量不大于*大工况流量的1.5倍时，可正常计量，但会出现-1.5%～-3%的偏差；当流量不小于*大工况流量的1.5倍时，可能会出现较严重的负偏差，甚至出现严重丢失脉冲。

2、合理确定流量计的压力等级

智能流量计必须准确检测介质的压力，才能保证流量计的准确计量。流量计的压力检测精度必须以相对误差计算，而压力传感器的准确度一般以应用误差计算。智能流量计中，已对压力检测采取了分段修正，当介质压力不小于1/3设计压力时，可保证压力检测的相对误差不大于±0.4%；但当压力低于1/3设计压力时，相对误差可能就不能保证小于±0.4%。因此应根据现场的实际介质*高压力确定传感器量程，否则，若用较高压力规格的压力传感器检测低压（不大于1/3设计压力），就不能保证流量计应有的精度。

目前，一般选用的传感器规格的压力等级有0.6、1.0、1.6、2.5、4.0和6.0MPa。

3、按照规范正确安装

严格按照流量计的安装要求安装，在气质中含有原油和微量颗粒杂质的情况下，力争垂直安装，防止原油颗粒杂质淤积在漩涡发生体周围，出现计量误差；在冬季对流量计机壳体进行保温，以免积液；另外，在流量计的安装过程中，必须明确介质的流动方向，不能反向安装。

尽可能避免振动及高温，远离流态干扰元件（压缩机、分离器、调压阀、大小头汇管及弯头等），保持仪表前后直管段内壁光滑平直，保证被测介质为洁净的单相流体，表前直管段不小于5D，表后直管段不小于1D。

4、加强日常管理

为了减少计量误差，应在正式安装前将仪表送往有鉴定资质的部门进行全量程范围内的标定；在使用过程中，对仪表的涡流体及其他构件进行定期检查或清洗；定期进行仪表标定（一般为1次/a）；不定期查看电池状况，检查仪表系数及铅封状况；定期检查仪表工艺流程状态，发现问题及时整改。

四、天然气计量仪表的发展趋势

由于电子技术、计算机以及互联网技术的快速进步，天然气计量已逐步向在线、实时、智能的方向发展，同时依靠网络技术实现远程化通讯、控制和管理。对于整个天然气计量系统，流量计只是提供气体测量数据系统的一部分，除了流量计之外，还有能提供补充测量数据的辅助仪表系统（压力传感器、温度传感器、气体密度计、气相色谱仪等），和能按标准程序记录、储存和传输测量数据的计算数据收集和传输系统，以及向全公司发布数据的计算机网络。相关技术的发展会使气体测量信息的传递速度越来越快。为了提高测量精度，加快测量数据的传递发送，扩大测量设备的自我诊断能力，预计在测量系统中会更多地采用内置式微处理机。过去流量仪表选型比较单一，近几年随着对流量计的研究和开发，流量仪表选型从单一仪表向多元化仪表发展。例如，对于中低压、中小流量工况，可选择智能型速度式流量计（涡轮、旋进旋涡流量计）；对于高压、大流量工况，可选择气体超声流量计。近期又出现了一种新型流量计———内文丘里管，可适用于流量变化范围大的中低流量工况。