摘要(yao): 孔闆流量(liang)計 是一種(zhong)廣泛應用(yong)于石化工(gong)業的流量(liang)測量儀表(biao)。目前天然(ran)氣計量已(yi)制定了許(xu)多相關的(de)國家标準(zhun)，行業标準(zhun)和計量檢(jian)定規程等(deng),但尚未形(xing)成完整體(ti)系,與國外(wai)相比尚有(you)較大差距(ju)。本文主要(yao)探讨了天(tian)然氣孔闆(pan) 流量計 測(ce)量中正确(que)率要求,分(fen)析了影響(xiang)測量不确(que)定度的幾(ji)種因素,提(ti)出引起流(liu)量測量誤(wu)差的各種(zhong)原因,這對(dui)于孔闆流(liu)量計的使(shi)用具有一(yi)定的指導(dao)作用。
0引言(yan)
　　在衆多的(de)能源中，天(tian)然氣作爲(wei)一種清潔(jie)的燃料和(he)優質原料(liao),不但提高(gao)了人們的(de)生活質量(liang)，而且還保(bao)護了我們(men)賴以生存(cun)的環境。孔(kong)闆流量計(ji)作爲主要(yao)的測量儀(yi)表，在20世紀(ji)初使用于(yu)天然氣流(liu)量測量，目(mu)前已成爲(wei)全世界主(zhu)要的天然(ran)氣流量計(ji)。近幾年來(lai)天然氣流(liu)量計計量(liang)相關技術(shu)标準相繼(ji)頒布實施(shi)，我國天然(ran)氣計量專(zhuan)業性标準(zhun)爲《用标準(zhun)孔闆流量(liang)計測量天(tian)然氣流量(liang)》(SY/T6143-2004)"。
1.天然氣孔(kong)闆流量計(ji)的組成
 
　　孔(kong)闆流量計(ji)是将标準(zhun)孔闆與 差(cha)壓變送器(qi) 配套組成(cheng)的差壓式(shi)流量裝置(zhi)，可測量氣(qi)體、蒸汽、液(ye)體及天然(ran)(的流量,廣(guang)泛應用于(yu)石油、化工(gong)、冶金、電力(li)、供熱、供水(shui)等領域的(de)過程控制(zhi)和測量。如(ru)圖1所示。
2天(tian)然氣孔闆(pan)流量計的(de)工作原理(li)
2.1測量原理(li)
　　孔闆流量(liang)計是以相(xiang)似原理爲(wei)根據，以實(shi)驗數據爲(wei)基礎的瞬(shun)時流量計(ji)。天然氣孔(kong)闆流量計(ji)基于流體(ti)在通過設(she)置于流通(tong)管道上的(de)流動阻力(li)件時産生(sheng)的壓力差(cha)與流體流(liu)量之間的(de)确定關系(xi),通過測量(liang)差壓值求(qiu)得流體流(liu)量”。
2.2流量方(fang)程
 
　　如圖2所(suo)示，根據流(liu)動連續性(xing)方程(質量(liang)守恒定律(lü))和伯努利(li)方程(能量(liang)守恒定律(lü))，天然氣孔(kong)闆流量計(ji)的流量方(fang)程爲:
 
　　式中(zhong):Q爲體積流(liu)量;β爲直徑(jing)比，β=d/D;d爲工作(zuo)條件.下節(jie)流件的孔(kong)徑;D爲工作(zuo)條件下.上(shang)遊管道内(nei)徑;A。爲節流(liu)件的開孔(kong)截面積;C爲(wei)流出系數(shu);OP爲節流裝(zhuang)置前後實(shi)際測得的(de)差壓;p爲節(jie)流裝置上(shang)遊流體密(mi)度;e爲可膨(peng)脹系數。
2.3流(liu)動狀态的(de)要求
　　孔闆(pan)流量計的(de)流出系數(shu)C是在特定(ding)的實驗室(shi)參比條件(jian)下，通過大(da)量的實驗(yan)數據推導(dao)得出的計(ji)算方法。因(yin)此，爲了保(bao)證測量精(jing)度，對于氣(qi)流流動狀(zhuang)态應符合(he)如下四條(tiao)要求:
2.3.1流體(ti)必須是牛(niu)頓流體，在(zai)物理學和(he)熱力學上(shang)是均勻的(de)、單相的，或(huo)者可認爲(wei)是單相的(de)流體。
2.3.2流體(ti)流動是穩(wen)定流或随(sui)時間變化(hua)不大的緩(huan)變流
2.3.3流體(ti)必須滿管(guan)流，流經節(jie)流件前流(liu)動應達到(dao)充分紊流(liu)，流束平行(hang)于管道軸(zhou)線且無旋(xuan)轉，流經節(jie)流件時不(bu)發生相變(bian)。
2.3.4流體通過(guo)孔闆節流(liu)裝置的流(liu)動，必須保(bao)持孔闆下(xia)遊靜壓與(yu)孔闆.上遊(you)靜壓之比(bi)不小于0.75，管(guan)道雷諾數(shu)Re≥5000(角接取壓(ya))和管道雷(lei)諾數Re≥1260B2D(法蘭(lan)取壓)。
3天然(ran)氣孔闆流(liu)量計不确(que)定度分析(xi)
　　由于存在(zai)取壓方式(shi)(角接取壓(ya)、法蘭取壓(ya))的影響;流(liu)量計算假(jia)設條件等(deng)因素的影(ying)響;孔闆加(jia)工、安裝等(deng)技術要求(qiu)。孔闆流量(liang)計的使用(yong)和流量計(ji)算必須嚴(yan)格遵守規(gui)範規定，否(fou)則，其流量(liang)測量的不(bu)确定度無(wu)法計算或(huo)誤差較大(da)。
　　根據天然(ran)氣孔闆流(liu)量計的流(liu)量方程(公(gong)式1)可知，影(ying)響流量測(ce)量的精度(du)主要由流(liu)出系數C、可(ke)膨脹系數(shu)、差壓和天(tian)然氣的物(wu)性。
3.1流出系(xi)數不确定(ding)度變化
　　流(liu)出系數C是(shi)爲了補償(chang)任意兩點(dian)的摩擦影(ying)響所列人(ren)的一一個(ge)經驗系數(shu)，它與節流(liu)件的幾何(he)形狀、取壓(ya)位置及雷(lei)諾數等有(you)關，通常由(you)試驗确定(ding)。當直管段(duan)長度符合(he)SY/T6143--2004的規定的(de)節流前10D和(he)節流後4D長(zhang)的測量管(guan)，圓度滿足(zu)不大于士(shi)0.3%的标準規(gui)定，則流出(chu)系數不确(que)定度8clc隻随(sui)β值的不同(tong)而不同。此(ci)時，當β≤0.6時，則(ze)δc/c=±0.6%;當β>0.60時,則δc/c=±β%。
3.2天(tian)然氣可膨(peng)脹系數不(bu)确定度變(bian)化
　　當所測(ce)天然氣流(liu)經孔闆時(shi)，由于流速(su)和壓力的(de)改變而伴(ban)随着密度(du)的改變(氣(qi)體壓力從(cong)p1降爲p2,因膨(peng)脹而使密(mi)度減小)，爲(wei)适應此種(zhong)變化以修(xiu)正因假設(she)密度等于(yu)常量而對(dui)流量引起(qi)的偏差，因(yin)此必須加(jia)入一個系(xi)數,這個系(xi)數被稱爲(wei)可膨脹系(xi)數e。
 
　　對于天(tian)然氣而言(yan)，可膨脹性(xing)系數的不(bu)确定度爲(wei):δc/c=±4(△p/p1)%
　　它與孔闆(pan)流量計實(shi)測差壓△p成(cheng)正比，與靜(jing)壓p1成反比(bi)。目前在天(tian)然氣計量(liang)中差壓值(zhi)-般在5000Pa之内(nei)，靜壓在1-10MPa範(fan)圍内，因此(ci)δc/c最小爲±0.0002%，最(zui)大爲±0.2%或更(geng)大。
3.3天然氣(qi)密度測量(liang)不确定度(du)δρ/ρ
　　密度取值(zhi)按測量方(fang)法的不同(tong)而異，其一(yi)爲直接密(mi)度測量，由(you)密度計直(zhi)接決定其(qi)值;天然氣(qi)密度測量(liang)的不确定(ding)度δρ/ρ最小爲(wei)±1.013%，最大爲±1.571%或(huo)更大。
3.4差壓(ya)P的不确定(ding)度
　　标準SY/T6143--2004中(zhong)的流量實(shi)用公式在(zai)應用能量(liang)方程導出(chu)過程中，規(gui)定測量管(guan)道水平(包(bao)括上、下遊(you)側的測量(liang)管)。因此，其(qi)上、下遊取(qu)壓口的位(wei)置差爲零(ling)，差壓Ap則是(shi)在孔闆上(shang)、下遊側所(suo)規定的取(qu)壓口位置(zhi)上量得的(de)靜壓之差(cha)。
 
　　式中:ξ△p爲差(cha)壓計的精(jing)度等級;△pk,爲(wei)差壓計的(de)量程;△pf爲預(yu)定差壓測(ce)量值。
　　由此(ci)可見，當所(suo)用差壓計(ji)的精度爲(wei)0.5級，量程爲(wei)0~ 600kpa,預設差壓(ya)測量值爲(wei)300kpa時，對于天(tian)然氣孔闆(pan)流量 計，置(zhi)信概率爲(wei)95%的測量總(zong)不确定度(du)爲: 天然氣(qi)流量測量(liang)的總不确(que)定度，據SY/T6143-2004規(gui)定，實際上(shang)就是測量(liang)系統的測(ce)量值與真(zhen)值比較，置(zhi)信概率爲(wei)95%的正确度(du)，其測量的(de)總不确定(ding)度8Qn/Qn最小爲(wei)±0.82%,最大爲±4.52%或(huo)更大。
4孔闆(pan)流量計使(shi)用中的測(ce)量誤差分(fen)析
　　在實際(ji)應用時，對(dui)于孔闆流(liu)量計如果(guo)使用不當(dang),會造成很(hen)大的測量(liang)誤差，有時(shi)可達到20%左(zuo)右。在流量(liang)計的使用(yong)中，如何減(jian)少其測量(liang)誤差，必須(xu)考慮流量(liang)的測量原(yuan)理和結構(gou)形式，注意(yi)使用條件(jian)和測量對(dui)象的物理(li)性質是否(fou)與所選用(yong)的流量計(ji)性能相适(shi)應。下面就(jiu)其測量誤(wu)差進行分(fen)析:
4.1流量計(ji)算方程描(miao)述流體是(shi)充滿圓管(guan)的、充分發(fa)展的定常(chang)流。若流動(dong)狀态真實(shi)性無法确(que)定,如果仍(reng)按照原有(you)的儀表常(chang)數推算流(liu)量，将與實(shi)際流量存(cun)在誤差。
4.2天(tian)然氣以甲(jia)烷爲主加(jia)上乙烷和(he)其他少量(liang)的輕烴，真(zhen)實相對密(mi)度小于或(huo)等于0.75。由于(yu)被測介質(zhi)實際特性(xing)的不确定(ding)因素，以及(ji)實際物性(xing)變化影響(xiang)儀表正常(chang)工作等對(dui)流量測量(liang)的不确定(ding)度産生影(ying)響。
4.3孔闆的(de)結構設計(ji)、加工、裝配(pei)、安裝、檢驗(yan)和使用必(bi)須符合标(biao)準規定的(de)全部技術(shu)要求。由于(yu)各個裝置(zhi)自身及環(huan)境條件因(yin)素引起的(de)不确定因(yin)素。
4.3.1孔闆安(an)裝不正确(que)
　　管道水平(ping)安裝，如果(guo)孔闆開孔(kong)中心與管(guan)道中心線(xian)不同心;如(ru)果在安裝(zhuang)過程中存(cun)在引壓管(guan)堵塞及墊(nian)片等凸出(chu)物，則會造(zao)成孔闆前(qian)後壓差測(ce)量不正确(que)，從而造成(cheng)測量誤差(cha)。
4.3.2孔闆入口(kou)邊緣被磨(mo)損
　　在使用(yong)中，由于流(liu)體的磨蝕(shi)作用，使孔(kong)闆的入口(kou)邊緣變鈍(dun)，被磨成圓(yuan)形入口邊(bian)緣。結果是(shi)在相同的(de)流量下，孔(kong)口收縮系(xi)數變大，造(zao)成差壓發(fa)生變化，造(zao)成測量誤(wu)差。
4.3.3孔闆表(biao)面的結垢(gou)
　　長期使用(yong)時，孔闆表(biao)面結垢，使(shi)孔闆的流(liu)通面積變(bian)小，從而造(zao)成差壓增(zeng)大，使流量(liang)計測量值(zhi)大于實際(ji)值，影響計(ji)量精度。
4.4差(cha)壓變送器(qi)零點漂移(yi)和量程設(she)置不當
　　由(you)于時間較(jiao)長，變送器(qi)的零點會(hui)發生漂移(yi)，這時差壓(ya)變送器的(de)輸人和輸(shu)出信号發(fa)生變化。若(ruo)不及時調(diao)整，會造成(cheng)實測流量(liang)值偏低或(huo)偏高。
5結束(shu)語
　　客觀地(di)講，在采用(yong)孔闆流量(liang)計測量天(tian)然氣流量(liang)時，對孔闆(pan)流量計的(de)一次裝置(zhi)(孔闆節流(liu)裝置)和二(er)次儀表(差(cha)壓、靜壓、溫(wen)度、被測介(jie)質物性等(deng))的選擇、設(she)計、安裝、使(shi)用嚴格按(an)照SY/T6143-2004國家标(biao)準進行，加(jia)上不定期(qi)維護和檢(jian)查，才能保(bao)證天然氣(qi)孔闆流量(liang)計的測量(liang)精度。

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