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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