摘要: 孔闆(pǎn)流量計 是一(yi)種廣泛應用(yòng)于石化工業(yè)的流量測量(liàng)儀表。目前天(tiān)然氣計量已(yi)制定了許多(duō)相關的國家(jiā)标準，行業标(biao)準和計量檢(jiǎn)定規程等,但(dàn)尚未形成完(wan)整體系,與國(guó)外相比尚有(yǒu)較大差距。本(běn)文主要探讨(tǎo)了天然氣孔(kong)闆 流量計 測(ce)量中正确率(lü)要求,分析了(le)影響測量不(bú)确定度的幾(ji)種因素,提出(chū)引起流量測(ce)量誤差的各(ge)種原因,這對(dui)于孔闆流量(liàng)計的使用具(ju)有一定的指(zhǐ)導作用。
0引言(yan)
　　在衆多的能(néng)源中，天然氣(qi)作爲一種清(qīng)潔的燃料和(hé)優質原料,不(bú)但提高了人(rén)們的生活質(zhì)量，而且還保(bǎo)護了我們賴(lai)以生存的環(huan)境。孔闆流量(liang)計作爲主要(yao)的測量儀表(biao)，在20世紀初使(shǐ)用于天然氣(qì)流量測量，目(mu)前已成爲全(quan)世界主要的(de)天然氣流量(liang)計。近幾年來(lai)天然氣流量(liàng)計計量相關(guān)技術标準相(xiang)繼頒布實施(shi)，我國天然氣(qi)計量專業性(xìng)标準爲《用标(biāo)準孔闆流量(liàng)計測量天然(rán)氣流量》(SY/T6143-2004)"。
1.天然(ran)氣孔闆流量(liang)計的組成
 
　　孔(kǒng)闆流量計是(shi)将标準孔闆(pan)與 差壓變送(song)器 配套組成(chéng)的差壓式流(liu)量裝置，可測(cè)量氣體、蒸汽(qi)、液體及天然(rán)(的流量,廣泛(fàn)應用于石油(you)、化工、冶金、電(diàn)力、供熱、供水(shui)等領域的過(guò)程控制和測(ce)量。如圖1所示(shì)。
2天然氣孔闆(pan)流量計的工(gong)作原理
2.1測量(liang)原理
　　孔闆流(liú)量計是以相(xiàng)似原理爲根(gēn)據，以實驗數(shu)據爲基礎的(de)瞬時流量計(jì)。天然氣孔闆(pǎn)流量計基于(yu)流體在通過(guo)設置于流通(tōng)管道上的流(liu)動阻力件時(shí)産生的壓力(li)差與流體流(liu)量之間的确(què)定關系,通過(guò)測量差壓值(zhí)求得流體流(liu)量”。
2.2流量方程(chéng)
 
　　如圖2所示，根(gēn)據流動連續(xu)性方程(質量(liang)守恒定律)和(he)伯努利方程(cheng)(能量守恒定(ding)律)，天然氣孔(kong)闆流量計的(de)流量方程爲(wei):
 
　　式中:Q爲體積(jī)流量;β爲直徑(jing)比，β=d/D;d爲工作條(tiáo)件.下節流件(jiàn)的孔徑;D爲工(gōng)作條件下.上(shang)遊管道内徑(jìng);A。爲節流件的(de)開孔截面積(jī);C爲流出系數(shù);OP爲節流裝置(zhi)前後實際測(ce)得的差壓;p爲(wei)節流裝置上(shàng)遊流體密度(dù);e爲可膨脹系(xi)數。
2.3流動狀态(tai)的要求
　　孔闆(pan)流量計的流(liú)出系數C是在(zài)特定的實驗(yan)室參比條件(jiàn)下，通過大量(liàng)的實驗數據(jù)推導得出的(de)計算方法。因(yīn)此，爲了保證(zheng)測量精度，對(duì)于氣流流動(dong)狀态應符合(hé)如下四條要(yào)求:
2.3.1流體必須(xu)是牛頓流體(ti)，在物理學和(he)熱力學上是(shì)均勻的、單相(xiang)的，或者可認(rèn)爲是單相的(de)流體。
2.3.2流體流(liu)動是穩定流(liú)或随時間變(bian)化不大的緩(huǎn)變流
2.3.3流體必(bì)須滿管流，流(liú)經節流件前(qian)流動應達到(dào)充分紊流，流(liu)束平行于管(guan)道軸線且無(wu)旋轉，流經節(jiē)流件時不發(fā)生相變。
2.3.4流體(ti)通過孔闆節(jie)流裝置的流(liu)動，必須保持(chi)孔闆下遊靜(jing)壓與孔闆.上(shang)遊靜壓之比(bi)不小于0.75，管道(dào)雷諾數Re≥5000(角接(jiē)取壓)和管道(dào)雷諾數Re≥1260B2D(法蘭(lán)取壓)。
3天然氣(qi)孔闆流量計(ji)不确定度分(fèn)析
　　由于存在(zài)取壓方式(角(jiǎo)接取壓、法蘭(lan)取壓)的影響(xiǎng);流量計算假(jia)設條件等因(yin)素的影響;孔(kǒng)闆加工、安裝(zhuang)等技術要求(qiú)。孔闆流量計(jì)的使用和流(liu)量計算必須(xu)嚴格遵守規(guī)範規定，否則(zé)，其流量測量(liang)的不确定度(du)無法計算或(huo)誤差較大。
　　根(gen)據天然氣孔(kǒng)闆流量計的(de)流量方程(公(gong)式1)可知，影響(xiǎng)流量測量的(de)精度主要由(you)流出系數C、可(ke)膨脹系數、差(cha)壓和天然氣(qì)的物性。
3.1流出(chū)系數不确定(dìng)度變化
　　流出(chū)系數C是爲了(le)補償任意兩(liǎng)點的摩擦影(yǐng)響所列人的(de)一一個經驗(yan)系數，它與節(jiē)流件的幾何(he)形狀、取壓位(wei)置及雷諾數(shu)等有關，通常(chang)由試驗确定(dìng)。當直管段長(zhǎng)度符合SY/T6143--2004的規(gui)定的節流前(qian)10D和節流後4D長(zhang)的測量管，圓(yuán)度滿足不大(dà)于士0.3%的标準(zhun)規定，則流出(chū)系數不确定(dìng)度8clc隻随β值的(de)不同而不同(tóng)。此時，當β≤0.6時，則(ze)δc/c=±0.6%;當β>0.60時,則δc/c=±β%。
3.2天然(ran)氣可膨脹系(xi)數不确定度(du)變化
　　當所測(cè)天然氣流經(jīng)孔闆時，由于(yú)流速和壓力(li)的改變而伴(bàn)随着密度的(de)改變(氣體壓(yā)力從p1降爲p2,因(yin)膨脹而使密(mì)度減小)，爲适(shì)應此種變化(huà)以修正因假(jiǎ)設密度等于(yú)常量而對流(liú)量引起的偏(piān)差，因此必須(xū)加入一個系(xì)數,這個系數(shù)被稱爲可膨(peng)脹系數e。
 
　　對于(yú)天然氣而言(yán)，可膨脹性系(xi)數的不确定(ding)度爲:δc/c=±4(△p/p1)%
　　它與孔(kong)闆流量計實(shi)測差壓△p成正(zheng)比，與靜壓p1成(cheng)反比。目前在(zài)天然氣計量(liang)中差壓值-般(ban)在5000Pa之内，靜壓(ya)在1-10MPa範圍内，因(yin)此δc/c最小爲±0.0002%，最(zuì)大爲±0.2%或更大(da)。
3.3天然氣密度(dù)測量不确定(ding)度δρ/ρ
　　密度取值(zhi)按測量方法(fǎ)的不同而異(yì)，其一爲直接(jie)密度測量，由(yóu)密度計直接(jiē)決定其值;天(tian)然氣密度測(cè)量的不确定(ding)度δρ/ρ最小爲±1.013%，最(zuì)大爲±1.571%或更大(dà)。
3.4差壓P的不确(que)定度
　　标準SY/T6143--2004中(zhōng)的流量實用(yong)公式在應用(yong)能量方程導(dǎo)出過程中，規(gui)定測量管道(dao)水平(包括上(shang)、下遊側的測(cè)量管)。因此，其(qí)上、下遊取壓(ya)口的位置差(chà)爲零，差壓Ap則(ze)是在孔闆上(shang)、下遊側所規(guī)定的取壓口(kou)位置上量得(de)的靜壓之差(cha)。
 
　　式中:ξ△p爲差壓(ya)計的精度等(děng)級;△pk,爲差壓計(ji)的量程;△pf爲預(yu)定差壓測量(liang)值。
　　由此可見(jiàn)，當所用差壓(ya)計的精度爲(wei)0.5級，量程爲0~ 600kpa,預(yu)設差壓測量(liàng)值爲300kpa時，對于(yú)天然氣孔闆(pan)流量 計，置信(xìn)概率爲95%的測(ce)量總不确定(dìng)度爲: 天然氣(qi)流量測量的(de)總不确定度(du)，據SY/T6143-2004規定，實際(ji)上就是測量(liàng)系統的測量(liang)值與真值比(bǐ)較，置信概率(lǜ)爲95%的正确度(dù)，其測量的總(zong)不确定度8Qn/Qn最(zui)小爲±0.82%,最大爲(wei)±4.52%或更大。
4孔闆(pǎn)流量計使用(yong)中的測量誤(wu)差分析
　　在實(shi)際應用時，對(dui)于孔闆流量(liàng)計如果使用(yong)不當,會造成(chéng)很大的測量(liang)誤差，有時可(ke)達到20%左右。在(zai)流量計的使(shǐ)用中，如何減(jian)少其測量誤(wù)差，必須考慮(lü)流量的測量(liang)原理和結構(gou)形式，注意使(shi)用條件和測(ce)量對象的物(wù)理性質是否(fǒu)與所選用的(de)流量計性能(neng)相适應。下面(mian)就其測量誤(wù)差進行分析(xi):
4.1流量計算方(fāng)程描述流體(ti)是充滿圓管(guan)的、充分發展(zhǎn)的定常流。若(ruo)流動狀态真(zhen)實性無法确(què)定,如果仍按(an)照原有的儀(yi)表常數推算(suàn)流量，将與實(shi)際流量存在(zai)誤差。
4.2天然氣(qì)以甲烷爲主(zhǔ)加上乙烷和(hé)其他少量的(de)輕烴，真實相(xiang)對密度小于(yu)或等于0.75。由于(yú)被測介質實(shí)際特性的不(bú)确定因素，以(yǐ)及實際物性(xìng)變化影響儀(yi)表正常工作(zuo)等對流量測(cè)量的不确定(dìng)度産生影響(xiang)。
4.3孔闆的結構(gou)設計、加工、裝(zhuāng)配、安裝、檢驗(yan)和使用必須(xū)符合标準規(gui)定的全部技(ji)術要求。由于(yu)各個裝置自(zi)身及環境條(tiáo)件因素引起(qǐ)的不确定因(yīn)素。
4.3.1孔闆安裝(zhuāng)不正确
　　管道(dao)水平安裝，如(rú)果孔闆開孔(kong)中心與管道(dao)中心線不同(tong)心;如果在安(ān)裝過程中存(cun)在引壓管堵(dǔ)塞及墊片等(děng)凸出物，則會(hui)造成孔闆前(qián)後壓差測量(liang)不正确，從而(er)造成測量誤(wù)差。
4.3.2孔闆入口(kou)邊緣被磨損(sǔn)
　　在使用中，由(yóu)于流體的磨(mo)蝕作用，使孔(kong)闆的入口邊(biān)緣變鈍，被磨(mo)成圓形入口(kǒu)邊緣。結果是(shì)在相同的流(liú)量下，孔口收(shou)縮系數變大(dà)，造成差壓發(fa)生變化，造成(cheng)測量誤差。
4.3.3孔(kong)闆表面的結(jie)垢
　　長期使用(yòng)時，孔闆表面(mian)結垢，使孔闆(pǎn)的流通面積(jī)變小，從而造(zào)成差壓增大(dà)，使流量計測(cè)量值大于實(shí)際值，影響計(ji)量精度。
4.4差壓(yā)變送器零點(dian)漂移和量程(cheng)設置不當
　　由(you)于時間較長(zhang)，變送器的零(ling)點會發生漂(piao)移，這時差壓(ya)變送器的輸(shū)人和輸出信(xin)号發生變化(huà)。若不及時調(diào)整，會造成實(shí)測流量值偏(piān)低或偏高。
5結(jié)束語
　　客觀地(di)講，在采用孔(kong)闆流量計測(ce)量天然氣流(liú)量時，對孔闆(pan)流量計的一(yi)次裝置(孔闆(pan)節流裝置)和(hé)二次儀表(差(chà)壓、靜壓、溫度(dù)、被測介質物(wù)性等)的選擇(zé)、設計、安裝、使(shi)用嚴格按照(zhao)SY/T6143-2004國家标準進(jìn)行，加上不定(ding)期維護和檢(jiǎn)查，才能保證(zhèng)天然氣孔闆(pǎn)流量計的測(ce)量精度。

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