孔闆(pǎn)流量計誤(wù)差來源與(yu)管控 發布(bù)時間:2025-12-15
摘要(yao).标準孔闆(pǎn)流量計 是(shì)一種非常(cháng)成熟的流(liú)量計,在多(duo)年的試驗(yàn)和使用💚過(guo)程中🤟積累(lei)了大量的(de)數據和經(jīng)驗,以其耐(nai)高壓,安裝(zhuang)使用維護(hu)方便等㊙️諸(zhū)多♋優點在(zài)我國天然(ran)氣計量中(zhōng)占有主導(dǎo)地位。孔闆(pan)流量計的(de)在應用中(zhōng)誤差來源(yuan)加以識别(bié),分析了誤(wu)差産生原(yuán)因,并針🌈對(dui)現場實㊙️際(jì)情況,提出(chū)✌️了控制措(cuo)施。 天然氣(qi)流量計 量(liang)已經成爲(wèi)天然氣工(gong)業生産發(fā)展的重要(yao)組成部分(fèn),天然氣流(liu)🐉量計量儀(yi)表品種很(hěn)多,其中孔(kong)闆流量計(jì)自20世紀70年(nián)代引入我(wǒ)國使用,逐(zhú)步在天然(ran)氣流量計(ji)量中獲得(de)了廣泛應(ying)用,到目⭐前(qian)爲止,孔闆(pǎn)流量計在(zài)我國天🧑🏽🤝🧑🏻然(ran)氣計量中(zhong)仍然占㊙️有(yǒu)主導地位(wèi)。标準孔🛀闆(pan)流量計最(zui)主要的優(you)點♊是耐高(gao)壓,安裝使(shi)用維護方(fāng)便,對介質(zhì)潔🈲淨程度(du)的要求也(yě)不高,可與(yǔ)電子儀💋表(biao)和機械儀(yi)表單獨配(pei)套,在多年(nián)的試驗和(hé)使用過程(cheng)中積累了(le)大量的數(shu)據和經驗(yàn),是一種非(fēi)常成熟的(de)流量計🎯。但(dàn)是,由于組(zu)成測量系(xi)統的組成(chéng)環🆚節較多(duō),影響孔闆(pǎn)計量🔴精度(du)的因素很(hěn)多,現就孔(kǒng)闆流量計(ji)的誤差來(lai)源加以分(fen)析,并針對(dui)誤差來源(yuán),在實際應(ying)用中采取(qǔ)相應措施(shi),以提高計(ji)量精度。 1孔(kong)闆流量計(jì)的組成和(he)原理 1.1孔闆(pan)流量計的(de)組成 标準(zhun)孔闆流量(liang)計由截流(liu)裝置,信号(hào)引線和二(èr)次儀🌈表系(xì)統♍組成。其(qí)中節流裝(zhuang)置是使管(guan)道中流體(tǐ)産生靜壓(ya)力差的裝(zhuang)置,主🛀要由(you)标準孔闆(pan),取壓裝置(zhì)和上下遊(yóu)直🈚管段組(zu)成。 1.2基本原(yuan)理 充滿管(guǎn)道的流體(tǐ),當它流經(jing)管道内的(de)節流件時(shí),如圖所示(shì),流速将在(zai)節流件處(chu)形成局部(bù)收縮,因而(ér)流♊速增🤞加(jiā),靜壓力降(jiàng)低,于是在(zai)節流件前(qián)後便産生(shēng)了壓差。流(liú)體流量愈(yu)大,産生的(de)壓差愈大(dà),這樣依據(ju)壓🔆差來衡(heng)量流量的(de)大小。如圖(tu)1所示。 2孔闆(pǎn)流量計的(de)計算方法(fǎ)和參數變(biàn)量分析 這(zhe)種測量方(fāng)法是以流(liú)動連續性(xìng)方程(質量(liang)守恒定律(lü))和伯🔴努🚶利(li)💋方程(能量(liàng)守恒定律(lǜ))爲基礎的(de)。 2.1流量計算(suàn)公式 根據(ju)《天然氣流(liú)量的标準(zhǔn)孔闆計量(liang)方法》(SY/6143-2004)給出(chū)的天然氣(qi)在标準參(cān)比條件下(xia)的體積流(liú)量計算實(shi)用公式: 式(shi)中:Qvn爲天然(rán)氣在标準(zhun)參比條件(jian)下的體積(jī)流量; Avn爲體(ti)積流量計(jì)算系數; C爲(wèi)流出系數(shù); E爲漸進速(sù)度系數; d爲(wei)孔闆開孔(kǒng)直徑; FG爲相(xiang)對密度系(xi)數; ε爲可膨(péng)脹系數; FT爲(wèi)超壓縮系(xì)數; FZ爲流動(dòng)溫度系數(shu); P1爲孔闆上(shang)遊側取壓(yā)孔氣流絕(jue)對靜壓; △P爲(wèi)氣流流經(jing)孔闆時産(chǎn)生的差壓(ya)。 2.2由參數的(de)确定分析(xi)流量測量(liàng)的誤差源(yuan) 1)Avn确定方法(fǎ):視采用的(de)計量單位(wèi)而定 秒體(tǐ)積流量(m3/s)Avn:=3.1795×10-6; 小(xiao)時體積流(liu)量(m3/h)Avn:=0.011446; 日體積(jī)流量(m3/d)Avn:=0.27471。 2)C确定(ding)方法:裏德(de)-哈利斯/加(jiā)拉赫(Reader-Harris/Gallagher)公式(shi) 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情況下(xia),上述公式(shi)應加上下(xia)列數項+0.011(0.75-β)(2.8-D/25.4)(D:mm) 式(shì)中:β=d/D——直徑比(bi); ReD與D有關的(de)雷諾數; A=(19000β/ReD)0.8 M'2=2L'2/(1-β) L1=l1/D——孔(kǒng)闆上遊端(duān)面到上遊(yóu)取壓口的(de)距離除以(yǐ)管道直徑(jing)的商🌍; L'2=l'2/D——孔闆(pan)下遊端面(mian)到下遊取(qǔ)壓口的距(jù)離除以管(guǎn)道直徑的(de)商(符号L'2表(biao)示自孔闆(pǎn)下遊端面(miàn)爲起始位(wèi)置的有關(guān)下遊間距(ju),而L2表📞示自(zì)🌈孔闆上遊(yóu)端面爲起(qi)始位置的(de)有關下遊(yóu)間距); D——mm; 對于(yu)角接取壓(ya)法 L1=L'2=0; 對于D和(hé)D/2取壓法 L1=1,L2=0.47; 對(dui)于法蘭取(qǔ)壓法 L1=L'2=25.4/D 3)ε的确(que)定方法 ε=1-(0.351+0.256β4+0.93β8)[1-(P2/P1)κ] (1)涉(shè)及到的中(zhōng)間變量 κ爲(wèi)等熵指數(shù),等熵指數(shu)是壓力和(he)溫度的函(hán)數,必要💔時(shí)采用κ=1.3 P2爲孔(kong)闆下遊側(ce)絕對靜壓(yā)P2=P1-△P。 (2)涉及到的(de)獨立變量(liang) P1爲孔闆上(shàng)遊側絕對(duì)靜壓; △P爲差(cha)壓,計量儀(yi)表的實測(ce)值。 4)d的确定(dìng)方法 d=d20[1+λd(t1-t20)] (1)涉及(jí)到的中間(jian)變量 λd孔闆(pǎn)材料在20℃~t1範(fan)圍内的線(xiàn)膨脹系數(shù),根據孔闆(pǎn)材料爲🧑🏽🤝🧑🏻确(que)⛹🏻♀️定㊙️值 (2)涉及(jí)到的獨立(lì)變量 d20爲孔(kǒng)闆開孔在(zai)20℃下的實測(ce)值t1爲天然(rán)氣流過節(jiē)流裝置時(shi)的實測氣(qi)流溫度。 5)E确(que)定方法 (1)涉(shè)及到的中(zhōng)間變量 β=d/D (2)涉(she)及到的獨(du)立變量 d20爲(wei)孔闆開孔(kǒng)在20℃下的實(shi)測值; D20爲管(guǎn)道在20℃下的(de)實測值。 6)FG的(de)确定方法(fǎ) (1)涉及到的(de)中間變量(liàng) Gr——氣體的真(zhen)實相對密(mì)度; (2)涉及到(dao)的獨立變(biàn)量 天然氣(qì)的摩爾組(zu)分值 7)FT的确(què)定方法 (1)涉(shè)及到的中(zhong)間變量 T1=t1+273.15 (2)涉(shè)及到的獨(dú)立變量 t1-_氣(qi)體的實際(ji)測量溫度(du) 8)FZ的确定方(fāng)法 式中: Zn爲(wèi)然氣在标(biāo)準狀态下(xia)的壓縮因(yīn)子, Z1爲然氣(qi)在工作狀(zhuang)态下的壓(ya)縮因子 涉(she)及到的中(zhōng)間變量: Zn、Z1這(zhè)兩個變量(liang)都可以通(tōng)過計算和(he)測量兩種(zhǒng)方法來确(què)定,可以⛱️遵(zun)✨照标準GB/T17747.2天(tian)然氣在工(gōng)作狀态下(xia)的壓縮因(yin)子《天然氣(qì)壓縮因子(zǐ)的計算用(yong)摩爾組成(chéng)進行計算(suan)》和标準GB/T17747.3《天(tiān)然氣壓縮(suo)因子的🐅計(ji)算用物性(xing)值計算》來(lái)計算。壓縮(suō)因子和密(mì)度互爲函(han)數關系🏃🏻♂️,一(yi)般隻需♋測(ce)定一個。 由(yóu)以上參數(shu)的确定方(fāng)法可以看(kan)出,在參與(yu)計算的參(can)數😄中,有些(xie)是無法實(shi)測的,稱爲(wei)統計量,例(li)如流出系(xi)數C,可膨脹(zhang)性系數ε,其(qí)他的參數(shu)都可以通(tōng)過測量單(dan)獨變量計(jì)算得出,這(zhe)些單獨🤟變(biàn)量包括測(cè)量管内徑(jìng)d20,孔闆開孔(kong)直徑D20,差壓(yā)△P,天然氣流(liu)動的熱力(li)學溫度t1,天(tian)然氣流動(dòng)時上遊測(cè)的壓力P1,相(xiàng)對密度,天(tiān)然氣壓⭐縮(suo)因子。針對(duì)這些參數(shu)和變量的(de)性質,分析(xi)其❗誤差産(chan)生的原因(yin),在實際應(ying)用💚中,采取(qǔ)相應的措(cuo)施,使天🌈然(ran)氣計量誤(wu)差得以降(jiang)低。 3天然氣(qì)計量誤差(chà)産生的原(yuán)因分析 3.1統(tong)計量的誤(wù)差分析 1)流(liu)出系數C 對(dui)于流出系(xi)數C的研究(jiū),人們一直(zhi)沒有停止(zhǐ)過,通過豐(fēng)富和充分(fèn)的試驗數(shu)據,人們對(dui)影響流出(chu)系數的因(yīn)素有了許(xu)多❓的認識(shi),影響流出(chū)系數偏離(li)的原因[2]: (1)儀(yí)器本身産(chǎn)生的誤差(cha) ①孔闆入口(kǒu)直角銳利(lì)度超出标(biao)準規定;②管(guan)徑尺寸與(yu)😍計算不符(fú);③孔闆厚度(dù)誤差;④節流(liu)件附件産(chǎn)生台階、偏(pian)心;⑤孔🈲闆上(shang)遊端📱面平(píng)度;⑥環室尺(chi)寸産生台(tai)階、偏心;⑦取(qǔ)壓位置;⑧焊(han)接、焊縫突(tū)出;⑨取壓孔(kǒng)加工不規(gui)範或堵塞(sāi);⑩節流件不(bú)同軸度。 (2)安(an)裝誤差 管(guan)線布置的(de)偏離,管線(xian)布置的偏(piān)離造成的(de)安裝誤差(chà)是✂️普遍性(xing)的,其産生(shēng)的主要原(yuán)因是現場(chang)不能滿足(zú)直⭐管段要(yao)求🏃♂️的長度(dù)。 (3)使用誤差(cha) ①孔闆彎曲(qu)(變形);②上遊(yóu)測量管沉(chen)積髒物;③上(shang)遊端面沉(chén)積髒物✨;④孔(kong)闆入口直(zhí)角邊緣變(biàn)鈍、破損;⑤雷(léi)諾數範圍(wéi)不符合标(biao)準規💔定;⑥管(guǎn)👣道粗✉️糙度(du)影響(管道(dào)粗糙度增(zeng)加、管道粗(cū)糙度🈲變化(huà))。 2)可膨脹性(xing)系數ε 可膨(peng)脹性系數(shù)ε是對流體(tǐ)通過節流(liu)件時密度(dù)發生變化(hua)而🙇🏻引起的(de)流出系數(shu)變化的修(xiu)正,它的誤(wu)差由兩部(bù)分組成:其(qí)一爲常用(yong)流量下ε的(de)誤差,即标(biao)準确定值(zhi)的誤差;其(qí)🏃二爲由于(yu)流量變化(hua)ε值🔞将随之(zhi)波動帶來(lái)的誤差。一(yi)般在低靜(jìng)壓高差壓(yā)情況,ε值有(you)不可忽略(lue)的誤差。當(dāng)△P/P≤0.04時,ε的誤差(cha)可忽略不(bú)計。 3.2實測量(liang)誤差産生(shēng)的原因 1)d20、D20誤(wu)差産生的(de)原因[1] 對于(yú)δd/d及δD/D的數據(ju),應是一種(zhong)在嚴格的(de)檢定條件(jiàn)下(人員、設(shè)備⭐、方法、環(huan)境等符合(he)有關标準(zhǔn)),認真按照(zhao)有關檢定(dìng)規程和技(jì)術标準的(de)要求,對新(xin)制造的或(huo)使用中的(de)孔闆及測(ce)量管進行(háng)檢定時所(suo)允許的測(ce)量不确定(ding)度,即δd20/d20≤±0.07%、δD20/D20≤±0.40%(下标(biāo)20表示檢定(dìng)狀态✂️)。但由(yóu)于要考慮(lǜ)現場🤞的實(shi)際工況❗條(tiáo)件,因此這(zhè)種檢定要(yào)求🤩忽略了(le)如下一些(xie)影響因🧡素(su): (1)未對d20及D20進(jìn)行實際工(gong)況條件下(xia)的溫度修(xiū)正; (2)現場配(pèi)備的長度(dù)計量器具(ju)(如遊标卡(ka)尺)往往不(bú)能按期送(song)檢,現場計(jì)量人員也(yě)未進行長(zhǎng)度計量測(ce)試方面的(de)專業培訓(xùn); (3)對在用中(zhōng)的測量管(guan),幾乎都未(wèi)考慮腐蝕(shi)、變形及積(jī)塵附着等(děng)⛱️對其實際(ji)内徑産生(shēng)的變化; (4)由(you)于測量管(guan)内部結構(gòu)的特殊性(xing),部分目前(qian)隻選擇🏃🏻♂️了(le)分别距孔(kong)👄闆上、下遊(yóu)端面0D(或0.5D)的(de)兩個截面(miàn)進行内徑(jìng)測量,并🏃♂️将(jiang)平🔞均值刻(kè)在銘牌上(shàng)供用戶參(can)考,一般的(de)标準都要(yao)求至少測(cè)量4個截面(mian)。 這些因素(su)導緻了實(shí)際工況條(tiao)件下孔闆(pan)孔徑及測(ce)量管内徑(jìng)的測量不(bú)确定度往(wǎng)往會超出(chu)标準規定(ding)😍的範圍,即(jí)δd/d>±0.07%、δD/D>±0.40%。 2)P1、△P、t1誤差産生(shēng)的原因 這(zhè)幾個變量(liàng),都屬于二(er)次儀表測(ce)量數據,根(gen)據這些參(cān)數的産生(sheng)和測量過(guò)程,誤差産(chan)生的原因(yīn)主要有以(yi)下幾個方(fang)面: (1)數據的(de)産生 對于(yú)差壓和壓(ya)力信号,正(zhèng)确的取壓(yā)孔及引壓(ya)管線的制(zhi)造、安裝及(ji)使用是保(bao)證獲得真(zhēn)實數據的(de)關鍵,這些(xie)影響❓因素(su)很多是難(nan)以定量或(huo)定性确定(dìng)的,隻有加(jia)強制造及(jí)📱安裝的規(gui)範化工作(zuò)才能達到(dào)目的。對于(yu)溫度數據(jù)而言,是否(fǒu)能夠⭐真實(shí)地反映被(bei)測流🌂體内(nei)部的溫度(dù)是數據真(zhēn)實的關鍵(jiàn),主要是感(gǎn)溫元件與(yu)氣流的接(jie)觸是否良(liáng)好,包括感(gan)溫頭的安(ān)裝位💃🏻置、插(chā)入深❤️度、方(fāng)向以及表(biao)面的清潔(jié)程度等[1]。 (2)數(shù)據的測量(liang)與傳遞 儀(yí)表選型是(shì)否合适,安(ān)裝位置是(shi)否合理,運(yun)行是否正(zheng)常都🔱是數(shù)🌍據測量和(hé)傳遞過程(chéng)中誤差産(chǎn)生的原因(yin)。 3)相對密度(du),天然氣壓(yā)縮因子誤(wu)差産生的(de)原因 相對(dui)密度,天然(ran)氣壓縮因(yin)子都屬于(yu)氣體的物(wù)性參數,天(tian)♊然氣組成(cheng)分析數據(jù)是用于物(wù)性參數計(ji)算,并通過(guo)💚物性參數(shu)間接💃影響(xiang)流量計算(suan)結果。天然(ran)氣物性參(cān)數👣測量的(de)精度,取⭐決(jué)于天然氣(qi)取樣技術(shu)。天然氣取(qu)樣技術是(shì)關系到所(suǒ)取樣品是(shì)否有代表(biǎo)性總🐕是不(bú)但影響到(dào)天然氣組(zu)🈲成分析結(jie)果,也影響(xiǎng)到物性參(can)數的測量(liang)結果。取樣(yàng)技術由三(sān)個因素組(zu)成,即💚取樣(yang)點分布、取(qǔ)樣方式和(he)取樣周期(qi)。 (1)取樣點分(fèn)布 取樣點(diǎn)的分布決(jue)定了所取(qǔ)的天然氣(qì)樣品是否(fou)有代表性(xing)。 ①對于多氣(qì)源的輸配(pei)氣計量站(zhàn),可在氣體(ti)入口下遊(you)與📧流量計(ji)上遊之間(jiān)能使天然(rán)氣充分混(hun)合的彙管(guan)處設置取(qu)⛱️樣點;②對于(yu)單一氣源(yuán)的輸氣計(jì)量站,可在(zài)氣體入口(kou)處設置取(qǔ)樣點;③對于(yu)流量大的(de)用戶,如果(guo)用戶需要(yào),可在流量(liang)計的上遊(you)或下遊不(bú)影響流量(liang)🔆測量精度(du)的管道或(huo)彙管處設(shè)置取樣點(dian)。 (2)取樣方式(shì) 取樣方式(shì)有邊連續(xu)取樣、累積(jī)取樣和單(dan)點取樣3種(zhǒng)。連續💜取樣(yàng)是與在線(xian)分析相結(jie)合的。累積(ji)取樣要求(qiú)🚩有控制流(liu)入取♉樣鋼(gāng)📱瓶的㊙️流量(liàng)控制裝置(zhi),注入鋼瓶(píng)的流量與(yǔ)鋼瓶的容(rong)積🧑🏽🤝🧑🏻、氣源壓(ya)力、計量點(diǎn)流量大小(xiao)和收集樣(yàng)✊品的周期(qī)有關,技術(shù)比較複雜(za)。單點取樣(yang)⭐是最簡單(dan)的取樣方(fang)式,在國内(nèi)被廣泛地(dì)應用。 (3)取樣(yàng)周期 對于(yu)連續取樣(yang)方式,取樣(yàng)周期取決(jué)于在線分(fen)析周期♍,在(zài)👌累積取樣(yang)方式中,大(dà)多是一周(zhōu)收集一次(cì)。在單點取(qu)樣方式中(zhōng),國外大多(duō)🏃♀️是一天取(qu)一次,國内(nèi)一般是一(yī)個🍉月或一(yi)個季度取(qǔ)一次。 4實際(ji)應用中的(de)控制措施(shi) 1)節流裝置(zhi)設計,制造(zao)和安裝規(guī)範化; 2)加強(qiáng)對重點設(shè)備的檢查(chá)維護和保(bao)養: (1)孔闆 檢(jian)查内容包(bāo)括: ①定期檢(jiǎn)定; ②定期檢(jiǎn)查,檢查内(nei)容包括; ③上(shang)遊端面無(wu)可見損傷(shang); ④上遊邊緣(yuán)無卷口,無(wú)毛邊,無目(mù)測可見的(de)異常現象(xiàng)🤩當孔🚶闆大(dà)于或等于(yú)MM時,目測檢(jian)查,将孔闆(pan)上遊端面(mian)傾斜,用日(rì)光或人工(gōng)光源射向(xiang)直角入口(kou)邊緣,邊緣(yuán)無反射光(guang)束; ⑤下遊邊(bian)緣無毛刺(cì),劃痕和可(kě)見損傷; ⑥定(dìng)期排污和(he)清洗。 (2)氣路(lu) 主要檢查(chá)從孔闆閥(fá)到各個變(bian)送器的氣(qì)路是否有(yǒu)洩🔆漏㊙️、堵塞(sāi)等現象,氣(qì)路中是否(fǒu)有液體存(cun)在,主要是(shì)👈引壓管的(de)接頭❄️、三通(tōng)、針形閥、放(fang)空閥以及(jí)三閥組等(deng)各個部位(wèi) (3)二次儀表(biao) 在保證儀(yi)表選型和(he)精度等級(ji)正确的基(ji)礎上,定期(qī)對㊙️儀表🍓進(jin)✍️行維護和(he)保養。主要(yao)包括: ①定期(qi)檢定; ②檢查(chá)差壓變送(song)器、壓力變(biàn)送器的零(ling)點。 (4)流量計(ji)算機 主要(yào)是對流量(liang)計算機的(de)數據采集(ji)、參數設置(zhì)及計算的(de)準🌈确👈性🚶♀️進(jìn)行檢察,主(zhu)要有以下(xia)内容: ①通道(dao)的檢查; ②參(can)數設置的(de)檢查; ③計算(suàn)精度的檢(jiǎn)查。 可通過(guo)一些簡便(biàn)實用的流(liu)量計算軟(ruǎn)件在相同(tong)條件下的(de)計算值與(yu)流量計算(suan)機的計量(liang)值進行對(dui)比,分别計(jì)算機組數(shu)據,觀察結(jie)果是否相(xiang)近。 5結論 總(zong)之,隻要從(cóng)設計、安裝(zhuang)、使用等方(fāng)面都嚴格(ge)執行有關(guan)📱标準,用孔(kong)闆流量計(ji)計量天然(ran)氣的精度(du)将大大提(ti)高。
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