摘要: 孔闆(pǎn)流量(liàng)計 是一種廣泛(fàn)應用于石化工(gōng)業的流量測量(liàng)儀表。目前天然氣計(jì)量已制定(dìng)了許(xǔ)多(duō)相關的(de)國家(jiā)标準，行業(yè)标(biāo)準和計量檢(jiǎn)定規程等,但尚(shàng)未形成完(wán)整體(tǐ)系,與(yǔ)國外相比尚有較大差距(jù)。本文主要探讨(tǎo)了天(tiān)然氣孔(kǒng)闆 流量計 測量中(zhōng)正确率要求,分(fèn)析了(le)影響測量(liàng)不确(què)定度的幾(jǐ)種因(yīn)素,提出引(yǐn)起流量(liàng)測(cè)量誤(wù)差的各(gè)種原因,這對(duì)于孔(kǒng)闆流量(liàng)計(jì)的使用具(jù)有一定的指導(dǎo)作用(yòng)。
0引言
　　在衆(zhōng)多的能(néng)源(yuán)中，天然氣(qì)作爲一種(zhǒng)清(qīng)潔的(de)燃(rán)料和(hé)優質原料,不但(dàn)提高了人(rén)們的生活(huó)質量，而且(qiě)還保護了我們(men)賴以(yǐ)生存的環(huán)境。孔闆流量計(jì)作爲主要(yào)的測(cè)量儀表，在(zài)20世紀(jì)初使(shǐ)用(yòng)于天然(rán)氣流量測量，目前已成爲(wèi)全世界主要的(de)天然(rán)氣流量(liàng)計。近幾(jǐ)年來天然(rán)氣流(liú)量計計(jì)量相關(guān)技術(shù)标準(zhǔn)相繼頒布(bù)實施，我國天然氣計量專業性(xìng)标準爲《用(yòng)标(biāo)準(zhǔn)孔闆流量(liàng)計測量天(tiān)然氣(qì)流量(liàng)》(sy/t6143-2004)"。
1.天然(rán)氣孔闆流(liú)量計的組(zǔ)成
 
　　孔闆流量計是将标準孔闆(pǎn)與 差壓變送器(qì) 配套(tào)組成(chéng)的差(chà)壓式流量裝置(zhì)，可測量氣體、蒸汽、液體及(jí)天然(rán)(的流量,廣泛應(yīng)用于(yú)石油(yóu)、化工、冶金(jīn)、電(diàn)力、供熱(rè)、供水等領(lǐng)域的(de)過程控制和測(cè)量。如圖1所(suǒ)示(shì)。
2天然氣孔闆流量(liàng)計的(de)工作原理(lǐ)
2.1測量(liàng)原理
　　孔闆(pǎn)流(liú)量計是(shì)以相(xiàng)似原(yuán)理爲根(gēn)據(jù)，以實驗數(shù)據爲(wèi)基礎(chǔ)的(de)瞬(shùn)時流(liú)量計。天然氣孔(kǒng)闆(pǎn)流量計基于(yú)流體在通(tōng)過設置于流通管道(dào)上的(de)流(liú)動阻力件時(shí)産生的壓(yā)力差與流體流量之間的(de)确定(dìng)關系(xì),通過(guò)測量差壓(yā)值求(qiú)得流體流(liú)量”。
2.2流量方(fāng)程(chéng)
 
　　如圖2所示，根(gēn)據流動連(lián)續(xù)性(xìng)方程(質量(liàng)守恒定律)和伯(bó)努利方程(chéng)(能量守恒定律)，天然氣孔(kǒng)闆流量計的(de)流量方程爲(wèi):
 
　　式中(zhōng):q爲體積流(liú)量;β爲(wèi)直徑比，β=d/d;d爲工作(zuò)條件.下(xià)節(jiē)流件(jiàn)的孔徑;d爲(wèi)工作(zuò)條件下.上遊管(guǎn)道内(nèi)徑(jìng);a。爲節流件的(de)開孔截面(miàn)積(jī);c爲(wèi)流出(chū)系數(shù);op爲節流裝置前(qián)後實際測(cè)得的差壓(yā);p爲節流裝(zhuāng)置上遊流(liú)體密度;e爲(wèi)可膨脹系(xì)數。
2.3流動狀态的要求
　　孔闆(pǎn)流量(liàng)計的流出系數(shù)c是在(zài)特定的實(shí)驗室參比(bǐ)條件(jiàn)下，通(tōng)過大量的(de)實驗數據推導得出(chū)的計(jì)算方(fāng)法。因(yīn)此，爲了保(bǎo)證(zhèng)測量精(jīng)度，對(duì)于氣流流動狀(zhuàng)态應符(fú)合(hé)如下(xià)四條要(yào)求:
2.3.1流體必須(xū)是牛頓流(liú)體，在物理學和(hé)熱力學上是(shì)均(jun1)勻的、單相的，或者可(kě)認爲是單(dān)相的流(liú)體。
2.3.2流體(tǐ)流動(dòng)是穩定流(liú)或随時(shí)間(jiān)變(biàn)化(huà)不大的緩(huǎn)變流(liú)
2.3.3流體必(bì)須滿管(guǎn)流，流經節流件(jiàn)前流動應達到(dào)充分(fèn)紊流，流束(shù)平行于管(guǎn)道軸(zhóu)線且無(wú)旋轉，流(liú)經節(jiē)流件(jiàn)時不(bú)發生(shēng)相變。
2.3.4流體(tǐ)通過孔闆節流(liú)裝置(zhì)的(de)流動，必(bì)須保(bǎo)持孔(kǒng)闆下(xià)遊靜(jìng)壓與孔闆.上遊(yóu)靜壓之比(bǐ)不小(xiǎo)于0.75，管道雷(léi)諾數re≥5000(角接(jiē)取壓)和管(guǎn)道(dào)雷諾數(shù)re≥1260b2d(法蘭取(qǔ)壓(yā))。
3天然(rán)氣(qì)孔(kǒng)闆流量計(jì)不确定度分析(xī)
　　由于(yú)存在(zài)取壓(yā)方式(角接(jiē)取壓、法蘭(lán)取壓)的影(yǐng)響;流量計算假設條(tiáo)件等(děng)因素的影響(xiǎng);孔(kǒng)闆加工、安裝(zhuāng)等技術(shù)要求。孔闆流量計的(de)使用(yòng)和流(liú)量計算(suàn)必(bì)須嚴(yán)格遵(zūn)守(shǒu)規範規(guī)定，否則，其流量(liàng)測量(liàng)的不确定(dìng)度無法計(jì)算或(huò)誤差(chà)較大(dà)。
　　根據(jù)天然氣孔(kǒng)闆流(liú)量計(jì)的流量方(fāng)程(公(gōng)式1)可知，影響流量測量的(de)精度主要(yào)由(yóu)流(liú)出系(xì)數c、可(kě)膨脹系數、差壓和天然氣(qì)的(de)物性。
3.1流(liú)出系數(shù)不确定(dìng)度變(biàn)化
　　流(liú)出(chū)系(xì)數c是爲(wèi)了(le)補償(cháng)任意兩點的摩(mó)擦影(yǐng)響所(suǒ)列人的一一個經驗(yàn)系數，它(tā)與節流(liú)件的(de)幾(jǐ)何形狀、取壓(yā)位置及雷(léi)諾數(shù)等有(yǒu)關，通(tōng)常(cháng)由試(shì)驗确定(dìng)。當直管段長度符合sy/t6143--2004的規(guī)定的節流(liú)前10d和節流(liú)後4d長(zhǎng)的測量管，圓度滿(mǎn)足不大(dà)于士0.3%的标準規(guī)定，則(zé)流(liú)出系數(shù)不确定(dìng)度8clc隻随β值的不同而不(bú)同。此時，當β≤0.6時，則(zé)δc/c=±0.6%;當β>0.60時,則(zé)δc/c=±β%。
3.2天然氣(qì)可膨(péng)脹系(xì)數不(bú)确定度(dù)變化
　　當(dāng)所測天(tiān)然氣流(liú)經(jīng)孔闆時，由于(yú)流速和壓力(lì)的改變(biàn)而伴随着(zhe)密度的改(gǎi)變(氣體壓力從p1降爲(wèi)p2,因(yīn)膨脹而(ér)使密(mì)度減小(xiǎo))，爲适(shì)應(yīng)此種變化(huà)以修正因假(jiǎ)設密度等于常量(liàng)而對(duì)流量引起(qǐ)的偏(piān)差，因此(cǐ)必(bì)須加(jiā)入一個系數,這(zhè)個系數(shù)被(bèi)稱爲可膨(péng)脹系(xì)數e。
 
　　對(duì)于天然氣而言(yán)，可膨脹性系數的不确定(dìng)度爲:δc/c=±4(△p/p1)%
　　它與孔闆(pǎn)流量計實(shí)測差(chà)壓△p成正比(bǐ)，與(yǔ)靜壓p1成(chéng)反比。目前在天(tiān)然氣計量中差壓值-般在5000pa之内(nèi)，靜壓在1-10mpa範(fàn)圍内(nèi)，因(yīn)此δc/c最小(xiǎo)爲±0.0002%，最大爲±0.2%或更大(dà)。
3.3天(tiān)然氣密度(dù)測量(liàng)不确定(dìng)度δρ/ρ
　　密度(dù)取值(zhí)按(àn)測量方(fāng)法的(de)不同而異(yì)，其一爲直接密度測量，由(yóu)密度(dù)計直接決定其(qí)值;天然氣密度(dù)測(cè)量的不(bú)确定(dìng)度δρ/ρ最小爲±1.013%，最大(dà)爲±1.571%或更大。
3.4差壓(yā)p的不确定度
　　标(biāo)準sy/t6143--2004中(zhōng)的流(liú)量實(shí)用公式在應用(yòng)能量方程導出(chū)過程中(zhōng)，規(guī)定測量管道(dào)水(shuǐ)平(包(bāo)括上(shàng)、下遊側的(de)測(cè)量管)。因此，其(qí)上、下(xià)遊取壓口(kǒu)的位置差(chà)爲零，差壓ap則是在孔(kǒng)闆上、下遊側所規(guī)定的(de)取壓口(kǒu)位置上(shàng)量得的(de)靜壓(yā)之差。
 
　　式中(zhōng):ξ△p爲差壓計的精度等級;△pk,爲差壓計(jì)的量(liàng)程(chéng);△pf爲預(yù)定差壓測(cè)量(liàng)值(zhí)。
　　由此可(kě)見(jiàn)，當所(suǒ)用差壓計的精(jīng)度爲0.5級(jí)，量程爲(wèi)0~ 600kpa,預(yù)設(shè)差壓測量(liàng)值爲300kpa時(shí)，對于(yú)天(tiān)然氣(qì)孔闆(pǎn)流量(liàng) 計，置(zhì)信概(gài)率爲(wèi)95%的測(cè)量總不确(què)定(dìng)度(dù)爲: 天然氣(qì)流量(liàng)測量的總(zǒng)不确定(dìng)度(dù)，據sy/t6143-2004規(guī)定，實際上就是測量系統(tǒng)的測(cè)量值與(yǔ)真值比(bǐ)較，置信概(gài)率爲95%的正确(què)度(dù)，其測(cè)量的(de)總不(bú)确定(dìng)度8qn/qn最小爲±0.82%,最大(dà)爲±4.52%或更大。
4孔闆(pǎn)流量計使用中(zhōng)的測量誤(wù)差分析
　　在實際應用(yòng)時，對(duì)于孔闆流(liú)量計如果使用(yòng)不當,會造(zào)成很大的(de)測量(liàng)誤差，有時可達到20%左(zuǒ)右。在(zài)流量計的(de)使用中，如何減(jiǎn)少其測量誤差，必須考慮流量的測(cè)量(liàng)原(yuán)理和結構(gòu)形式，注意(yì)使(shǐ)用條件和測(cè)量對(duì)象的物理(lǐ)性質是(shì)否與所選用的流量計性能相(xiàng)适應。下(xià)面(miàn)就其測(cè)量誤(wù)差進行分析:
4.1流量計算方程描(miáo)述流(liú)體(tǐ)是充滿(mǎn)圓管(guǎn)的、充(chōng)分發(fā)展的(de)定常流。若(ruò)流動狀态(tài)真實(shí)性無(wú)法确定,如(rú)果仍按照(zhào)原有(yǒu)的儀表(biǎo)常數推算流量，将與實際流量存(cún)在誤差。
4.2天然氣(qì)以甲烷爲主加上乙(yǐ)烷和其他少量(liàng)的輕烴，真實相(xiàng)對密(mì)度(dù)小于或等于(yú)0.75。由于被測(cè)介質實際特性(xìng)的不(bú)确定因素(sù)，以(yǐ)及實際物性變化(huà)影響儀表(biǎo)正常工作(zuò)等對(duì)流量(liàng)測(cè)量的不确定度産生影(yǐng)響。
4.3孔(kǒng)闆的(de)結構(gòu)設計(jì)、加(jiā)工(gōng)、裝(zhuāng)配、安裝、檢驗和使(shǐ)用必須(xū)符合标準規(guī)定的全部(bù)技(jì)術要求。由于(yú)各個(gè)裝置(zhì)自(zì)身(shēn)及環(huán)境條(tiáo)件因(yīn)素引起的不确(què)定因素。
4.3.1孔闆安裝不正确
　　管道(dào)水平安(ān)裝(zhuāng)，如(rú)果(guǒ)孔闆開孔(kǒng)中心(xīn)與管道中(zhōng)心線(xiàn)不同(tóng)心;如果在安裝過程中存在引(yǐn)壓管堵塞(sāi)及墊片(piàn)等(děng)凸出(chū)物，則(zé)會造成孔闆前(qián)後壓(yā)差測(cè)量不正确，從而(ér)造成測量誤差。
4.3.2孔闆(pǎn)入(rù)口邊緣(yuán)被磨(mó)損
　　在使用(yòng)中，由(yóu)于(yú)流(liú)體的磨蝕作用，使孔(kǒng)闆的入(rù)口(kǒu)邊緣(yuán)變鈍，被磨成圓(yuán)形入口邊緣。結果是(shì)在(zài)相(xiàng)同的流量(liàng)下，孔口收(shōu)縮系數變(biàn)大(dà)，造成差(chà)壓發生變化，造成測(cè)量誤(wù)差。
4.3.3孔(kǒng)闆表面的(de)結垢
　　長期使用時，孔闆表(biǎo)面結(jié)垢，使孔闆(pǎn)的流(liú)通面積(jī)變小，從(cóng)而造(zào)成差(chà)壓增大，使(shǐ)流(liú)量計測(cè)量值大于實際(jì)值，影(yǐng)響計量精(jīng)度。
4.4差(chà)壓變(biàn)送器零點漂移和量(liàng)程設置不(bú)當
　　由(yóu)于時間較長，變(biàn)送器(qì)的(de)零點會(huì)發生漂移，這時(shí)差壓變(biàn)送器的(de)輸人(rén)和輸出信(xìn)号發生(shēng)變化。若(ruò)不及(jí)時(shí)調整，會(huì)造成實測(cè)流量值偏(piān)低或偏高(gāo)。
5結(jié)束語
　　客(kè)觀地講，在采(cǎi)用孔闆(pǎn)流量計測量天(tiān)然氣流量(liàng)時，對(duì)孔闆流量計的一(yī)次裝(zhuāng)置(孔闆(pǎn)節流裝置)和二(èr)次儀(yí)表(差壓、靜(jìng)壓、溫度、被測介(jiè)質物(wù)性(xìng)等)的選(xuǎn)擇、設計(jì)、安裝、使(shǐ)用嚴格按(àn)照(zhào)sy/t6143-2004國(guó)家标準進(jìn)行，加(jiā)上不定期維護和檢查，才能保(bǎo)證天(tiān)然氣孔闆(pǎn)流量計的(de)測量(liàng)精度。

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