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摘要.標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)是一種非常成熟的流量計(jì)，在多年的試驗(yàn)和使用過程中積累了大量的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，以其耐高壓，安裝使用維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)在我國天然氣計(jì)量中占有主導(dǎo)地位。孔板流量計(jì)的在應(yīng)用中誤差來源加以識別，分析了誤差產(chǎn)生原因，并針對現(xiàn)場實(shí)際情況，提出了控制措施。
　　天然氣流量計(jì)量已經(jīng)成為天然氣工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重要組成部分，天然氣流量計(jì)量儀表品種很多，其中孔板流量計(jì)自20世紀(jì)70年代引入我國使用，逐步在天然氣流量計(jì)量中獲得了廣泛應(yīng)用，到目前為止，孔板流量計(jì)在我國天然氣計(jì)量中仍然占有主導(dǎo)地位。標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)最主要的優(yōu)點(diǎn)是耐高壓，安裝使用維護(hù)方便，對介質(zhì)潔凈程度的要求也不高，可與電子儀表和機(jī)械儀表單獨(dú)配套，在多年的試驗(yàn)和使用過程中積累了大量的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，是一種非常成熟的流量計(jì)。但是，由于組成測量系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)較多，影響孔板計(jì)量精度的因素很多，現(xiàn)就孔板流量計(jì)的誤差來源加以分析，并針對誤差來源，在實(shí)際應(yīng)用中采取相應(yīng)措施，以提高計(jì)量精度。
1孔板流量計(jì)的組成和原理
1.1孔板流量計(jì)的組成
　　標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)由截流裝置，信號引線和二次儀表系統(tǒng)組成。其中節(jié)流裝置是使管道中流體產(chǎn)生靜壓力差的裝置，主要由標(biāo)準(zhǔn)孔板，取壓裝置和上下游直管段組成。
1.2基本原理
　　充滿管道的流體，當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時(shí)，如圖所示，流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣依據(jù)壓差來衡量流量的大小。如圖1所示。

2孔板流量計(jì)的計(jì)算方法和參數(shù)變量分析
　　這種測量方法是以流動連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）為基礎(chǔ)的。
2.1流量計(jì)算公式
　　根據(jù)《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法》（SY/6143-2004）給出的天然氣在標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積流量計(jì)算實(shí)用公式：

式中：Qvn為天然氣在標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積流量；
Avn為體積流量計(jì)算系數(shù)；
C為流出系數(shù)；
E為漸進(jìn)速度系數(shù)；
d為孔板開孔直徑；
FG為相對密度系數(shù)；
ε為可膨脹系數(shù)；
FT為超壓縮系數(shù)；
FZ為流動溫度系數(shù)；
P1為孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對靜壓；
△P為氣流流經(jīng)孔板時(shí)產(chǎn)生的差壓。
2.2由參數(shù)的確定分析流量測量的誤差源
1）Avn確定方法：視采用的計(jì)量單位而定
秒體積流量（m3/s）Avn：=3.1795×10-6；
小時(shí)體積流量（m3/h）Avn：=0.011446；
日體積流量（m3/d）Avn：=0.27471。
2）C確定方法：里德-哈利斯/加拉赫（Reader-Harris/Gallagher）公式
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情況下，上述公式應(yīng)加上下列數(shù)項(xiàng)+0.011（0.75-β）（2.8-D/25.4）（D:mm）
式中：β=d/D——直徑比；
ReD與D有關(guān)的雷諾數(shù)；
A=（19000β/ReD）0.8
M'2=2L'2/（1-β）
L1=l1/D——孔板上游端面到上游取壓口的距離除以管道直徑的商；
L'2=l'2/D——孔板下游端面到下游取壓口的距離除以管道直徑的商（符號L'2表示自孔板下游端面為起始位置的有關(guān)下游間距，而L2表示自孔板上游端面為起始位置的有關(guān)下游間距）；
D——mm；
對于角接取壓法　　L1=L'2=0;
對于D和D/2取壓法　　L1=1，L2=0.47；
對于法蘭取壓法　　L1=L'2=25.4/D
3）ε的確定方法
ε=1-（0.351+0.256β4+0.93β8）[1-（P2/P1）κ]
（1）涉及到的中間變量
κ為等熵指數(shù)，等熵指數(shù)是壓力和溫度的函數(shù)，必要時(shí)采用κ=1.3
P2為孔板下游側(cè)絕對靜壓P2=P1-△P。
（2）涉及到的獨(dú)立變量
P1為孔板上游側(cè)絕對靜壓；
△P為差壓，計(jì)量儀表的實(shí)測值。
4）d的確定方法
d=d20[1+λd（t1-t20）]
（1）涉及到的中間變量
λd孔板材料在20℃~t1范圍內(nèi)的線膨脹系數(shù)，根據(jù)孔板材料為確定值
（2）涉及到的獨(dú)立變量
d20為孔板開孔在20℃下的實(shí)測值t1為天然氣流過節(jié)流裝置時(shí)的實(shí)測氣流溫度。
5）E確定方法

（1）涉及到的中間變量
β=d/D
（2）涉及到的獨(dú)立變量
d20為孔板開孔在20℃下的實(shí)測值；
D20為管道在20℃下的實(shí)測值。
6）FG的確定方法

（1）涉及到的中間變量
Gr——?dú)怏w的真實(shí)相對密度；
（2）涉及到的獨(dú)立變量
天然氣的摩爾組分值
7）FT的確定方法

（1）涉及到的中間變量
T1=t1+273.15
（2）涉及到的獨(dú)立變量
t1-_氣體的實(shí)際測量溫度
8）FZ的確定方法

式中：
Zn為然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的壓縮因子，
Z1為然氣在工作狀態(tài)下的壓縮因子
涉及到的中間變量：
　　Zn、Z1這兩個(gè)變量都可以通過計(jì)算和測量兩種方法來確定，可以遵照標(biāo)準(zhǔn)GB/T17747.2天然氣在工作狀態(tài)下的壓縮因子《天然氣壓縮因子的計(jì)算用摩爾組成進(jìn)行計(jì)算》和標(biāo)準(zhǔn)GB/T17747.3《天然氣壓縮因子的計(jì)算用物性值計(jì)算》來計(jì)算。壓縮因子和密度互為函數(shù)關(guān)系，一般只需測定一個(gè)。
　　由以上參數(shù)的確定方法可以看出，在參與計(jì)算的參數(shù)中，有些是無法實(shí)測的，稱為統(tǒng)計(jì)量，例如流出系數(shù)C，可膨脹性系數(shù)ε，其他的參數(shù)都可以通過測量單獨(dú)變量計(jì)算得出，這些單獨(dú)變量包括測量管內(nèi)徑d20，孔板開孔直徑D20，差壓△P，天然氣流動的熱力學(xué)溫度t1，天然氣流動時(shí)上游測的壓力P1，相對密度，天然氣壓縮因子。針對這些參數(shù)和變量的性質(zhì)，分析其誤差產(chǎn)生的原因，在實(shí)際應(yīng)用中，采取相應(yīng)的措施，使天然氣計(jì)量誤差得以降低。
3天然氣計(jì)量誤差產(chǎn)生的原因分析
3.1統(tǒng)計(jì)量的誤差分析
1）流出系數(shù)C
　　對于流出系數(shù)C的研究，人們一直沒有停止過，通過豐富和充分的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，人們對影響流出系數(shù)的因素有了許多的認(rèn)識，影響流出系數(shù)偏離的原因[2]：
（1）儀器本身產(chǎn)生的誤差
①孔板入口直角銳利度超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；②管徑尺寸與計(jì)算不符；③孔板厚度誤差；④節(jié)流件附件產(chǎn)生臺階、偏心；⑤孔板上游端面平度；⑥環(huán)室尺寸產(chǎn)生臺階、偏心；⑦取壓位置；⑧焊接、焊縫突出；⑨取壓孔加工不規(guī)范或堵塞；⑩節(jié)流件不同軸度。
（2）安裝誤差
　　管線布置的偏離，管線布置的偏離造成的安裝誤差是普遍性的，其產(chǎn)生的主要原因是現(xiàn)場不能滿足直管段要求的長度。
（3）使用誤差
①孔板彎曲(變形)；②上游測量管沉積臟物；③上游端面沉積臟物；④孔板入口直角邊緣變鈍、破損；⑤雷諾數(shù)范圍不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；⑥管道粗糙度影響（管道粗糙度增加、管道粗糙度變化）。
2）可膨脹性系數(shù)ε
　　可膨脹性系數(shù)ε是對流體通過節(jié)流件時(shí)密度發(fā)生變化而引起的流出系數(shù)變化的修正，它的誤差由兩部分組成：其一為常用流量下ε的誤差，即標(biāo)準(zhǔn)確定值的誤差；其二為由于流量變化ε值將隨之波動帶來的誤差。一般在低靜壓高差壓情況，ε值有不可忽略的誤差。當(dāng)△P/P≤0.04時(shí)，ε的誤差可忽略不計(jì)。
3.2實(shí)測量誤差產(chǎn)生的原因
1）d20、D20誤差產(chǎn)生的原因[1]
　　對于δd/d及δD/D的數(shù)據(jù)，應(yīng)是一種在嚴(yán)格的檢定條件下（人員、設(shè)備、方法、環(huán)境等符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)），認(rèn)真按照有關(guān)檢定規(guī)程和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對新制造的或使用中的孔板及測量管進(jìn)行檢定時(shí)所允許的測量不確定度，即δd20/d20≤±0.07％、δD20/D20≤±0.40％（下標(biāo)20表示檢定狀態(tài)）。但由于要考慮現(xiàn)場的實(shí)際工況條件，因此這種檢定要求忽略了如下一些影響因素：
（1）未對d20及D20進(jìn)行實(shí)際工況條件下的溫度修正；
（2）現(xiàn)場配備的長度計(jì)量器具（如游標(biāo)卡尺）往往不能按期送檢，現(xiàn)場計(jì)量人員也未進(jìn)行長度計(jì)量測試方面的專業(yè)培訓(xùn)；
（3）對在用中的測量管，幾乎都未考慮腐蝕、變形及積塵附著等對其實(shí)際內(nèi)徑產(chǎn)生的變化；
（4）由于測量管內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特殊性，部分目前只選擇了分別距孔板上、下游端面0D（或0.5D）的兩個(gè)截面進(jìn)行內(nèi)徑測量，并將平均值刻在銘牌上供用戶參考，一般的標(biāo)準(zhǔn)都要求至少測量4個(gè)截面。
　　這些因素導(dǎo)致了實(shí)際工況條件下孔板孔徑及測量管內(nèi)徑的測量不確定度往往會超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍，即δd/d＞±0.07％、δD/D＞±0.40％。
2）P1、△P、t1誤差產(chǎn)生的原因
　　這幾個(gè)變量，都屬于二次儀表測量數(shù)據(jù)，根據(jù)這些參數(shù)的產(chǎn)生和測量過程，誤差產(chǎn)生的原因主要有以下幾個(gè)方面：
（1）數(shù)據(jù)的產(chǎn)生
　　對于差壓和壓力信號，正確的取壓孔及引壓管線的制造、安裝及使用是保證獲得真實(shí)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，這些影響因素很多是難以定量或定性確定的，只有加強(qiáng)制造及安裝的規(guī)范化工作才能達(dá)到目的。對于溫度數(shù)據(jù)而言，是否能夠真實(shí)地反映被測流體內(nèi)部的溫度是數(shù)據(jù)真實(shí)的關(guān)鍵，主要是感溫元件與氣流的接觸是否良好，包括感溫頭的安裝位置、插入深度、方向以及表面的清潔程度等[1]。
（2）數(shù)據(jù)的測量與傳遞
　　儀表選型是否合適，安裝位置是否合理，運(yùn)行是否正常都是數(shù)據(jù)測量和傳遞過程中誤差產(chǎn)生的原因。
3）相對密度，天然氣壓縮因子誤差產(chǎn)生的原因
　　相對密度，天然氣壓縮因子都屬于氣體的物性參數(shù)，天然氣組成分析數(shù)據(jù)是用于物性參數(shù)計(jì)算，并通過物性參數(shù)間接影響流量計(jì)算結(jié)果。天然氣物性參數(shù)測量的精度，取決于天然氣取樣技術(shù)。天然氣取樣技術(shù)是關(guān)系到所取樣品是否有代表性總是不但影響到天然氣組成分析結(jié)果，也影響到物性參數(shù)的測量結(jié)果。取樣技術(shù)由三個(gè)因素組成，即取樣點(diǎn)分布、取樣方式和取樣周期。
（1）取樣點(diǎn)分布
　　取樣點(diǎn)的分布決定了所取的天然氣樣品是否有代表性。
①對于多氣源的輸配氣計(jì)量站，可在氣體入口下游與流量計(jì)上游之間能使天然氣充分混合的匯管處設(shè)置取樣點(diǎn)；②對于單一氣源的輸氣計(jì)量站，可在氣體入口處設(shè)置取樣點(diǎn)；③對于流量大的用戶，如果用戶需要，可在流量計(jì)的上游或下游不影響流量測量精度的管道或匯管處設(shè)置取樣點(diǎn)。
（2）取樣方式
　　取樣方式有邊連續(xù)取樣、累積取樣和單點(diǎn)取樣3種。連續(xù)取樣是與在線分析相結(jié)合的。累積取樣要求有控制流入取樣鋼瓶的流量控制裝置，注入鋼瓶的流量與鋼瓶的容積、氣源壓力、計(jì)量點(diǎn)流量大小和收集樣品的周期有關(guān)，技術(shù)比較復(fù)雜。單點(diǎn)取樣是最簡單的取樣方式，在國內(nèi)被廣泛地應(yīng)用。
（3）取樣周期
　　對于連續(xù)取樣方式，取樣周期取決于在線分析周期，在累積取樣方式中，大多是一周收集一次。在單點(diǎn)取樣方式中，國外大多是一天取一次，國內(nèi)一般是一個(gè)月或一個(gè)季度取一次。
4實(shí)際應(yīng)用中的控制措施
1）節(jié)流裝置設(shè)計(jì)，制造和安裝規(guī)范化；
2）加強(qiáng)對重點(diǎn)設(shè)備的檢查維護(hù)和保養(yǎng)：
（1）孔板
檢查內(nèi)容包括：
①定期檢定；
②定期檢查，檢查內(nèi)容包括；
③上游端面無可見損傷；
④上游邊緣無卷口，無毛邊，無目測可見的異�，F(xiàn)象當(dāng)孔板大于或等于MM時(shí)，目測檢查，將孔板上游端面傾斜，用日光或人工光源射向直角入口邊緣，邊緣無反射光束；
⑤下游邊緣無毛刺，劃痕和可見損傷；
⑥定期排污和清洗。
（2）氣路
　　主要檢查從孔板閥到各個(gè)變送器的氣路是否有泄漏、堵塞等現(xiàn)象，氣路中是否有液體存在，主要是引壓管的接頭、三通、針形閥、放空閥以及三閥組等各個(gè)部位
（3）二次儀表
　　在保證儀表選型和精度等級正確的基礎(chǔ)上，定期對儀表進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。主要包括：
①定期檢定；
②檢查差壓變送器、壓力變送器的零點(diǎn)。
（4）流量計(jì)算機(jī)
　　主要是對流量計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集、參數(shù)設(shè)置及計(jì)算的準(zhǔn)確性進(jìn)行檢察，主要有以下內(nèi)容：
①通道的檢查；
②參數(shù)設(shè)置的檢查；
③計(jì)算精度的檢查。
　　可通過一些簡便實(shí)用的流量計(jì)算軟件在相同條件下的計(jì)算值與流量計(jì)算機(jī)的計(jì)量值進(jìn)行對比，分別計(jì)算機(jī)組數(shù)據(jù)，觀察結(jié)果是否相近。
5結(jié)論
　　總之，只要從設(shè)計(jì)、安裝、使用等方面都嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，用孔板流量計(jì)計(jì)量天然氣的精度將大大提高。

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