摘要.标準(zhun)孔闆流量計 是(shì)一種非常成熟(shu)的流量計，在多(duo)年的試驗和使(shi)用👈過🐉程中積累(lèi)了大量的數據(jù)和經驗，以其耐(nai)高壓，安裝使用(yong)維👄護方👉便等諸(zhu)多優點在我國(guo)天然氣計量中(zhōng)占有主導地位(wèi)。孔闆流量計🌈的(de)在應用中誤差(cha)來源加以識别(bie)，分析了誤差産(chǎn)生原因，并針對(dui)現場實♻️際情況(kuang)，提出了控制措(cuo)施。
　　 天然氣流量(liang)計 量已經成爲(wèi)天然氣工業生(sheng)産發展的重要(yào)組成部分，天然(rán)氣流量計量儀(yí)表品種很多，其(qi)中孔闆流量計(ji)自20世紀🎯70年代引(yin)入我國使用，逐(zhu)步在天然氣流(liu)量計量中獲得(dé)了廣泛應用，到(dao)目💚前爲止，孔闆(pǎn)流量計在我國(guó)天然氣計量🤞中(zhōng)仍然占有主導(dǎo)地💋位。标準孔闆(pan)流量計最主要(yào)的優點⛹🏻‍♀️是耐高(gao)壓，安裝使用維(wei)護方便，對介質(zhì)🔞潔淨程度的要(yao)求也不高，可與(yu)電🈲子儀🌈表和機(jī)械儀表單獨配(pei)套，在多年的試(shì)驗和使用過程(chéng)中積累了大量(liang)的數據和經驗(yàn)，是一種非常成(chéng)熟的流量計。但(dan)是，由于組成測(cè)量🔆系統的組成(cheng)環節較多，影響(xiǎng)孔闆計量精度(du)的因素很多，現(xian)就孔闆流量計(jì)的誤差來源加(jia)以分析，并🈲針對(duì)誤差來源，在實(shi)際應用中采取(qu)相應措施，以提(tí)高計量精度。
1孔(kǒng)闆流量計的組(zǔ)成和原理
1.1孔闆(pǎn)流量計的組成(chéng)
　　标準孔闆流量(liang)計由截流裝置(zhì)，信号引線和二(èr)次儀表系統組(zǔ)成。其中節流裝(zhuang)置是使管道中(zhōng)流體産生靜壓(yā)力差的裝置，主(zhǔ)要由🚶标準孔闆(pǎn)，取壓裝置和上(shang)下遊直管段組(zǔ)成。
1.2基本原理
　　充(chōng)滿管道的流體(tǐ)，當它流經管道(dao)内的節流件時(shi)，如圖所示，流速(su)将在節流件處(chù)形成局部收縮(suō)，因而流♻️速增加(jia)，靜壓力🏃降低💁，于(yu)是在節流件前(qian)後便産生了😍壓(ya)差。流體流量愈(yu)大，産生的壓差(cha)愈大，這樣依據(jù)壓差來衡量⁉️流(liu)量的大小。如圖(tú)1所示。

2孔闆流量(liang)計的計算方法(fǎ)和參數變量分(fen)析
　　這種測量方(fang)法是以流動連(lian)續性方程（質量(liàng)守恒定律⭕）和伯(bó)努利方程（能量(liàng)守恒定律）爲基(jī)礎的。
2.1流量計算(suan)公式
　　根據《天然(rán)氣流量的标準(zhun)孔闆計量方法(fa)》（SY/6143-2004）給出的天然氣(qì)在标準參比條(tiao)件下的體積流(liu)量計算實用公(gong)式：

式中：Qvn爲天然(rán)氣在标準參比(bi)條件下的體積(jī)流量；
Avn爲體積流(liú)量計算系數；
C爲(wèi)流出系數；
E爲漸(jian)進速度系數；
d爲(wèi)孔闆開孔直徑(jing)；
FG爲相對密度系(xì)數；
ε爲可膨脹系(xì)數；
FT爲超壓縮系(xì)數；
FZ爲流動溫度(du)系數；
P1爲孔闆上(shàng)遊側取壓孔氣(qi)流絕對靜壓；
△P爲(wèi)氣流流經孔闆(pǎn)時産生的差壓(ya)。
2.2由參數的确定(dìng)分析流量測量(liang)的誤差源
1）Avn确定(dìng)方法：視采用的(de)計量單位而定(ding)
秒體積流量（m3/s）Avn：=3.1795×10-6；
小(xiǎo)時體積流量（m3/h）Avn：=0.011446；
日(rì)體積流量（m3/d）Avn：=0.27471。
2）C确定(ding)方法：裏德-哈利(li)斯/加拉赫（Reader-Harris/Gallagher）公式(shì)
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(shu)公式應加上下(xià)列數項+0.011（0.75-β）（2.8-D/25.4）（D:mm）
式中：β=d/D——直(zhi)徑比；
ReD與D有關的(de)雷諾數；
A=（19000β/ReD）0.8
M'2=2L'2/（1-β）
L1=l1/D——孔闆上(shàng)遊端面到上遊(yóu)取壓口的距離(lí)除以管道直✊徑(jing)的商；
L'2=l'2/D——孔闆下遊(you)端面到下遊取(qu)壓口的距離除(chú)以管道直徑的(de)商（符号L'2表示自(zì)孔闆下遊端面(miàn)爲起始位置的(de)有關🌏下遊間距(ju)，而L2表示自孔闆(pǎn)上遊端面爲起(qǐ)始位置的有㊙️關(guān)下遊🏃🏻‍♂️間距）；
D——mm；
對于(yú)角接取壓法　　L1=L'2=0;
對(duì)于D和D/2取壓法　　L1=1，L2=0.47；
對(duì)于法蘭取壓法(fa)　　L1=L'2=25.4/D
3）ε的确定方法
ε=1-（0.351+0.256β4+0.93β8）[1-（P2/P1）κ]
（1）涉(she)及到的中間變(biàn)量
κ爲等熵指數(shù)，等熵指數是壓(ya)力和溫度的函(han)數，必要時采用(yòng)κ=1.3
P2爲孔闆下遊側(ce)絕對靜壓P2=P1-△P。
（2）涉及(ji)到的獨立變量(liàng)
P1爲孔闆上遊側(ce)絕對靜壓；
△P爲差(cha)壓，計量儀表的(de)實測值。
4）d的确定(dìng)方法
d=d20[1+λd（t1-t20）]
（1）涉及到的(de)中間變量
λd孔闆(pan)材料在20℃~t1範圍内(nei)的線膨脹系數(shu)，根據孔闆材料(liao)🏃🏻‍♂️爲确定值🈚
（2）涉及(ji)到的獨立變量(liang)
d20爲孔闆開孔在(zài)20℃下的實測值t1爲(wei)天然氣流過節(jiē)流裝💞置時的實(shí)測氣流溫度。
5）E确(què)定方法

（1）涉及到(dào)的中間變量
β=d/D
（2）涉(shè)及到的獨立變(biàn)量
d20爲孔闆開孔(kong)在20℃下的實測值(zhi)；
D20爲管道在20℃下的(de)實測值。
6）FG的确定(dìng)方法

（1）涉及到的(de)中間變量
Gr——氣體(ti)的真實相對密(mi)度；
（2）涉及到的獨(dú)立變量
天然氣(qi)的摩爾組分值(zhi)
7）FT的确定方法

（1）涉(shè)及到的中間變(biàn)量
T1=t1+273.15
（2）涉及到的獨(du)立變量
t1-_氣體的(de)實際測量溫度(dù)
8）FZ的确定方法

式(shì)中：
Zn爲然氣在标(biao)準狀态下的壓(ya)縮因子，
Z1爲然氣(qì)在工作狀态下(xià)的壓縮因子
涉(shè)及到的中間變(bian)量：
　　Zn、Z1這兩個變量(liàng)都可以通過計(ji)算和測量兩種(zhǒng)方法來🌐确定，可(ke)以遵照标準GB/T17747.2天(tiān)然氣在工作狀(zhuang)态下的壓縮因(yīn)子《天然氣壓縮(suō)因子的✂️計算用(yong)摩爾組成進行(hang)計算》和标準GB/T17747.3《天(tian)然氣壓縮⁉️因子(zǐ)的👅計算用物性(xìng)值計算》來計算(suan)。壓縮因子和密(mì)度互爲函數關(guan)系☁️，一般隻需測(ce)定一個。
　　由以上(shàng)參數的确定方(fāng)法可以看出，在(zài)參與計算的參(cān)數中，有些是無(wú)法實測的，稱爲(wèi)統計量，例如流(liú)出系數C，可膨👄脹(zhang)性✌️系數ε，其他的(de)參數都可以通(tōng)過測量💘單獨變(bian)量計算得出，這(zhè)些單獨🚶變量包(bao)括測量管内徑(jìng)d20，孔闆開孔直徑(jìng)D20，差壓△P，天然氣流(liú)動的熱力學溫(wen)度t1，天然氣流動(dong)時上遊測的壓(ya)力P1，相對密度，天(tiān)然氣壓🈲縮因子(zǐ)。針對這些參數(shù)和變量的性質(zhì)，分析其誤差産(chan)生的原因，在實(shí)際應用中，采取(qu)相應的措施，使(shi)天然氣計量誤(wù)差得以降低。
3天(tiān)然氣計量誤差(cha)産生的原因分(fèn)析
3.1統計量的誤(wù)差分析
1）流出系(xì)數C
　　對于流出系(xì)數C的研究，人們(men)一直沒有停止(zhi)過，通過豐富和(he)充分的試驗數(shu)據，人們對影響(xiǎng)流出系數的因(yin)素有了許多的(de)認識，影響流出(chū)系數偏離的原(yuán)因[2]：
（1）儀器本身産(chǎn)生的誤差
①孔闆(pǎn)入口直角銳利(lì)度超出标準規(gui)定；②管徑尺寸與(yǔ)計算不符；③孔闆(pǎn)厚度誤差；④節流(liú)件附件産生台(tai)階、偏心；⑤孔闆上(shàng)遊端面平度；⑥環(huan)室尺寸産生台(tai)階、偏心；⑦取壓位(wei)置；⑧焊接、焊縫突(tu)出；⑨取壓孔加工(gong)不規範或堵塞(sāi)；⑩節流件不同軸(zhou)度。
（2）安裝誤差
　　管(guan)線布置的偏離(li)，管線布置的偏(pian)離造成的安裝(zhuang)誤差是🍉普遍性(xìng)的，其産生的主(zhǔ)要原因是現場(chǎng)不能滿足直管(guǎn)段🐅要求🥰的長度(dù)。
（3）使用誤差
①孔闆(pan)彎曲(變形)；②上遊(yóu)測量管沉積髒(zang)物；③上遊端面沉(chen)積髒物；④孔闆入(rù)口直角邊緣變(bian)鈍、破損；⑤雷諾數(shu)範圍不符合标(biao)準規定；⑥管道粗(cu)糙度影響（管道(dao)粗糙度增加、管(guǎn)道粗糙度變化(hua)）。
2）可膨脹性系數(shu)ε
　　可膨脹性系數(shu)ε是對流體通過(guo)節流件時密度(dù)發生🐅變化而引(yǐn)起的流出系數(shu)變化的修正，它(ta)的誤差由🐕兩部(bù)分組☂️成：其一爲(wei)常用流量下ε的(de)誤差，即标準确(què)定值的誤差；其(qí)✨二爲由于流量(liang)變化ε值将随之(zhi)波動帶來的誤(wù)☎️差。一般在低靜(jing)壓高差壓情況(kuàng)☂️，ε值有不可忽略(luè)的誤差。當△P/P≤0.04時，ε的(de)誤差可忽略不(bu)計。
3.2實測量誤差(chà)産生的原因
1）d20、D20誤(wù)差産生的原因(yīn)[1]
　　對于δd/d及δD/D的數據(ju)，應是一種在嚴(yán)格的檢定條件(jiàn)下（人員、設⭐備🐪、方(fāng)法、環境等符合(he)有關标準），認真(zhēn)按照有關檢定(ding)規程和技術标(biao)準的要求，對新(xin)制造的或使用(yong)中的孔闆及測(ce)量管進行檢定(dìng)🔞時所允許的測(ce)量不确定度，即(ji)δd20/d20≤±0.07％、δD20/D20≤±0.40％（下标20表示檢定(ding)狀态）。但由于要(yào)考慮現場的實(shi)際工況條件，因(yin)此這種檢定要(yao)求忽略了如下(xià)一些影響因💞素(sù)：
（1）未對d20及D20進行實(shí)際工況條件下(xia)的溫度修正；
（2）現(xiàn)場配備的長度(du)計量器具（如遊(you)标卡尺）往往不(bú)能按期送檢，現(xiàn)場計量人員也(yě)未進行長度計(ji)量測試方面的(de)專業培訓；
（3）對在(zài)用中的測量管(guan)，幾乎都未考慮(lǜ)腐蝕、變形及積(ji)塵附着等對其(qí)實際内徑産生(sheng)的變化；
（4）由于測(cè)量管内部結構(gou)的特殊性，部分(fen)目前隻選擇了(le)分别距孔闆上(shàng)、下遊端面0D（或0.5D）的(de)兩個截面進行(hang)内徑測量，并🈲将(jiāng)平㊙️均值刻在銘(míng)牌上供用戶參(cān)考，一般的标準(zhun)🌈都要求至少測(ce)量4個截面。
　　這些(xiē)因素導緻了實(shi)際工況條件下(xià)孔闆孔徑及測(cè)量管🐅内徑的測(cè)量不确定度往(wǎng)往會超出标準(zhun)規定🌈的範圍，即(ji)δd/d＞±0.07％、δD/D＞±0.40％。
2）P1、△P、t1誤差産生的原(yuan)因
　　這幾個變量(liang)，都屬于二次儀(yí)表測量數據，根(gen)據這些參🏒數的(de)産生和測量過(guò)程，誤差産生的(de)原因主要有以(yǐ)下幾個方面：
（1）數(shu)據的産生
　　對于(yú)差壓和壓力信(xìn)号，正确的取壓(ya)孔及引壓管線(xian)的制造、安裝及(ji)使用是保證獲(huò)得真實數據的(de)關鍵，這些影響(xiǎng)因素很多是難(nán)以定量或定性(xìng)确定的，隻有加(jia)強㊙️制造及安裝(zhuang)的規範化💰工作(zuo)才能達到目的(de)。對于溫度數據(jù)而言，是否能夠(gou)真實地反映被(bei)測流🧡體内部的(de)溫度是數據真(zhen)實的關鍵，主要(yao)是感溫元件與(yu)氣流的接🏃觸是(shì)否良好，包括感(gan)溫頭的安🚶‍♀️裝位(wèi)置、插入深🍉度、方(fāng)向🌍以及表面的(de)清潔程度等[1]。
（2）數(shù)據的測量與傳(chuán)遞
　　儀表選型是(shi)否合适，安裝位(wei)置是否合理，運(yùn)行是否正常都(dou)是數據測量和(hé)傳遞過程中誤(wu)差産生的原🆚因(yīn)。
3）相對密度，天然(rán)氣壓縮因子誤(wù)差産生的原因(yīn)
　　相對密度，天然(rán)氣壓縮因子都(dou)屬于氣體的物(wu)性參數，天然氣(qì)🍉組成分析數據(ju)是用于物性參(can)數計算，并通過(guo)物性參數間接(jie)影響流量計算(suan)結果。天然氣物(wù)性參數💞測量的(de)精度，取💯決于天(tian)然氣取樣技術(shu)。天然氣取樣技(jì)術是關系🆚到所(suǒ)取樣品是否有(yǒu)🤟代表性總是不(bú)但影響到天然(ran)氣組成分析結(jié)果，也影響到物(wù)性參數的測量(liang)結果。取樣技術(shu)由三個因素組(zu)成，即取樣點分(fèn)布、取樣方式和(he)取樣周期。
（1）取樣(yàng)點分布
　　取樣點(dian)的分布決定了(le)所取的天然氣(qi)樣品是否有代(dài)❤️表性。
①對于多氣(qì)源的輸配氣計(jì)量站，可在氣體(ti)入口下遊‼️與流(liú)量計上遊之間(jiān)能使天然氣充(chong)分混合的彙管(guan)處設置取♌樣點(dian)👨‍❤️‍👨；②對于單一氣源(yuán)的輸氣計量站(zhan)，可在氣體入口(kou)處設♋置取樣點(dian)；③對于流量大的(de)用戶，如果用戶(hù)需要，可在流量(liàng)計的上遊或下(xia)遊不影響流量(liang)測量精度的管(guǎn)道或彙管處設(she)置取樣點。
（2）取樣(yang)方式
　　取樣方式(shì)有邊連續取樣(yàng)、累積取樣和單(dan)點取樣3種。連續(xu)取樣是與在線(xian)分析相結合的(de)。累積取樣要求(qiu)有控制流入取(qu)樣鋼瓶的流量(liàng)控制裝置，注入(rù)鋼瓶的流量🐪與(yu)鋼瓶的容積、氣(qì)源壓力、計量點(diǎn)流量大小🤟和收(shou)集樣品的周期(qi)有關，技術比較(jiao)複雜。單點取樣(yàng)是最簡單的取(qu)樣方式，在國内(nei)被廣泛🐉地應用(yong)。
（3）取樣周期
　　對于(yú)連續取樣方式(shì)，取樣周期取決(jué)于在線分析周(zhōu)期，在累積取樣(yàng)方式中，大多是(shi)一周收集一次(ci)。在單點取樣方(fāng)式中，國外大多(duō)是一天取一次(ci)，國内一般是一(yī)個月或一個季(jì)度取一次。
4實際(jì)應用中的控制(zhi)措施
1）節流裝置(zhi)設計，制造和安(an)裝規範化；
2）加強(qiang)對重點設備的(de)檢查維護和保(bao)養：
（1）孔闆
檢查内(nèi)容包括：
①定期檢(jiǎn)定；
②定期檢查，檢(jian)查内容包括；
③上(shang)遊端面無可見(jian)損傷；
④上遊邊緣(yuán)無卷口，無毛邊(biān)，無目測可見的(de)異常現象當孔(kong)闆大于或等于(yú)MM時，目測檢查，将(jiāng)孔闆上遊端面(miàn)傾斜，用日光或(huò)人工光源🔴射向(xiang)直角入口邊緣(yuán)，邊緣無反射光(guāng)束；
⑤下遊邊緣無(wu)毛刺，劃痕和可(ke)見損傷；
⑥定期排(pái)污和清洗。
（2）氣路(lu)
　　主要檢查從孔(kǒng)闆閥到各個變(biàn)送器的氣路是(shì)否有洩漏、堵塞(sāi)等現象，氣路中(zhōng)是否有液體存(cún)在，主要是🐆引壓(ya)管的接頭、三通(tōng)、針形閥、放空閥(fa)以及三閥組等(deng)各個部位
（3）二次(ci)儀表
　　在保證儀(yi)表選型和精度(du)等級正确的基(ji)礎上，定期對儀(yí)表進行維護和(hé)保養。主要包括(kuò)：
①定期檢定；
②檢查(cha)差壓變送器、壓(yā)力變送器的零(ling)點。
（4）流量計算機(jī)
　　主要是對流量(liàng)計算機的數據(jù)采集、參數設置(zhi)及計算的準确(que)性進行檢察，主(zhu)要有以下内容(róng)：
①通道的檢查；
②參(cān)數設置的檢查(chá)；
③計算精度的檢(jian)查。
　　可通過一些(xiē)簡便實用的流(liú)量計算軟件在(zài)相同條件下的(de)計算值與流量(liàng)計算機的計量(liang)值進行對比，分(fen)别計算👨‍❤️‍👨機組數(shù)據，觀察結果是(shi)否相近。
5結論
　　總(zǒng)之，隻要從設計(ji)、安裝、使用等方(fang)面都嚴格執行(háng)有關标準，用孔(kǒng)闆流量計計量(liang)天然氣的精度(dù)将大大提高。

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