摘要: 孔闆流(liú)量計 是一種廣泛(fan)應用于石化工業(ye)的流量測量儀表(biǎo)。目前天然氣計量(liàng)已制定了許多相(xiàng)關的國家标準，行(háng)業标準和計量檢(jiǎn)定規程等,但尚未(wèi)形成完整體系,與(yu)國外相比尚有較(jiao)大差距。本文主要(yao)探讨了天然氣孔(kong)闆 流量計 測量中(zhōng)正确率要求,分析(xī)了影響測量不确(què)定度的幾種因素(sù),提出引起流量測(cè)量誤差的各種原(yuán)因,這對于孔闆流(liu)量計的使用具有(you)一定的指導作用(yòng)。
0引言
　　在衆多的能(néng)源中，天然氣作爲(wèi)一種清潔的燃料(liào)和優質原料,不但(dan)提高了人們的生(sheng)活質量，而且還保(bao)護了我們賴以生(shēng)存的環境。孔闆流(liu)量計作爲主要的(de)測量儀表，在20世紀(ji)初使用于天然氣(qi)流量測量，目前已(yi)成爲全世界主要(yào)的天然氣流量計(ji)。近幾年來天然氣(qi)流量計計量相關(guān)技術标準相繼頒(bān)布實施，我國天然(rán)氣計量專業性标(biāo)準爲《用标準孔闆(pǎn)流量計測量天然(ran)氣流量》(SY/T6143-2004)"。
1.天然氣孔(kǒng)闆流量計的組成(chéng)
 
　　孔闆流量計是将(jiang)标準孔闆與 差壓(ya)變送器 配套組成(cheng)的差壓式流量裝(zhuang)置，可測量氣體、蒸(zheng)汽、液體及天然(的(de)流量,廣泛應用于(yú)石油、化工、冶金、電(dian)力、供熱、供水等領(ling)域的過程控制和(he)測量。如圖1所示。
2天(tiān)然氣孔闆流量計(jì)的工作原理
2.1測量(liang)原理
　　孔闆流量計(ji)是以相似原理爲(wei)根據，以實驗數據(jù)爲基礎的瞬時流(liú)量計。天然氣孔闆(pǎn)流量計基于流體(tǐ)在通過設置于流(liú)通管道上的流動(dòng)阻力件時産生的(de)壓力差與流體流(liú)量之間的确定關(guān)系,通過測量差壓(ya)值求得流體流量(liang)”。
2.2流量方程
 
　　如圖2所(suo)示，根據流動連續(xu)性方程(質量守恒(héng)定律)和伯努利方(fāng)程(能量守恒定律(lü))，天然氣孔闆流量(liàng)計的流量方程爲(wei):
 
　　式中:Q爲體積流量(liang);β爲直徑比，β=d/D;d爲工作(zuo)條件.下節流件的(de)孔徑;D爲工作條件(jian)下.上遊管道内徑(jing);A。爲節流件的開孔(kong)截面積;C爲流出系(xi)數;OP爲節流裝置前(qián)後實際測得的差(cha)壓;p爲節流裝置上(shang)遊流體密度;e爲可(ke)膨脹系數。
2.3流動狀(zhuang)态的要求
　　孔闆流(liu)量計的流出系數(shu)C是在特定的實驗(yan)室參比條件下，通(tong)過大量的實驗數(shu)據推導得出的計(jì)算方法。因此，爲了(le)保證測量精度，對(dui)于氣流流動狀态(tai)應符合如下四條(tiáo)要求:
2.3.1流體必須是(shi)牛頓流體，在物理(lǐ)學和熱力學上是(shì)均勻的、單相的，或(huò)者可認爲是單相(xiang)的流體。
2.3.2流體流動(dong)是穩定流或随時(shí)間變化不大的緩(huǎn)變流
2.3.3流體必須滿(mǎn)管流，流經節流件(jian)前流動應達到充(chong)分紊流，流束平行(hang)于管道軸線且無(wu)旋轉，流經節流件(jiàn)時不發生相變。
2.3.4流(liu)體通過孔闆節流(liu)裝置的流動，必須(xū)保持孔闆下遊靜(jing)壓與孔闆.上遊靜(jìng)壓之比不小于0.75，管(guan)道雷諾數Re≥5000(角接取(qǔ)壓)和管道雷諾數(shù)Re≥1260B2D(法蘭取壓)。
3天然氣(qi)孔闆流量計不确(què)定度分析
　　由于存(cún)在取壓方式(角接(jiē)取壓、法蘭取壓)的(de)影響;流量計算假(jiǎ)設條件等因素的(de)影響;孔闆加工、安(an)裝等技術要求。孔(kǒng)闆流量計的使用(yong)和流量計算必須(xū)嚴格遵守規範規(gui)定，否則，其流量測(cè)量的不确定度無(wu)法計算或誤差較(jiào)大。
　　根據天然氣孔(kǒng)闆流量計的流量(liàng)方程(公式1)可知，影(ying)響流量測量的精(jīng)度主要由流出系(xi)數C、可膨脹系數、差(cha)壓和天然氣的物(wu)性。
3.1流出系數不确(que)定度變化
　　流出系(xi)數C是爲了補償任(ren)意兩點的摩擦影(yǐng)響所列人的一一(yī)個經驗系數，它與(yǔ)節流件的幾何形(xing)狀、取壓位置及雷(lei)諾數等有關，通常(cháng)由試驗确定。當直(zhi)管段長度符合SY/T6143--2004的(de)規定的節流前10D和(hé)節流後4D長的測量(liàng)管，圓度滿足不大(dà)于士0.3%的标準規定(dìng)，則流出系數不确(que)定度8clc隻随β值的不(bu)同而不同。此時，當(dāng)β≤0.6時，則δc/c=±0.6%;當β>0.60時,則δc/c=±β%。
3.2天然(ran)氣可膨脹系數不(bu)确定度變化
　　當所(suo)測天然氣流經孔(kong)闆時，由于流速和(he)壓力的改變而伴(bàn)随着密度的改變(biàn)(氣體壓力從p1降爲(wèi)p2,因膨脹而使密度(du)減小)，爲适應此種(zhong)變化以修正因假(jiǎ)設密度等于常量(liàng)而對流量引起的(de)偏差，因此必須加(jiā)入一個系數,這個(gè)系數被稱爲可膨(péng)脹系數e。
 
　　對于天然(rán)氣而言，可膨脹性(xìng)系數的不确定度(du)爲:δc/c=±4(△p/p1)%
　　它與孔闆流量(liang)計實測差壓△p成正(zheng)比，與靜壓p1成反比(bǐ)。目前在天然氣計(ji)量中差壓值-般在(zai)5000Pa之内，靜壓在1-10MPa範圍(wéi)内，因此δc/c最小爲±0.0002%，最(zui)大爲±0.2%或更大。
3.3天然(rán)氣密度測量不确(que)定度δρ/ρ
　　密度取值按(àn)測量方法的不同(tóng)而異，其一爲直接(jie)密度測量，由密度(du)計直接決定其值(zhí);天然氣密度測量(liàng)的不确定度δρ/ρ最小(xiao)爲±1.013%，最大爲±1.571%或更大(dà)。
3.4差壓P的不确定度(du)
　　标準SY/T6143--2004中的流量實(shí)用公式在應用能(néng)量方程導出過程(chéng)中，規定測量管道(dào)水平(包括上、下遊(yóu)側的測量管)。因此(cǐ)，其上、下遊取壓口(kǒu)的位置差爲零，差(cha)壓Ap則是在孔闆上(shang)、下遊側所規定的(de)取壓口位置上量(liàng)得的靜壓之差。
 
　　式(shi)中:ξ△p爲差壓計的精(jīng)度等級;△pk,爲差壓計(ji)的量程;△pf爲預定差(chà)壓測量值。
　　由此可(ke)見，當所用差壓計(jì)的精度爲0.5級，量程(chéng)爲0~ 600kpa,預設差壓測量(liàng)值爲300kpa時，對于天然(ran)氣孔闆流量 計，置(zhi)信概率爲95%的測量(liàng)總不确定度爲: 天(tian)然氣流量測量的(de)總不确定度，據SY/T6143-2004規(guī)定，實際上就是測(ce)量系統的測量值(zhí)與真值比較，置信(xin)概率爲95%的正确度(du)，其測量的總不确(què)定度8Qn/Qn最小爲±0.82%,最大(da)爲±4.52%或更大。
4孔闆流(liú)量計使用中的測(ce)量誤差分析
　　在實(shi)際應用時，對于孔(kong)闆流量計如果使(shǐ)用不當,會造成很(hěn)大的測量誤差，有(yǒu)時可達到20%左右。在(zai)流量計的使用中(zhong)，如何減少其測量(liàng)誤差，必須考慮流(liu)量的測量原理和(hé)結構形式，注意使(shǐ)用條件和測量對(dui)象的物理性質是(shi)否與所選用的流(liu)量計性能相适應(ying)。下面就其測量誤(wu)差進行分析:
4.1流量(liang)計算方程描述流(liu)體是充滿圓管的(de)、充分發展的定常(cháng)流。若流動狀态真(zhen)實性無法确定,如(rú)果仍按照原有的(de)儀表常數推算流(liú)量，将與實際流量(liang)存在誤差。
4.2天然氣(qì)以甲烷爲主加上(shàng)乙烷和其他少量(liàng)的輕烴，真實相對(dui)密度小于或等于(yú)0.75。由于被測介質實(shí)際特性的不确定(ding)因素，以及實際物(wù)性變化影響儀表(biǎo)正常工作等對流(liú)量測量的不确定(dìng)度産生影響。
4.3孔闆(pan)的結構設計、加工(gong)、裝配、安裝、檢驗和(hé)使用必須符合标(biao)準規定的全部技(ji)術要求。由于各個(ge)裝置自身及環境(jìng)條件因素引起的(de)不确定因素。
4.3.1孔闆(pǎn)安裝不正确
　　管道(dao)水平安裝，如果孔(kǒng)闆開孔中心與管(guǎn)道中心線不同心(xin);如果在安裝過程(cheng)中存在引壓管堵(dǔ)塞及墊片等凸出(chū)物，則會造成孔闆(pan)前後壓差測量不(bu)正确，從而造成測(cè)量誤差。
4.3.2孔闆入口(kǒu)邊緣被磨損
　　在使(shi)用中，由于流體的(de)磨蝕作用，使孔闆(pan)的入口邊緣變鈍(dùn)，被磨成圓形入口(kou)邊緣。結果是在相(xiang)同的流量下，孔口(kǒu)收縮系數變大，造(zào)成差壓發生變化(huà)，造成測量誤差。
4.3.3孔(kǒng)闆表面的結垢
　　長(zhǎng)期使用時，孔闆表(biao)面結垢，使孔闆的(de)流通面積變小，從(cong)而造成差壓增大(dà)，使流量計測量值(zhi)大于實際值，影響(xiang)計量精度。
4.4差壓變(biàn)送器零點漂移和(he)量程設置不當
　　由(you)于時間較長，變送(sòng)器的零點會發生(sheng)漂移，這時差壓變(bian)送器的輸人和輸(shū)出信号發生變化(huà)。若不及時調整，會(huì)造成實測流量值(zhí)偏低或偏高。
5結束(shu)語
　　客觀地講，在采(cai)用孔闆流量計測(ce)量天然氣流量時(shi)，對孔闆流量計的(de)一次裝置(孔闆節(jiē)流裝置)和二次儀(yi)表(差壓、靜壓、溫度(du)、被測介質物性等(deng))的選擇、設計、安裝(zhuang)、使用嚴格按照SY/T6143-2004國(guo)家标準進行，加上(shàng)不定期維護和檢(jian)查，才能保證天然(ran)氣孔闆流量計的(de)測量精度。

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