摘要: 孔闆(pǎn)流量計 是(shi)一種廣泛(fan)應用于石(shi)化工業的(de)流量測量(liang)儀表。目前(qián)天然氣計(ji)量已制定(ding)了許多相(xiang)關的國家(jia)标準，行業(ye)标準和計(jì)量檢定規(gui)程等,但尚(shàng)未形成完(wan)整體系,與(yu)國外相比(bǐ)尚有較大(dà)差距。本文(wén)主要探讨(tǎo)了天然氣(qi)孔闆 流量(liàng)計 測量中(zhong)正确率要(yao)求,分析了(le)影響測量(liang)不确定度(dù)的幾種因(yīn)素,提出引(yin)起流量測(ce)量誤差的(de)各種原因(yin),這對于孔(kǒng)闆流量計(jì)的使用具(jù)有一定的(de)指導作用(yong)。
0引言
　　在衆(zhong)多的能源(yuán)中，天然氣(qi)作爲一種(zhong)清潔的燃(rán)料和優質(zhì)原料,不但(dan)提高了人(ren)們的生活(huo)質量，而且(qiě)還保護了(le)我們賴以(yi)生存的環(huan)境。孔闆流(liu)量計作爲(wèi)主要的測(ce)量儀表，在(zai)20世紀初使(shi)用于天然(rán)氣流量測(cè)量，目前已(yǐ)成爲全世(shì)界主要的(de)天然氣流(liú)量計。近幾(jǐ)年來天然(ran)氣流量計(ji)計量相關(guān)技術标準(zhǔn)相繼頒布(bù)實施，我國(guo)天然氣計(ji)量專業性(xing)标準爲《用(yòng)标準孔闆(pan)流量計測(cè)量天然氣(qi)流量》(SY/T6143-2004)"。
1.天然(rán)氣孔闆流(liú)量計的組(zǔ)成
 
　　孔闆流(liú)量計是将(jiāng)标準孔闆(pǎn)與 差壓變(bian)送器 配套(tao)組成的差(cha)壓式流量(liàng)裝置，可測(ce)量氣體、蒸(zheng)汽、液體及(ji)天然(的流(liu)量,廣泛應(ying)用于石油(yóu)、化工、冶金(jīn)、電力、供熱(rè)、供水等領(ling)域的過程(cheng)控制和測(cè)量。如圖1所(suǒ)示。
2天然氣(qì)孔闆流量(liang)計的工作(zuò)原理
2.1測量(liàng)原理
　　孔闆(pǎn)流量計是(shì)以相似原(yuán)理爲根據(ju)，以實驗數(shu)據爲基礎(chǔ)的瞬時流(liu)量計。天然(rán)氣孔闆流(liu)量計基于(yú)流體在通(tong)過設置于(yu)流通管道(dào)上的流動(dòng)阻力件時(shí)産生的壓(ya)力差與流(liú)體流量之(zhī)間的确定(ding)關系,通過(guò)測量差壓(yā)值求得流(liu)體流量”。
2.2流(liu)量方程
 
　　如(ru)圖2所示，根(gēn)據流動連(lián)續性方程(cheng)(質量守恒(heng)定律)和伯(bo)努利方程(cheng)(能量守恒(héng)定律)，天然(ran)氣孔闆流(liu)量計的流(liu)量方程爲(wèi):
 
　　式中:Q爲體(tǐ)積流量;β爲(wei)直徑比，β=d/D;d爲(wèi)工作條件(jian).下節流件(jian)的孔徑;D爲(wei)工作條件(jian)下.上遊管(guǎn)道内徑;A。爲(wei)節流件的(de)開孔截面(miàn)積;C爲流出(chu)系數;OP爲節(jie)流裝置前(qian)後實際測(cè)得的差壓(ya);p爲節流裝(zhuang)置上遊流(liu)體密度;e爲(wèi)可膨脹系(xi)數。
2.3流動狀(zhuàng)态的要求(qiú)
　　孔闆流量(liàng)計的流出(chu)系數C是在(zai)特定的實(shi)驗室參比(bi)條件下，通(tong)過大量的(de)實驗數據(ju)推導得出(chū)的計算方(fāng)法。因此，爲(wei)了保證測(ce)量精度，對(dui)于氣流流(liú)動狀态應(ying)符合如下(xià)四條要求(qiú):
2.3.1流體必須(xu)是牛頓流(liú)體，在物理(li)學和熱力(li)學上是均(jun)勻的、單相(xiang)的，或者可(ke)認爲是單(dan)相的流體(tǐ)。
2.3.2流體流動(dong)是穩定流(liú)或随時間(jian)變化不大(dà)的緩變流(liú)
2.3.3流體必須(xu)滿管流，流(liu)經節流件(jiàn)前流動應(ying)達到充分(fèn)紊流，流束(shu)平行于管(guan)道軸線且(qie)無旋轉，流(liu)經節流件(jian)時不發生(sheng)相變。
2.3.4流體(tǐ)通過孔闆(pan)節流裝置(zhi)的流動，必(bì)須保持孔(kong)闆下遊靜(jing)壓與孔闆(pǎn).上遊靜壓(yā)之比不小(xiao)于0.75，管道雷(lei)諾數Re≥5000(角接(jiē)取壓)和管(guan)道雷諾數(shù)Re≥1260B2D(法蘭取壓(yā))。
3天然氣孔(kong)闆流量計(ji)不确定度(du)分析
　　由于(yú)存在取壓(yā)方式(角接(jiē)取壓、法蘭(lán)取壓)的影(ying)響;流量計(jì)算假設條(tiáo)件等因素(su)的影響;孔(kǒng)闆加工、安(ān)裝等技術(shu)要求。孔闆(pan)流量計的(de)使用和流(liú)量計算必(bi)須嚴格遵(zun)守規範規(gui)定，否則，其(qí)流量測量(liang)的不确定(dìng)度無法計(ji)算或誤差(chà)較大。
　　根據(ju)天然氣孔(kong)闆流量計(jì)的流量方(fang)程(公式1)可(kě)知，影響流(liu)量測量的(de)精度主要(yào)由流出系(xi)數C、可膨脹(zhàng)系數、差壓(yā)和天然氣(qì)的物性。
3.1流(liú)出系數不(bu)确定度變(bian)化
　　流出系(xì)數C是爲了(le)補償任意(yi)兩點的摩(mo)擦影響所(suǒ)列人的一(yī)一個經驗(yan)系數，它與(yu)節流件的(de)幾何形狀(zhuang)、取壓位置(zhì)及雷諾數(shù)等有關，通(tōng)常由試驗(yàn)确定。當直(zhi)管段長度(du)符合SY/T6143--2004的規(gui)定的節流(liu)前10D和節流(liú)後4D長的測(ce)量管，圓度(dù)滿足不大(dà)于士0.3%的标(biāo)準規定，則(zé)流出系數(shù)不确定度(dù)8clc隻随β值的(de)不同而不(bu)同。此時，當(dāng)β≤0.6時，則δc/c=±0.6%;當β>0.60時(shi),則δc/c=±β%。
3.2天然氣(qì)可膨脹系(xi)數不确定(dìng)度變化
　　當(dāng)所測天然(rán)氣流經孔(kǒng)闆時，由于(yú)流速和壓(ya)力的改變(bian)而伴随着(zhe)密度的改(gai)變(氣體壓(ya)力從p1降爲(wèi)p2,因膨脹而(ér)使密度減(jian)小)，爲适應(ying)此種變化(huà)以修正因(yin)假設密度(du)等于常量(liang)而對流量(liang)引起的偏(piān)差，因此必(bì)須加入一(yī)個系數,這(zhe)個系數被(bèi)稱爲可膨(peng)脹系數e。
 
　　對(duì)于天然氣(qi)而言，可膨(péng)脹性系數(shu)的不确定(ding)度爲:δc/c=±4(△p/p1)%
　　它與(yu)孔闆流量(liàng)計實測差(chà)壓△p成正比(bǐ)，與靜壓p1成(cheng)反比。目前(qián)在天然氣(qì)計量中差(chà)壓值-般在(zài)5000Pa之内，靜壓(yā)在1-10MPa範圍内(nèi)，因此δc/c最小(xiǎo)爲±0.0002%，最大爲(wei)±0.2%或更大。
3.3天(tiān)然氣密度(dù)測量不确(que)定度δρ/ρ
　　密度(dù)取值按測(cè)量方法的(de)不同而異(yi)，其一爲直(zhí)接密度測(cè)量，由密度(dù)計直接決(jué)定其值;天(tiān)然氣密度(du)測量的不(bú)确定度δρ/ρ最(zui)小爲±1.013%，最大(dà)爲±1.571%或更大(da)。
3.4差壓P的不(bu)确定度
　　标(biao)準SY/T6143--2004中的流(liu)量實用公(gong)式在應用(yòng)能量方程(chéng)導出過程(cheng)中，規定測(cè)量管道水(shuǐ)平(包括上(shàng)、下遊側的(de)測量管)。因(yin)此，其上、下(xia)遊取壓口(kou)的位置差(chà)爲零，差壓(yā)Ap則是在孔(kǒng)闆上、下遊(yóu)側所規定(dìng)的取壓口(kǒu)位置上量(liang)得的靜壓(ya)之差。
 
　　式中(zhong):ξ△p爲差壓計(ji)的精度等(deng)級;△pk,爲差壓(ya)計的量程(chéng);△pf爲預定差(chà)壓測量值(zhí)。
　　由此可見(jiàn)，當所用差(chà)壓計的精(jing)度爲0.5級，量(liàng)程爲0~ 600kpa,預設(she)差壓測量(liàng)值爲300kpa時，對(dui)于天然氣(qi)孔闆流量(liàng) 計，置信概(gai)率爲95%的測(ce)量總不确(que)定度爲: 天(tiān)然氣流量(liàng)測量的總(zong)不确定度(du)，據SY/T6143-2004規定，實(shí)際上就是(shì)測量系統(tǒng)的測量值(zhi)與真值比(bi)較，置信概(gai)率爲95%的正(zheng)确度，其測(ce)量的總不(bú)确定度8Qn/Qn最(zui)小爲±0.82%,最大(dà)爲±4.52%或更大(da)。
4孔闆流量(liang)計使用中(zhong)的測量誤(wù)差分析
　　在(zài)實際應用(yòng)時，對于孔(kong)闆流量計(ji)如果使用(yong)不當,會造(zào)成很大的(de)測量誤差(cha)，有時可達(dá)到20%左右。在(zài)流量計的(de)使用中，如(rú)何減少其(qi)測量誤差(cha)，必須考慮(lǜ)流量的測(ce)量原理和(hé)結構形式(shì)，注意使用(yong)條件和測(ce)量對象的(de)物理性質(zhì)是否與所(suo)選用的流(liu)量計性能(néng)相适應。下(xia)面就其測(ce)量誤差進(jìn)行分析:
4.1流(liú)量計算方(fang)程描述流(liu)體是充滿(man)圓管的、充(chong)分發展的(de)定常流。若(ruò)流動狀态(tài)真實性無(wú)法确定,如(ru)果仍按照(zhao)原有的儀(yi)表常數推(tuī)算流量，将(jiāng)與實際流(liú)量存在誤(wù)差。
4.2天然氣(qì)以甲烷爲(wèi)主加上乙(yi)烷和其他(ta)少量的輕(qing)烴，真實相(xiang)對密度小(xiao)于或等于(yu)0.75。由于被測(cè)介質實際(jì)特性的不(bu)确定因素(sù)，以及實際(ji)物性變化(hua)影響儀表(biao)正常工作(zuo)等對流量(liàng)測量的不(bú)确定度産(chan)生影響。
4.3孔(kong)闆的結構(gòu)設計、加工(gong)、裝配、安裝(zhuang)、檢驗和使(shǐ)用必須符(fu)合标準規(gui)定的全部(bu)技術要求(qiú)。由于各個(ge)裝置自身(shēn)及環境條(tiáo)件因素引(yin)起的不确(què)定因素。
4.3.1孔(kǒng)闆安裝不(bú)正确
　　管道(dào)水平安裝(zhuang)，如果孔闆(pan)開孔中心(xīn)與管道中(zhōng)心線不同(tóng)心;如果在(zai)安裝過程(chéng)中存在引(yin)壓管堵塞(sai)及墊片等(děng)凸出物，則(ze)會造成孔(kǒng)闆前後壓(ya)差測量不(bu)正确，從而(ér)造成測量(liàng)誤差。
4.3.2孔闆(pǎn)入口邊緣(yuán)被磨損
　　在(zài)使用中，由(you)于流體的(de)磨蝕作用(yong)，使孔闆的(de)入口邊緣(yuan)變鈍，被磨(mó)成圓形入(rù)口邊緣。結(jie)果是在相(xiàng)同的流量(liang)下，孔口收(shou)縮系數變(bian)大，造成差(cha)壓發生變(biàn)化，造成測(cè)量誤差。
4.3.3孔(kong)闆表面的(de)結垢
　　長期(qi)使用時，孔(kong)闆表面結(jié)垢，使孔闆(pan)的流通面(mian)積變小，從(cóng)而造成差(chà)壓增大，使(shi)流量計測(cè)量值大于(yu)實際值，影(ying)響計量精(jing)度。
4.4差壓變(bian)送器零點(diǎn)漂移和量(liàng)程設置不(bú)當
　　由于時(shi)間較長，變(biàn)送器的零(líng)點會發生(sheng)漂移，這時(shi)差壓變送(sòng)器的輸人(rén)和輸出信(xin)号發生變(bian)化。若不及(jí)時調整，會(huì)造成實測(cè)流量值偏(piān)低或偏高(gao)。
5結束語
　　客(kè)觀地講，在(zai)采用孔闆(pǎn)流量計測(cè)量天然氣(qi)流量時，對(duì)孔闆流量(liang)計的一次(cì)裝置(孔闆(pǎn)節流裝置(zhi))和二次儀(yi)表(差壓、靜(jing)壓、溫度、被(bei)測介質物(wu)性等)的選(xuan)擇、設計、安(ān)裝、使用嚴(yan)格按照SY/T6143-2004國(guó)家标準進(jìn)行，加上不(bu)定期維護(hu)和檢查，才(cái)能保證天(tian)然氣孔闆(pan)流量計的(de)測量精度(dù)。

以上内容(róng)源于網絡(luò)，如有侵權(quan)聯系即删(shan)除!