摘要: 孔闆(pan)流量計 是一(yi)種廣泛應用(yong)于石化工業(ye)的流量測量(liang)儀表。目前天(tiān)然氣計量已(yǐ)制定了許多(duo)相關的國家(jia)标準，行業标(biāo)準和計量檢(jiǎn)定規程等,但(dan)尚未形成完(wan)整體系,與國(guó)外相比尚有(yǒu)較大差距。本(běn)文主要探讨(tǎo)了天然氣孔(kǒng)闆 流量計 測(ce)量中正确率(lǜ)要求,分析了(le)影響測量不(bu)确定度的幾(ji)種因素,提出(chū)引起流量測(cè)量誤差的各(ge)種原因,這對(duì)于孔闆流量(liàng)計的使用具(ju)有一定的指(zhi)導作用。
0引言(yan)
　　在衆多的能(néng)源中，天然氣(qi)作爲一種清(qing)潔的燃料和(he)優質原料,不(bú)但提高了人(rén)們的生活質(zhi)量，而且還保(bǎo)護了我們賴(lai)以生存的環(huán)境。孔闆流量(liàng)計作爲主要(yao)的測量儀表(biǎo)，在20世紀初使(shǐ)用于天然氣(qi)流量測量，目(mu)前已成爲全(quan)世界主要的(de)天然氣流量(liàng)計。近幾年來(lai)天然氣流量(liang)計計量相關(guan)技術标準相(xiang)繼頒布實施(shī)，我國天然氣(qì)計量專業性(xing)标準爲《用标(biao)準孔闆流量(liàng)計測量天然(rán)氣流量》(SY/T6143-2004)"。
1.天然(ran)氣孔闆流量(liang)計的組成
 
　　孔(kǒng)闆流量計是(shi)将标準孔闆(pǎn)與 差壓變送(sòng)器 配套組成(chéng)的差壓式流(liu)量裝置，可測(cè)量氣體、蒸汽(qì)、液體及天然(rán)(的流量,廣泛(fan)應用于石油(you)、化工、冶金、電(dian)力、供熱、供水(shuǐ)等領域的過(guo)程控制和測(cè)量。如圖1所示(shi)。
2天然氣孔闆(pǎn)流量計的工(gong)作原理
2.1測量(liàng)原理
　　孔闆流(liu)量計是以相(xiang)似原理爲根(gen)據，以實驗數(shu)據爲基礎的(de)瞬時流量計(jì)。天然氣孔闆(pǎn)流量計基于(yú)流體在通過(guò)設置于流通(tōng)管道上的流(liú)動阻力件時(shi)産生的壓力(lì)差與流體流(liú)量之間的确(que)定關系,通過(guo)測量差壓值(zhi)求得流體流(liu)量”。
2.2流量方程(chéng)
 
　　如圖2所示，根(gen)據流動連續(xu)性方程(質量(liang)守恒定律)和(hé)伯努利方程(cheng)(能量守恒定(dìng)律)，天然氣孔(kǒng)闆流量計的(de)流量方程爲(wei):
 
　　式中:Q爲體積(jī)流量;β爲直徑(jìng)比，β=d/D;d爲工作條(tiáo)件.下節流件(jiàn)的孔徑;D爲工(gōng)作條件下.上(shàng)遊管道内徑(jing);A。爲節流件的(de)開孔截面積(ji);C爲流出系數(shu);OP爲節流裝置(zhi)前後實際測(cè)得的差壓;p爲(wei)節流裝置上(shang)遊流體密度(du);e爲可膨脹系(xi)數。
2.3流動狀态(tai)的要求
　　孔闆(pǎn)流量計的流(liu)出系數C是在(zài)特定的實驗(yan)室參比條件(jiàn)下，通過大量(liàng)的實驗數據(ju)推導得出的(de)計算方法。因(yīn)此，爲了保證(zheng)測量精度，對(duì)于氣流流動(dòng)狀态應符合(he)如下四條要(yao)求:
2.3.1流體必須(xu)是牛頓流體(ti)，在物理學和(hé)熱力學上是(shi)均勻的、單相(xiàng)的，或者可認(rèn)爲是單相的(de)流體。
2.3.2流體流(liú)動是穩定流(liu)或随時間變(bian)化不大的緩(huǎn)變流
2.3.3流體必(bì)須滿管流，流(liu)經節流件前(qián)流動應達到(dao)充分紊流，流(liu)束平行于管(guǎn)道軸線且無(wú)旋轉，流經節(jie)流件時不發(fā)生相變。
2.3.4流體(tǐ)通過孔闆節(jie)流裝置的流(liu)動，必須保持(chí)孔闆下遊靜(jìng)壓與孔闆.上(shang)遊靜壓之比(bi)不小于0.75，管道(dao)雷諾數Re≥5000(角接(jie)取壓)和管道(dao)雷諾數Re≥1260B2D(法蘭(lán)取壓)。
3天然氣(qi)孔闆流量計(ji)不确定度分(fèn)析
　　由于存在(zai)取壓方式(角(jiao)接取壓、法蘭(lan)取壓)的影響(xiǎng);流量計算假(jia)設條件等因(yīn)素的影響;孔(kǒng)闆加工、安裝(zhuang)等技術要求(qiú)。孔闆流量計(jì)的使用和流(liú)量計算必須(xū)嚴格遵守規(gui)範規定，否則(zé)，其流量測量(liang)的不确定度(dù)無法計算或(huo)誤差較大。
　　根(gēn)據天然氣孔(kong)闆流量計的(de)流量方程(公(gōng)式1)可知，影響(xiang)流量測量的(de)精度主要由(you)流出系數C、可(kě)膨脹系數、差(cha)壓和天然氣(qi)的物性。
3.1流出(chū)系數不确定(dìng)度變化
　　流出(chu)系數C是爲了(le)補償任意兩(liǎng)點的摩擦影(yǐng)響所列人的(de)一一個經驗(yàn)系數，它與節(jiē)流件的幾何(hé)形狀、取壓位(wei)置及雷諾數(shu)等有關，通常(cháng)由試驗确定(ding)。當直管段長(zhǎng)度符合SY/T6143--2004的規(guī)定的節流前(qian)10D和節流後4D長(zhang)的測量管，圓(yuan)度滿足不大(dà)于士0.3%的标準(zhun)規定，則流出(chū)系數不确定(dìng)度8clc隻随β值的(de)不同而不同(tóng)。此時，當β≤0.6時，則(zé)δc/c=±0.6%;當β>0.60時,則δc/c=±β%。
3.2天然(ran)氣可膨脹系(xì)數不确定度(dù)變化
　　當所測(cè)天然氣流經(jīng)孔闆時，由于(yu)流速和壓力(li)的改變而伴(bàn)随着密度的(de)改變(氣體壓(ya)力從p1降爲p2,因(yīn)膨脹而使密(mì)度減小)，爲适(shi)應此種變化(huà)以修正因假(jia)設密度等于(yu)常量而對流(liú)量引起的偏(piān)差，因此必須(xu)加入一個系(xì)數,這個系數(shù)被稱爲可膨(péng)脹系數e。
 
　　對于(yu)天然氣而言(yan)，可膨脹性系(xi)數的不确定(dìng)度爲:δc/c=±4(△p/p1)%
　　它與孔(kong)闆流量計實(shi)測差壓△p成正(zhèng)比，與靜壓p1成(chéng)反比。目前在(zài)天然氣計量(liang)中差壓值-般(ban)在5000Pa之内，靜壓(ya)在1-10MPa範圍内，因(yīn)此δc/c最小爲±0.0002%，最(zuì)大爲±0.2%或更大(da)。
3.3天然氣密度(du)測量不确定(ding)度δρ/ρ
　　密度取值(zhí)按測量方法(fa)的不同而異(yì)，其一爲直接(jiē)密度測量，由(you)密度計直接(jie)決定其值;天(tian)然氣密度測(ce)量的不确定(ding)度δρ/ρ最小爲±1.013%，最(zui)大爲±1.571%或更大(dà)。
3.4差壓P的不确(que)定度
　　标準SY/T6143--2004中(zhong)的流量實用(yong)公式在應用(yong)能量方程導(dao)出過程中，規(gui)定測量管道(dao)水平(包括上(shang)、下遊側的測(ce)量管)。因此，其(qí)上、下遊取壓(ya)口的位置差(chà)爲零，差壓Ap則(ze)是在孔闆上(shang)、下遊側所規(guī)定的取壓口(kou)位置上量得(dé)的靜壓之差(cha)。
 
　　式中:ξ△p爲差壓(yā)計的精度等(deng)級;△pk,爲差壓計(ji)的量程;△pf爲預(yu)定差壓測量(liang)值。
　　由此可見(jiàn)，當所用差壓(ya)計的精度爲(wèi)0.5級，量程爲0~ 600kpa,預(yù)設差壓測量(liàng)值爲300kpa時，對于(yú)天然氣孔闆(pǎn)流量 計，置信(xìn)概率爲95%的測(cè)量總不确定(dìng)度爲: 天然氣(qì)流量測量的(de)總不确定度(dù)，據SY/T6143-2004規定，實際(jì)上就是測量(liàng)系統的測量(liang)值與真值比(bǐ)較，置信概率(lü)爲95%的正确度(du)，其測量的總(zong)不确定度8Qn/Qn最(zui)小爲±0.82%,最大爲(wei)±4.52%或更大。
4孔闆(pan)流量計使用(yòng)中的測量誤(wù)差分析
　　在實(shi)際應用時，對(dui)于孔闆流量(liang)計如果使用(yòng)不當,會造成(cheng)很大的測量(liang)誤差，有時可(ke)達到20%左右。在(zài)流量計的使(shi)用中，如何減(jiǎn)少其測量誤(wu)差，必須考慮(lǜ)流量的測量(liang)原理和結構(gòu)形式，注意使(shi)用條件和測(ce)量對象的物(wù)理性質是否(fou)與所選用的(de)流量計性能(néng)相适應。下面(mian)就其測量誤(wù)差進行分析(xi):
4.1流量計算方(fāng)程描述流體(ti)是充滿圓管(guan)的、充分發展(zhan)的定常流。若(ruò)流動狀态真(zhēn)實性無法确(què)定,如果仍按(an)照原有的儀(yí)表常數推算(suàn)流量，将與實(shi)際流量存在(zài)誤差。
4.2天然氣(qi)以甲烷爲主(zhǔ)加上乙烷和(hé)其他少量的(de)輕烴，真實相(xiàng)對密度小于(yú)或等于0.75。由于(yu)被測介質實(shi)際特性的不(bú)确定因素，以(yǐ)及實際物性(xìng)變化影響儀(yi)表正常工作(zuo)等對流量測(cè)量的不确定(dìng)度産生影響(xiǎng)。
4.3孔闆的結構(gou)設計、加工、裝(zhuang)配、安裝、檢驗(yàn)和使用必須(xu)符合标準規(gui)定的全部技(ji)術要求。由于(yu)各個裝置自(zi)身及環境條(tiao)件因素引起(qǐ)的不确定因(yin)素。
4.3.1孔闆安裝(zhuang)不正确
　　管道(dao)水平安裝，如(rú)果孔闆開孔(kong)中心與管道(dao)中心線不同(tóng)心;如果在安(ān)裝過程中存(cún)在引壓管堵(dǔ)塞及墊片等(děng)凸出物，則會(huì)造成孔闆前(qian)後壓差測量(liang)不正确，從而(ér)造成測量誤(wù)差。
4.3.2孔闆入口(kǒu)邊緣被磨損(sǔn)
　　在使用中，由(you)于流體的磨(mo)蝕作用，使孔(kong)闆的入口邊(biān)緣變鈍，被磨(mó)成圓形入口(kǒu)邊緣。結果是(shi)在相同的流(liú)量下，孔口收(shou)縮系數變大(dà)，造成差壓發(fā)生變化，造成(chéng)測量誤差。
4.3.3孔(kong)闆表面的結(jié)垢
　　長期使用(yong)時，孔闆表面(miàn)結垢，使孔闆(pan)的流通面積(jī)變小，從而造(zào)成差壓增大(dà)，使流量計測(ce)量值大于實(shí)際值，影響計(jì)量精度。
4.4差壓(ya)變送器零點(diǎn)漂移和量程(cheng)設置不當
　　由(you)于時間較長(zhang)，變送器的零(líng)點會發生漂(piāo)移，這時差壓(ya)變送器的輸(shū)人和輸出信(xìn)号發生變化(hua)。若不及時調(diao)整，會造成實(shí)測流量值偏(pian)低或偏高。
5結(jié)束語
　　客觀地(dì)講，在采用孔(kong)闆流量計測(ce)量天然氣流(liu)量時，對孔闆(pǎn)流量計的一(yī)次裝置(孔闆(pan)節流裝置)和(he)二次儀表(差(cha)壓、靜壓、溫度(du)、被測介質物(wu)性等)的選擇(ze)、設計、安裝、使(shi)用嚴格按照(zhao)SY/T6143-2004國家标準進(jin)行，加上不定(dìng)期維護和檢(jiǎn)查，才能保證(zheng)天然氣孔闆(pǎn)流量計的測(cè)量精度。

以上(shàng)内容源于網(wǎng)絡，如有侵權(quan)聯系即删除(chu)!