摘要.标準孔闆(pǎn)流量計 是(shì)一(yī)種(zhǒng)非常成熟(shú)的流量計，在多年的(de)試驗和使(shǐ)用過程中積累(lèi)了大(dà)量的數據(jù)和經驗，以(yǐ)其耐高壓(yā)，安裝使用(yòng)維護方便(biàn)等諸多優(yōu)點(diǎn)在我(wǒ)國天然(rán)氣計(jì)量中(zhōng)占有主導地位。孔闆(pǎn)流量計的(de)在應用中誤差來源加以識别，分析(xī)了誤差産(chǎn)生(shēng)原(yuán)因，并(bìng)針(zhēn)對現場(chǎng)實際情(qíng)況(kuàng)，提出了控(kòng)制措施。
　　 天(tiān)然氣流量(liàng)計 量已經成爲天然氣工業(yè)生産發展的重要組成(chéng)部分(fèn)，天然(rán)氣流(liú)量計量(liàng)儀表品(pǐn)種很多，其中孔(kǒng)闆流(liú)量計自20世(shì)紀70年(nián)代引入我國使用(yòng)，逐(zhú)步在(zài)天然氣流(liú)量計(jì)量中(zhōng)獲得了廣(guǎng)泛應用，到目前(qián)爲止，孔闆流量(liàng)計在(zài)我國天然(rán)氣計量中仍然(rán)占有(yǒu)主導地位(wèi)。标準孔闆(pǎn)流量計最主(zhǔ)要的優(yōu)點是(shì)耐高(gāo)壓，安裝使用維護方(fāng)便，對(duì)介質潔淨(jìng)程度的要(yào)求也(yě)不高，可與電子(zǐ)儀表和(hé)機(jī)械儀表單(dān)獨配套，在(zài)多年的試驗和(hé)使用過程中積(jī)累了大(dà)量(liàng)的數據和(hé)經(jīng)驗(yàn)，是一(yī)種非常成(chéng)熟的(de)流量(liàng)計。但是(shì)，由(yóu)于組成測(cè)量系統的(de)組(zǔ)成(chéng)環節(jiē)較多(duō)，影響孔闆計量精度的因(yīn)素很(hěn)多，現就孔闆流量(liàng)計(jì)的誤(wù)差來(lái)源(yuán)加以分析，并(bìng)針(zhēn)對(duì)誤差(chà)來源，在實際應(yīng)用中(zhōng)采取相應(yīng)措施(shī)，以(yǐ)提高計(jì)量精度。
1孔(kǒng)闆流(liú)量計(jì)的組成和原理
1.1孔(kǒng)闆流量(liàng)計的組(zǔ)成
　　标(biāo)準(zhǔn)孔闆流(liú)量(liàng)計由(yóu)截流裝置(zhì)，信号引線(xiàn)和(hé)二次儀(yí)表(biǎo)系統組成。其(qí)中節流裝(zhuāng)置是使管道(dào)中(zhōng)流體産生(shēng)靜壓力差(chà)的裝置，主(zhǔ)要由(yóu)标(biāo)準孔闆，取壓(yā)裝置和(hé)上(shàng)下遊(yóu)直管段(duàn)組成。
1.2基(jī)本原(yuán)理
　　充滿管道的流體(tǐ)，當它流經(jīng)管道(dào)内的(de)節流(liú)件(jiàn)時，如圖(tú)所示，流速(sù)将在節流(liú)件處形成局部收縮(suō)，因而(ér)流(liú)速(sù)增(zēng)加，靜壓(yā)力降低，于(yú)是(shì)在節流件前(qián)後便(biàn)産生了壓差。流(liú)體流量愈大，産(chǎn)生的壓(yā)差愈大，這樣依(yī)據壓差(chà)來衡量流(liú)量的(de)大小。如(rú)圖1所示(shì)。

2孔闆(pǎn)流量計的計算方法(fǎ)和參(cān)數變量分析
　　這(zhè)種測量方法是(shì)以流動連(lián)續性(xìng)方程(chéng)（質量守恒定律）和伯(bó)努利方程(chéng)（能量守恒(héng)定律(lǜ)）爲基礎的(de)。
2.1流量(liàng)計算公式(shì)
　　根據(jù)《天(tiān)然氣流(liú)量(liàng)的标準(zhǔn)孔闆(pǎn)計量方法》（sy/6143-2004）給出的天然氣(qì)在标(biāo)準參比條(tiáo)件下(xià)的體(tǐ)積流量計(jì)算(suàn)實(shí)用公(gōng)式：

式(shì)中：qvn爲(wèi)天然(rán)氣在(zài)标準(zhǔn)參比(bǐ)條件(jiàn)下的(de)體積流量；
avn爲體(tǐ)積流量計算系數；
c爲流出(chū)系數；
e爲漸進速(sù)度系數；
d爲孔闆(pǎn)開孔直(zhí)徑；
fg爲相(xiàng)對密(mì)度(dù)系數；
ε爲(wèi)可膨脹系數；
ft爲(wèi)超壓縮(suō)系數(shù)；
fz爲流動(dòng)溫度(dù)系數(shù)；
p1爲孔(kǒng)闆上遊側(cè)取壓(yā)孔氣流絕對靜(jìng)壓；
△p爲氣流(liú)流經(jīng)孔闆(pǎn)時産(chǎn)生的差壓。
2.2由參(cān)數的确定(dìng)分析流量(liàng)測量的誤(wù)差(chà)源
1）avn确定(dìng)方法(fǎ)：視采用的(de)計(jì)量(liàng)單位而定(dìng)
秒體積流量（m3/s）avn：=3.1795×10-6；
小(xiǎo)時體積流量(liàng)（m3/h）avn：=0.011446；
日體積流量（m3/d）avn：=0.27471。
2）c确定方法(fǎ)：裏德-哈利斯/加拉赫（reader-harris/gallagher）公(gōng)式
c=0.5961+0.0261β2-0.216β8+0.000521（106β/red）0.7+（0.0188+0.0063a）β3.5（106/red）0.3+（0.043+0.080e-10l1-0.123e-7l1）（1-0.11a）β4/（1-β4）-0.031（m'2-1.120.8m'）β1.3在d＜71.12mm情(qíng)況下，上述(shù)公式(shì)應加(jiā)上(shàng)下列數(shù)項+0.011（0.75-β）（2.8-d/25.4）（d:mm）
式中(zhōng)：β=d/d——直(zhí)徑比(bǐ)；
red與d有關的雷諾(nuò)數；
a=（19000β/red）0.8
m'2=2l'2/（1-β）
l1=l1/d——孔闆上(shàng)遊端面到上(shàng)遊(yóu)取壓(yā)口的距離(lí)除以管道(dào)直徑的商(shāng)；
l'2=l'2/d——孔闆下遊(yóu)端面到下遊取(qǔ)壓口(kǒu)的距離(lí)除(chú)以管(guǎn)道直(zhí)徑的(de)商（符(fú)号(hào)l'2表示自(zì)孔闆(pǎn)下遊端面爲(wèi)起(qǐ)始位置的(de)有關下遊間(jiān)距，而l2表(biǎo)示自孔闆上遊(yóu)端面爲起(qǐ)始位(wèi)置的有關下遊(yóu)間距）；
d——mm；
對于(yú)角接取壓法　　l1=l'2=0;
對于d和d/2取壓(yā)法　　l1=1，l2=0.47；
對于法蘭取壓(yā)法(fǎ)　　l1=l'2=25.4/d
3）ε的确(què)定方法
ε=1-（0.351+0.256β4+0.93β8）[1-（p2/p1）κ]
（1）涉及到(dào)的中間變(biàn)量
κ爲等熵指數，等熵(shāng)指數是壓(yā)力和溫(wēn)度(dù)的函(hán)數，必(bì)要時采(cǎi)用κ=1.3
p2爲孔(kǒng)闆下(xià)遊(yóu)側絕對(duì)靜壓p2=p1-△p。
（2）涉及(jí)到的獨立(lì)變量
p1爲孔(kǒng)闆上遊側絕對(duì)靜壓；
△p爲差(chà)壓，計(jì)量儀表的(de)實測(cè)值。
4）d的确定方法(fǎ)
d=d20[1+λd（t1-t20）]
（1）涉及到的中間(jiān)變量
λd孔闆材料(liào)在20℃~t1範圍(wéi)内的線膨脹系數(shù)，根據(jù)孔闆材料(liào)爲确(què)定值
（2）涉及到的獨立(lì)變(biàn)量(liàng)
d20爲孔(kǒng)闆開孔(kǒng)在20℃下的(de)實測值t1爲(wèi)天然(rán)氣流過節流裝(zhuāng)置時(shí)的實測氣流溫(wēn)度。
5）e确定方(fāng)法

（1）涉及(jí)到(dào)的中(zhōng)間變(biàn)量
β=d/d
（2）涉(shè)及到(dào)的獨立變量
d20爲孔闆(pǎn)開孔在20℃下(xià)的實測值；
d20爲管(guǎn)道在20℃下的實測(cè)值。
6）fg的确定方法

（1）涉及到的中間(jiān)變量
gr——氣體的真實(shí)相對密度；
（2）涉(shè)及到的獨立變(biàn)量
天(tiān)然(rán)氣(qì)的摩(mó)爾組分(fèn)值
7）ft的确(què)定方(fāng)法

（1）涉及到(dào)的中(zhōng)間變量
t1=t1+273.15
（2）涉(shè)及到(dào)的獨立變(biàn)量
t1-_氣體的(de)實際(jì)測量(liàng)溫度
8）fz的确(què)定方(fāng)法

式中：
zn爲(wèi)然(rán)氣(qì)在标準狀(zhuàng)态下(xià)的壓(yā)縮因子，
z1爲然氣在工(gōng)作狀态下的壓(yā)縮因子
涉及到(dào)的中間(jiān)變(biàn)量：
　　zn、z1這(zhè)兩個變(biàn)量(liàng)都(dōu)可(kě)以通(tōng)過計(jì)算和測量(liàng)兩種方法(fǎ)來确(què)定，可以遵照标準gb/t17747.2天然氣(qì)在工作狀态下的壓(yā)縮因子《天然氣壓縮因子(zǐ)的計算用摩爾組成(chéng)進行計算(suàn)》和标準gb/t17747.3《天然氣壓縮因(yīn)子的計算用物(wù)性值計(jì)算》來(lái)計算。壓縮因子(zǐ)和密度互(hù)爲函數關系，一般隻需測(cè)定一(yī)個。
　　由(yóu)以上參數的确(què)定(dìng)方法可(kě)以(yǐ)看出，在參與計算(suàn)的參數中，有些是無(wú)法實(shí)測的，稱爲(wèi)統計量，例如(rú)流出系(xì)數c，可(kě)膨脹性系(xì)數ε，其他的參數(shù)都可以通(tōng)過測(cè)量單獨(dú)變量計(jì)算得出，這些單(dān)獨(dú)變量包(bāo)括測量管(guǎn)内徑d20，孔闆(pǎn)開孔直徑d20，差壓△p，天然(rán)氣(qì)流(liú)動的(de)熱力學溫(wēn)度t1，天(tiān)然氣流動時上(shàng)遊測的(de)壓(yā)力p1，相對密度，天(tiān)然氣(qì)壓縮因子。針對(duì)這些(xiē)參(cān)數(shù)和變(biàn)量的(de)性(xìng)質(zhì)，分析(xī)其誤差産生的(de)原因，在實(shí)際應(yīng)用中(zhōng)，采取相應的措施，使(shǐ)天然(rán)氣計(jì)量誤差得(dé)以降低。
3天然氣計量誤(wù)差産生(shēng)的原因分析
3.1統(tǒng)計量(liàng)的誤差分(fèn)析
1）流(liú)出系(xì)數c
　　對(duì)于流(liú)出系數(shù)c的(de)研究(jiū)，人們(men)一直(zhí)沒有(yǒu)停止(zhǐ)過，通過豐(fēng)富和充分的試驗數(shù)據，人(rén)們對(duì)影響(xiǎng)流出系數的因(yīn)素有(yǒu)了許多的(de)認識(shí)，影響流出系數(shù)偏離的原因[2]：
（1）儀(yí)器本身産(chǎn)生(shēng)的(de)誤差
①孔闆(pǎn)入口直角銳利(lì)度超(chāo)出标準(zhǔn)規(guī)定；②管徑尺(chǐ)寸與(yǔ)計算(suàn)不符；③孔闆厚度(dù)誤差(chà)；④節流件附(fù)件産(chǎn)生台(tái)階、偏心；⑤孔(kǒng)闆(pǎn)上遊端(duān)面平度；⑥環室尺(chǐ)寸産生台階、偏(piān)心；⑦取壓位(wèi)置；⑧焊(hàn)接、焊縫突出；⑨取(qǔ)壓孔加工(gōng)不規範或堵(dǔ)塞；⑩節流(liú)件不同(tóng)軸度。
（2）安裝誤差
　　管(guǎn)線布(bù)置的偏(piān)離，管線(xiàn)布置(zhì)的(de)偏離造(zào)成的安裝誤差(chà)是普遍性的，其(qí)産生的主要原(yuán)因是現場不能(néng)滿足直管(guǎn)段要(yào)求的長度。
（3）使用(yòng)誤差
①孔闆彎曲(變形)；②上(shàng)遊(yóu)測量(liàng)管沉(chén)積髒物；③上(shàng)遊端(duān)面沉(chén)積髒物；④孔闆(pǎn)入口直(zhí)角邊(biān)緣變鈍、破(pò)損；⑤雷諾數範圍不符合标準規定；⑥管(guǎn)道粗糙度(dù)影響(xiǎng)（管道粗糙(cāo)度增(zēng)加(jiā)、管(guǎn)道粗糙度變(biàn)化）。
2）可膨(péng)脹性系(xì)數(shù)ε
　　可膨(péng)脹性系數ε是對(duì)流體通過節流(liú)件時密度發生(shēng)變化而引起的(de)流出系(xì)數變化(huà)的修(xiū)正(zhèng)，它的誤(wù)差由(yóu)兩部(bù)分組(zǔ)成：其一爲常用(yòng)流量下ε的(de)誤差(chà)，即标準(zhǔn)确定值的誤(wù)差(chà)；其二爲(wèi)由于流量變化(huà)ε值将(jiāng)随(suí)之波動(dòng)帶來的(de)誤差。一般在(zài)低靜壓高(gāo)差壓(yā)情況，ε值有不可(kě)忽略的誤(wù)差。當△p/p≤0.04時，ε的誤差可忽略不(bú)計。
3.2實(shí)測量誤差(chà)産生的原(yuán)因(yīn)
1）d20、d20誤(wù)差産生的(de)原因[1]
　　對于(yú)δd/d及δd/d的數據(jù)，應是(shì)一種(zhǒng)在嚴(yán)格的(de)檢定條件下（人(rén)員、設備、方法、環(huán)境等(děng)符(fú)合有關(guān)标準），認真按(àn)照有關(guān)檢定(dìng)規程和技術标(biāo)準的要求(qiú)，對新(xīn)制造(zào)的或使用中的(de)孔闆及測量管(guǎn)進行檢定(dìng)時所(suǒ)允許的(de)測(cè)量不确定度，即(jí)δd20/d20≤±0.07％、δd20/d20≤±0.40％（下标20表示(shì)檢定狀态(tài)）。但由于要(yào)考慮(lǜ)現場(chǎng)的實(shí)際工(gōng)況條件，因此這(zhè)種檢定(dìng)要求忽(hū)略(luè)了如(rú)下(xià)一些(xiē)影響(xiǎng)因素(sù)：
（1）未(wèi)對(duì)d20及d20進行實際工(gōng)況條(tiáo)件(jiàn)下(xià)的溫(wēn)度修(xiū)正；
（2）現場配(pèi)備的長度計量(liàng)器具（如遊标卡(kǎ)尺）往往(wǎng)不能按(àn)期送檢(jiǎn)，現(xiàn)場計(jì)量人(rén)員(yuán)也未進行(háng)長度計量測(cè)試方面的專業(yè)培訓；
（3）對在用中的測量(liàng)管，幾乎都未(wèi)考慮腐蝕(shí)、變(biàn)形(xíng)及積塵附(fù)着等對其(qí)實際(jì)内徑産生的變(biàn)化；
（4）由于(yú)測量管(guǎn)内部結構的特(tè)殊性，部分目前隻選(xuǎn)擇了分别(bié)距孔闆上、下遊端面0d（或(huò)0.5d）的兩個(gè)截面進行内徑(jìng)測量，并将平均(jun1)值刻在銘牌上(shàng)供用戶參(cān)考，一(yī)般的标(biāo)準都要求至(zhì)少測量4個(gè)截面。
　　這些因素(sù)導緻(zhì)了實際(jì)工(gōng)況條(tiáo)件下孔闆孔徑及測量管(guǎn)内徑的測(cè)量不(bú)确定度往往會(huì)超出(chū)标(biāo)準規定(dìng)的範圍，即(jí)δd/d＞±0.07％、δd/d＞±0.40％。
2）p1、△p、t1誤差(chà)産生的原因
　　這(zhè)幾個(gè)變量，都屬(shǔ)于二次儀(yí)表測(cè)量數據(jù)，根據這(zhè)些參數的(de)産生(shēng)和測量(liàng)過(guò)程，誤(wù)差産生(shēng)的(de)原因(yīn)主要有(yǒu)以下幾(jǐ)個方面：
（1）數據的(de)産生(shēng)
　　對于(yú)差壓(yā)和壓力信号，正(zhèng)确的(de)取壓孔及引壓管線(xiàn)的制造、安(ān)裝及使用(yòng)是保(bǎo)證獲(huò)得真實數據的關鍵(jiàn)，這些(xiē)影響因素很多是難以定(dìng)量或(huò)定性(xìng)确定(dìng)的，隻有加強制造及安裝的規(guī)範化工作(zuò)才能(néng)達(dá)到目的(de)。對于(yú)溫度數據而言(yán)，是否能(néng)夠真實(shí)地反映被測流(liú)體内部的(de)溫度是數據真實的(de)關鍵，主(zhǔ)要(yào)是(shì)感(gǎn)溫元件與(yǔ)氣流(liú)的接觸(chù)是(shì)否良(liáng)好，包括(kuò)感溫頭(tóu)的安裝位(wèi)置、插(chā)入深度、方向以(yǐ)及表(biǎo)面(miàn)的(de)清潔(jié)程度等(děng)[1]。
（2）數據的(de)測量(liàng)與傳(chuán)遞
　　儀(yí)表選型(xíng)是否合(hé)适，安裝位(wèi)置是(shì)否合(hé)理，運行是(shì)否正(zhèng)常(cháng)都(dōu)是數據測(cè)量和傳遞(dì)過程(chéng)中誤差産(chǎn)生的原因。
3）相對密度，天然(rán)氣壓(yā)縮因(yīn)子誤差産(chǎn)生的(de)原因(yīn)
　　相對(duì)密(mì)度，天然氣壓(yā)縮因子都(dōu)屬于(yú)氣體的物性參(cān)數，天然(rán)氣(qì)組成分析數據(jù)是用于物性參數計(jì)算，并通過(guò)物性(xìng)參數間接影響流量計(jì)算(suàn)結果(guǒ)。天然氣物性參數測量的精度(dù)，取決于(yú)天(tiān)然氣(qì)取樣技術(shù)。天然(rán)氣取樣技術是(shì)關系到所(suǒ)取樣(yàng)品是(shì)否有代表(biǎo)性總(zǒng)是(shì)不但影(yǐng)響到天然氣組(zǔ)成分析(xī)結果，也(yě)影響到(dào)物(wù)性參(cān)數的測量結果(guǒ)。取樣技術由三(sān)個因(yīn)素組成，即(jí)取樣點(diǎn)分布、取(qǔ)樣方式和取樣(yàng)周期。
（1）取樣點分(fèn)布
　　取樣點的分(fèn)布決定了(le)所取的天(tiān)然氣樣品(pǐn)是否有代表性(xìng)。
①對于(yú)多(duō)氣源的(de)輸配氣計(jì)量站，可在氣體入口(kǒu)下遊(yóu)與(yǔ)流(liú)量計上遊(yóu)之間能使(shǐ)天然氣充分混(hùn)合的彙管處設(shè)置取樣點；②對于單一氣(qì)源的輸(shū)氣計量站，可在氣體入口處設(shè)置取樣點(diǎn)；③對于(yú)流量大的(de)用戶(hù)，如果用戶需要(yào)，可在流(liú)量(liàng)計的(de)上(shàng)遊或(huò)下遊不影響(xiǎng)流量(liàng)測量(liàng)精度的管(guǎn)道或(huò)彙管(guǎn)處設置取(qǔ)樣點。
（2）取樣方式
　　取樣(yàng)方式(shì)有邊(biān)連續取樣(yàng)、累(lèi)積取樣(yàng)和單(dān)點取(qǔ)樣3種。連(lián)續取樣是與在線(xiàn)分析(xī)相(xiàng)結合的。累積(jī)取樣要求有控(kòng)制流入取(qǔ)樣鋼瓶的(de)流量(liàng)控制(zhì)裝置，注入鋼瓶的流量與鋼瓶(píng)的容積、氣(qì)源壓力、計(jì)量(liàng)點流量(liàng)大小(xiǎo)和(hé)收(shōu)集樣品的(de)周期有關(guān)，技術比較(jiào)複雜。單點取樣是最(zuì)簡單的取(qǔ)樣方(fāng)式，在國内被廣(guǎng)泛地(dì)應用。
（3）取樣周期
　　對于連續(xù)取樣方式(shì)，取樣周期取決于在(zài)線分析(xī)周期，在(zài)累積取樣方式(shì)中，大多是一周(zhōu)收集(jí)一次(cì)。在單(dān)點取樣(yàng)方(fāng)式中(zhōng)，國外大多是一(yī)天取一次，國内(nèi)一般(bān)是一(yī)個月(yuè)或一個季度取一次(cì)。
4實(shí)際應用(yòng)中的控制措施
1）節流裝置設計(jì)，制(zhì)造和安裝規(guī)範化；
2）加強對重(zhòng)點設備的(de)檢查維護(hù)和(hé)保(bǎo)養：
（1）孔(kǒng)闆
檢查内(nèi)容包括：
①定期檢定；
②定(dìng)期檢查(chá)，檢查(chá)内容包括；
③上(shàng)遊端面無可見損傷(shāng)；
④上遊邊緣無卷(juàn)口，無(wú)毛邊(biān)，無目(mù)測可見的異常(cháng)現象當(dāng)孔(kǒng)闆大于或等(děng)于mm時，目(mù)測檢查(chá)，将孔闆(pǎn)上(shàng)遊(yóu)端面傾斜(xié)，用日光或(huò)人工(gōng)光源(yuán)射向(xiàng)直角(jiǎo)入口邊緣，邊緣(yuán)無反(fǎn)射光束；
⑤下(xià)遊邊緣無(wú)毛刺(cì)，劃痕和可(kě)見損傷；
⑥定期排(pái)污和(hé)清洗(xǐ)。
（2）氣(qì)路
　　主要檢查從孔闆閥(fá)到各個變送器(qì)的氣路是否有(yǒu)洩漏(lòu)、堵(dǔ)塞等現(xiàn)象，氣路中是否(fǒu)有液體存在，主(zhǔ)要是(shì)引壓管的(de)接頭、三(sān)通、針形(xíng)閥、放空閥以及三閥組等(děng)各個(gè)部位(wèi)
（3）二次(cì)儀表
　　在保證儀表選(xuǎn)型和精(jīng)度等級(jí)正确(què)的基(jī)礎上(shàng)，定期對儀表進行維(wéi)護和保養。主要(yào)包(bāo)括：
①定期(qī)檢定(dìng)；
②檢查(chá)差壓(yā)變送器、壓(yā)力變送器的零點。
（4）流量計算機(jī)
　　主要是(shì)對(duì)流量(liàng)計算(suàn)機的數據采(cǎi)集(jí)、參數設置(zhì)及計(jì)算的準(zhǔn)确(què)性進行檢(jiǎn)察，主要有(yǒu)以下内容：
①通道的檢(jiǎn)查；
②參數設(shè)置的檢查(chá)；
③計算精度(dù)的檢查。
　　可通過一些(xiē)簡便(biàn)實用(yòng)的流量計(jì)算軟件(jiàn)在相同條件(jiàn)下的(de)計算(suàn)值與流(liú)量計算(suàn)機的(de)計量值進(jìn)行對(duì)比，分别計(jì)算機組數據，觀(guān)察結果是(shì)否相近。
5結論(lùn)
　　總之，隻(zhī)要從(cóng)設計(jì)、安裝(zhuāng)、使(shǐ)用等方面都(dōu)嚴格執行有關(guān)标準，用孔闆流量計計量天然氣的(de)精度将大(dà)大(dà)提高。

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