摘要：文章結合(hé)孔闆流量計的(de)基本原理及主(zhǔ)要特♋性🚶‍♀️，闡述✔️孔(kong)闆流量計在天(tian)然氣計量上的(de)應用情況，總結(jie)問題🐇，探讨解決(jue)方法，爲今後在(zai)設計中使用孔(kong)闆流量計積累(lei)經驗。
0引言
　　孔闆(pan)流量計 是目前(qian)世界上應用範(fàn)圍最爲廣泛的(de)流量計量儀表(biǎo)👉之一。所有單相(xiang)流體都可以測(cè)量。由于應用曆(lì)史悠久，在試驗(yàn)研究中積累的(de)豐富資料和統(tǒng)計數據，用幹标(biāo)🔴的方法❄️即可保(bao)證流量計計量(liang)精度，這在所有(yǒu)流量儀表中是(shì)唯一的。多年應(yīng)用經驗及現場(chang)實👈流對比證明(míng)，孔闆流量計工(gong)作非常穩定可(kě)靠。
　　 孔闆流量計(ji)在天然氣計量(liàng)方面應用廣泛(fan)，目前全國許多(duo)油📞氣🍉田、長輸管(guan)道的天然氣交(jiāo)接計量都采用(yòng)孔闆流💃🏻量計完(wan)成，到現在已經(jing)形成了許多應(ying)用經驗，值得總(zǒng)結探讨。
1孔闆流(liu)量計類型
　　 目前(qian)廣泛使用的孔(kong)闆一次裝置分(fen)爲兩種，一種是(shi)簡易孔闆截🧑🏾‍🤝‍🧑🏼流(liú)裝置，一種是高(gao)級孔闆閥。
　　 簡易(yi)孔闆截流裝置(zhì)：無孔闆升降機(ji)構，必須停止介(jie)質輸送🐆才能完(wán)成孔闆檢查及(ji)更換，結構簡單(dan)，造價🔞低。
　　 高級孔(kǒng)闆閥：精度比簡(jiǎn)易孔闆截流裝(zhuang)置高，檢查、更換(huàn)孔闆、維修時可(kě)以不停止生産(chan)，在線進行，由于(yú)具♊有孔闆升降(jiàng)機構，能夠很快(kuai)在線完成孔闆(pan)檢查及🐅更換。操(cao)作靈活🏃🏻‍♂️方便。
2工(gong)作原理
　　 流體在(zài)流動過程中，在(zài)一定條件下，流(liú)體的動能和靜(jing)壓能（壓力能）可(ke)以互相轉換，并(bing)可以利用這種(zhǒng)關系來測量流(liu)體🌈的流量1。
　　 介質(zhi)流經管道中孔(kǒng)闆所在的截面(miàn)時，由于流通面(miàn)積突然縮小，促(cù)使流束産生局(jú)部收縮，流速加(jiā)快，靜壓力降低(dī)，因而在孔闆前(qián)後出現壓力差(chà)（簡稱差壓）。可以(yǐ)通過測量此差(chà)壓的大小按一(yi)定的函數關系(xi)來計算出流量(liang)值。根🏒據能量守(shǒu)恒定律及流體(ti)連續🏃性原理，節(jie)流裝置的流量(liang)方程可以寫成(cheng)：

　　 式中，M爲質量流(liu)量，kg/s；Q爲體積流量(liàng)，m3/s；ɑ爲流量系數；?爲(wei)流量膨脹系數(shu)；F0爲節流裝置開(kāi)孔截面積，m2；ρ1爲流(liu)體流經節流元(yuán)🔱件前的密度，kg/m3；Δρ爲(wèi)節流🧑🏾‍🤝‍🧑🏼元件前後(hou)壓力差，即Δρ＝ρ1－ρ2，Pa。
　　 由式(shi)（1）和（2）可見，天然氣(qi)流經節流裝置(zhi)（孔闆）時的體積(jī)（質量）流量💜與産(chan)生的差壓平方(fang)根成正比。基于(yú)此原理，孔💋闆流(liú)量計通過測量(liang)孔闆前後差壓(ya)，經過計算換算(suan)出天然氣的流(liu)量。
3孔闆流量計(jì)的選型和安裝(zhuang)
3.1孔闆流量計選(xuǎn)型
　　 我們所說的(de)孔闆流量計實(shí)際上是許多儀(yí)表組成的一🔞個(ge)整體，其選型包(bao)括高級孔闆閥(fa)、 差壓變送器 、 壓(ya)力變送器 、 溫度(dù)變送器 的選型(xíng)。
　　 孔闆流量計的(de)選型最基本内(nei)容即是通過計(jì)算獲得孔闆片(pian)标🚶準開口尺寸(cun)d20和孔闆片前後(hou)差壓值。目前我(wǒ)們采用符合GB/T21446-2008标(biāo)準2的計算軟件(jiàn)，其計算步驟簡(jiǎn)述如下：
1）輔助計(jì)算：
　　 首先設計人(rén)員根據管道介(jiè)質流量确定d20，即(jí)20℃條件下檢測的(de)測量管直徑（孔(kǒng)闆閥孔徑）。需要(yao)注意的是在滿(man)足計量能力的(de)條件下，應選擇(ze)内徑較小的測(cè)量管，提高🐪差壓(ya)和孔徑比。
計算(suàn)天然氣真實相(xiang)對密度、密度、壓(yā)縮因子和超壓(yā)縮系👨‍❤️‍👨數。
計算天(tian)然氣等熵指數(shù)、動力粘度。
計算(suàn)管徑雷諾數。
2）計(jì)算順序：
計算近(jìn)似值
　　 将β近似值(zhí)帶入工時最終(zhong)求出值（孔徑比(bǐ)）和d值（開孔直徑(jìng)），進而‼️求出d20，即孔(kong)闆在20℃條件下測(cè)量出的孔徑值(zhi)。
　　 需要注意的是(shi)，由于單片孔闆(pǎn)量程比隻能達(da)到1：3，最多不超過(guo)1：4，因此對于流量(liang)範圍較大的工(gōng)況，可将流量值(zhi)🐕分作2～3段，分别計(ji)算出口徑從大(da)到小的2～3片孔闆(pǎn)。
　　 結合孔闆閥孔(kong)徑、孔闆開孔直(zhi)徑和介質工藝(yì)條件，就可以計(jì)算出ΔPmax和ΔPmin。
　　 計算完(wan)畢後，結合工藝(yi)介質條件即可(kě)選擇适合設計(ji)工況的高級孔(kong)闆閥和孔闆片(pian)，并可确定差壓(yā)檢測範圍，再根(gēn)據工況确定壓(yā)力、溫度補償儀(yi)表的測🔴量範圍(wei)💁，孔闆閥㊙️的選型(xíng)就完成了。
3.2孔闆(pan)流量計的安裝(zhuāng)
　　 孔闆流量計的(de)安裝調校，必須(xu)嚴格按照相關(guan)國家标準GB/T21446-2008進🌈行(hang)。
1）直管段的要求(qiu)
　　 速度式流量計(jì)都有前後直管(guan)段的安裝要求(qiú)，用以起到被測(cè)流體穩流的作(zuò)用，孔闆流量計(ji)的直管段由其(qí)前端安裝的阻(zǔ)流件形式和直(zhí)徑比确定，在阻(zu)流件和值确定(dìng)㊙️的情況下，可以(yǐ)通過查詢GB/T21446-2008來确(que)定直管段長度(du)，GB/T21446-2008規定了各種阻(zu)流件要求的最(zuì)👅短直管段📞長度(dù)，但在孔闆上遊(you)安裝整流器的(de)情況下，可以縮(suo)短直管段的🌍長(zhǎng)度，因此該标準(zhǔn)也推薦采用整(zhěng)流器。
　　 根據規範(fan)的要求，目前我(wo)們的設計中均(jun1)在孔闆上遊設(she)置了流動調整(zhěng)器，按照規範規(gui)定，在孔闆上遊(you)13D（孔闆💋閥内徑）處(chù)安裝整流器，再(zai)保證30D的前直管(guǎn)段的情況下，可(ke)以滿足任何上(shang)遊阻流件下的(de)安裝，目前這樣(yàng)的直管段配置(zhi)已經在設計中(zhōng)普遍⛹🏻‍♀️采用，相對(duì)🈚而言，後直管段(duàn)的确定則比較(jiào)簡單，僅僅由直(zhi)徑比确定，直管(guan)段安裝如圖1所(suo)示。

　　 值得(dé)注意的是，由于(yú)安裝在孔闆上(shang)遊和阻流件之(zhi)間的直管段由(you)兩種管段組成(cheng)，一截是孔闆配(pei)套提🌈供，一截是(shi)工程上提供，兩(liǎng)種管段可能存(cún)在内徑不完全(quán)一樣的情況，這(zhè)樣🔅會形成一個(ge)凸台，根據經驗(yan)，10D之外台階🐕h不超(chao)過2%的👅圓度要求(qiu)⚽即可。
　　 管段必須(xu)是直的，當與管(guǎn)道直線的偏移(yí)不超過其長度(dù)的0.4%時，即認爲管(guǎn)道是直的。通常(chang)隻需目測檢驗(yàn)，上下🐅遊直管段(duan)對接👌引起的管(guǎn)道直線的偏差(chà)也應不超過其(qi)長度的0.4%。
2）孔闆安(ān)裝要求
　　 孔闆應(yīng)與節流裝置中(zhōng)的直管段對中(zhong)。實驗表明，孔闆(pan)偏心💃引起的計(ji)量誤差一般在(zài)2%以内，孔徑比值(zhí)愈高，偏💃心率🍉影(yǐng)響愈大🌈，應不用(yòng)值高的孔闆。
　　 不(bu)能使孔闆發生(sheng)彎曲或變形，否(fou)則将導緻流量(liang)測量誤差較大(da)。在法蘭取壓的(de)孔闆上進行測(cè)試，孔闆彎曲産(chan)生💁的最大誤🤩差(cha)約爲3.5%。
3）變送器安(an)裝要求
　　 差壓和(he)壓力引壓管段(duan)在不影響儀表(biǎo)安裝操作的前(qian)提下應🌈盡量短(duan)，這樣便于保溫(wen)和防凍，同時因(yin)具♉有一定斜度(dù)，使✨天然氣中産(chan)生的凝液不緻(zhi)在變送器側彙(huì)集3。
4）其他安裝要(yào)求
　　 所有墊片不(bu)能用太厚的材(cai)料，最好不超過(guò)0.5mm，墊片不💘能突出(chu)管壁内否則可(ke)能引起很大的(de)測量誤差。
凡是(shi)調節流量用的(de)閥門，應裝在節(jie)流件後最小直(zhi)🎯管㊙️段長度以外(wai)。
節流裝置在工(gōng)藝管道上的安(an)裝，必須在管道(dao)清洗🏃‍♂️吹🏃🏻‍♂️掃後🐪進(jin)行。
4存在問題及(jí)解決方法
4.1存在(zai)的問題
1）儀表本(běn)身計量精度問(wen)題
　　 盡管孔闆流(liú)量計自動計量(liang)系統的發展越(yuè)來越完💋善，但由(yóu)于設備、測量儀(yi)表本身的原因(yīn)和自動計量技(ji)術上的局限性(xing)，在提高計量的(de)準确性和數據(ju)處理上，仍存在(zài)一些問題。
　　 測量(liàng)的重複性、精确(què)度在流量計中(zhōng)屬于中等水平(píng)，孔闆流量計👄在(zài)流體較爲幹淨(jing)、直管段較長、流(liú)體處于紊💰流狀(zhuàng)态（雷諾數大于(yú)4000）時，測量精度較(jiào)高。但由于氣質(zhì)、計量直管段沒(mei)有達到要求，造(zao)成💃🏻孔闆入口銳(ruì)角損傷；液體及(ji)固體污物堆積(ji)在孔闆表面，使(shǐ)孔闆♋表面粗糙(cāo)度改變，大大增(zeng)加測量誤差。
2）量(liang)程比問題
　　 孔闆(pǎn)流量計測量範(fàn)圍太窄，這是此(cǐ)種流量計應用(yong)⭕上的最大不足(zú)，由于儀表信号(hao)（差壓）與流量爲(wèi)平方關系，一般(ban)測量範圍度僅(jǐn)3∶1～4∶1。
3）安裝問題
現場(chǎng)安裝條件要求(qiu)較高，需要較長(zhang)的直管段，在工(gōng)程中有時難以(yi)滿足。
孔闆閥與(yǔ)差壓、壓力檢測(ce)儀表之間引壓(ya)管線易産生洩(xiè)漏、凍堵等問題(tí)。
4）使用中産生的(de)問題
　　 孔闆彎曲(qu)變形，上遊端面(mian)沉積髒物，孔闆(pǎn)入口直角邊緣(yuan)⛷️破損等☔問題都(dōu)會影響到計量(liang)精度。
4.2解決天然(rán)氣計量問題的(de)途徑
1）保證安裝(zhuāng)質量，勤于維護(hù)
　　 可以看到，很多(duō)安裝和維護的(de)問題往往影響(xiǎng)到孔闆流量計(jì)測量精度，因此(ci)安裝時必須嚴(yan)格按要求施工(gōng)，消除安裝🐪誤差(chà)。在使用過程中(zhōng)，操作人員應做(zuo)🈲好系統的檢修(xiū)、維護、保養工作(zuo)，延長其使用壽(shou)命，對🍉于實際使(shǐ)用中的壓力、溫(wen)度、流量等工況(kuàng)參數的變化，應(yīng)進行及🈲時修改(gǎi)以減🌂小計量誤(wù)差。
2）采用多種辦(ban)法提高量程比(bi)
采用寬量程差(chà)壓變送器
　　 爲了(le)提高量程比，可(kě)以考慮利用變(biàn)送器寬量程的(de)特點😍，運💚用軟件(jian)的方式實現量(liàng)程的自動調整(zhěng)（軟維護），從🐉而擴(kuò)大量程比，提高(gao)測量的有效範(fan)圍，保證計量的(de)準确性
采用雙(shuang)差壓變送器
　　爲(wei)同一台孔闆閥(fá)配套兩台差壓(ya)變送器，根據實(shí)際差🔞壓的變化(hua)，切換差壓信号(hào)，從而擴大量程(cheng)比，提高🎯測量🤩的(de)有效範圍，保證(zheng)計量的準确性(xing)。
采用多路計量(liàng)的方式
　　針對天(tiān)然氣流量檢測(ce)範圍，設計兩套(tào)及以上不同✔️口(kou)徑的孔闆🎯流量(liàng)計，根據流量峰(fēng)值和低谷的時(shi)間段，手動或自(zi)動切換介質流(liú)路，實現寬量程(chéng)的計量。
5結束語(yu)
　　孔闆流量計已(yi)經應用多年，在(zai)總結問題的基(ji)礎上‼️得出更💘加(jia)科學可靠的設(shè)計、使用方法十(shí)分重要。随着流(liu)🥵量計算機、組份(fen)分析儀的成功(gong)應用，孔闆流量(liàng)計作爲🎯一種可(ke)靠、經濟和方便(bian)耐用的儀表設(shè)備仍然可以适(shì)用未來能量交(jiao)接的計量場合(he)，潛力依舊💘可觀(guan)。

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