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(kǒng)闆流量計在天(tiān)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(pǎn)流量計 是目前(qian)世界上應用範(fan)圍最爲廣泛的(de)流量計量儀✍️表(biao)之一。所有單相(xiàng)流體都可以測(cè)量。由于應用曆(li)史悠久，在試驗(yàn)研究中積累的(de)豐富資料和統(tong)計數據，用幹标(biao)的方法即可保(bǎo)證流量計計量(liàng)精度，這在所有(you)流量儀表中是(shì)唯一的。多年應(yīng)用經驗及現場(chǎng)實🌐流對比證明(míng)，孔闆流量計工(gōng)作非常穩定可(ke)靠。
　　 孔闆流量計(jì)在天然氣計量(liang)方面應用廣泛(fàn)，目前全國許多(duō)油氣田、長輸管(guan)道的天然氣交(jiāo)接計量都采用(yong)孔闆流量計完(wán)成，到現在已經(jīng)形成了許多應(yīng)用經驗，值得總(zong)結探讨。
1孔闆流(liu)量計類型
　　 目前(qian)廣泛使用的孔(kǒng)闆一次裝置分(fèn)爲兩種，一種是(shi)簡易孔闆截流(liu)裝置，一種是高(gāo)級孔闆閥。
　　 簡易(yì)孔闆截流裝置(zhi)：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(dān)，造價低。
　　 高級孔(kong)闆閥：精度比簡(jian)易孔闆截流裝(zhuāng)置高，檢查、更換(huàn)孔闆、維修時可(ke)以不停止生産(chǎn)，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(pǎn)檢查及更換。操(cāo)作靈活方便。
2工(gong)作原理
　　 流體在(zai)流動過程中，在(zai)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(bìng)可以利用這種(zhong)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(mian)時，由于流通面(mian)積突然縮👄小，促(cù)使流束産生局(ju)部收縮，流速加(jia)快，靜壓力降低(dī)，因而在孔闆前(qian)後出現壓力差(chà)（簡稱差壓）。可以(yǐ)通😘過測量此差(cha)壓的大小✊按一(yi)定的函數關系(xi)來計算出流量(liàng)值。根據能量守(shou)恒定律及🌂流體(tǐ)連續性原理，節(jiē)流⭐裝置的流量(liàng)⛷️方程可以寫❤️成(chéng)：

　　 式中，M爲質量流(liú)量，kg/s；Q爲體積流量(liàng)，m3/s；ɑ爲流量系數；?爲(wèi)流量膨脹系數(shù)；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(wei)節流元件前後(hòu)壓力差，即Δρ＝ρ1－ρ2，Pa。
　　 由式(shì)（1）和（2）可見，天然氣(qì)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(fāng)根成正比。基于(yu)此原理，孔闆流(liu)量計📱通過測量(liàng)孔闆前後差壓(ya)，經過計算🔞換算(suan)出天然氣的流(liú)量。
3孔闆流量計(ji)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(yi)表組成的一個(gè)整體🙇‍♀️，其選型包(bao)括高級孔闆閥(fa)、 差壓變送器 、 壓(yā)力變送器 、 溫度(du)變送器 的選型(xíng)。
　　 孔闆流量計的(de)選型最基本内(nèi)容即是通過計(jì)算獲得孔闆🏃‍♀️片(pian)标♋準開口尺寸(cùn)d20和孔闆片前後(hou)差壓值。目前我(wǒ)們采用符合GB/T21446-2008标(biao)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(ji)20℃條件下檢測的(de)測量管直徑（孔(kong)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(zé)内徑較小的測(ce)量❌管，提高差壓(ya)和孔徑比。
計算(suàn)天然氣真實相(xiàng)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(suan)管徑雷諾數。
2）計(ji)算順序：
計算近(jin)似值
　　 将β近似值(zhí)帶入工時最終(zhōng)求出值（孔徑比(bǐ)）和d值（開孔直徑(jìng)），進而求出d20，即孔(kǒng)闆在20℃條件下測(ce)量出的孔徑值(zhí)。
　　 需要注意的是(shì)，由于單片孔闆(pan)量程比隻能達(dá)到1：3，最多不超過(guò)🈚1：4，因此對于流量(liàng)範圍較大的工(gong)況，可将流量值(zhí)分作2～3段，分别計(jì)算出🥰口徑從大(da)到小的2～3片孔闆(pǎn)。
　　 結合孔闆閥孔(kǒng)徑、孔闆開孔直(zhí)徑和介質工藝(yi)條件，就可以計(ji)算出ΔPmax和ΔPmin。
　　 計算完(wan)畢後，結合工藝(yì)介質條件即可(ke)選擇适合設計(ji)工況🔞的高級孔(kong)闆閥和孔闆片(piàn)，并可确定差壓(ya)檢測範圍，再根(gēn)據工況确定壓(ya)力、溫度補償儀(yí)表的測量範圍(wei)，孔闆閥💛的選型(xing)就完成了。
3.2孔闆(pan)流量計的安裝(zhuang)
　　 孔闆流量計的(de)安裝調校，必須(xū)嚴格按照相關(guan)國家标準GB/T21446-2008進行(háng)。
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(ce)💔流體穩流的作(zuò)用，孔闆流量計(jì)的直管段由其(qi)前端安裝的阻(zu)流件形式和直(zhi)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(què)定直管段長度(dù)，GB/T21446-2008規定了各種阻(zu)流件要求的最(zui)短直管段長度(dù)，但在孔闆上遊(yóu)安裝整流器的(de)情況下，可以縮(suō)短直管段的長(zhang)度，因此該标準(zhun)也推薦采用整(zhěng)流器✍️。
　　 根據規範(fàn)的要求，目前我(wǒ)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(chu)安裝⭐整流🔴器，再(zai)保證30D的前直管(guan)段的情況下，可(kě)以滿足任何🈲上(shàng)遊阻流件下的(de)安裝，目前這樣(yang)的直管段配置(zhi)已經在設計中(zhong)普遍💃采用，相對(dui)而言，後直管段(duàn)的确定則比較(jiao)簡單，僅僅由直(zhí)徑比🐅确定，直管(guan)段安裝如圖1所(suǒ)示。

　　 值得(dé)注意的是，由于(yu)安裝在孔闆上(shang)遊和阻流件之(zhī)間的直管✨段✂️由(you)兩種管段組成(chéng)，一截是孔闆配(pèi)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(quan)一樣的情況，這(zhe)樣會形成一個(ge)凸⛱️台，根據經驗(yan)，10D之外台階h不超(chāo)過2%的圓度要求(qiú)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(du)的0.4%時，即🐆認爲管(guǎn)道是直的。通常(cháng)隻需目測檢驗(yan)，上下遊直管段(duàn)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(zhōng)。實驗表明，孔闆(pan)偏心引起的計(jì)量誤差一般在(zài)2%以内，孔徑比值(zhi)愈☂️高，偏心率影(yǐng)響☀️愈大，應不用(yong)值高的孔闆。
　　 不(bú)能使孔闆發生(sheng)彎曲或變形，否(fǒu)則将導緻流量(liàng)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(chà)約爲3.5%。
3）變送器安(ān)裝要求
　　 差壓和(he)壓力引壓管段(duan)在不影響儀表(biao)安裝操作的前(qián)提下應盡量短(duan)，這樣便于保溫(wēn)和防凍，同時因(yīn)具有一定斜度(du)，使天然氣中産(chan)生的凝液不緻(zhì)在變送器側彙(huì)🈲集3。
4）其他安裝要(yao)求
　　 所有墊片不(bu)能用太厚的材(cái)料，最好不超過(guò)0.5mm，墊片不能突💚出(chu)管壁🐪内否則可(kě)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(zhí)管段長㊙️度以外(wai)。
節流裝置在工(gong)藝管道上的安(an)裝，必須在管道(dào)清洗☂️吹掃後進(jin)行。
4存在問題及(jí)解決方法
4.1存在(zài)的問題
1）儀表本(ben)身計量精度問(wen)題
　　 盡管孔闆流(liu)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(yí)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(jù)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(zhong)屬于中等水平(píng)，孔闆流量計在(zai)流體較爲幹淨(jìng)、直管段較長、流(liú)體處于紊流狀(zhuang)🛀态（雷諾數大于(yu)4000）時，測量精度較(jiào)高。但由于氣質(zhi)、計量直管段沒(mei)有達到要求，造(zao)成🌈孔闆入口銳(rui)角損傷；液體及(ji)固體污物堆積(ji)在孔闆表面，使(shi)孔闆♍表面粗糙(cāo)度改變，大大增(zeng)加測量誤差。
2）量(liàng)程比問題
　　 孔闆(pǎn)流量計測量範(fan)圍太窄，這是此(ci)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(wei)平方關系，一般(bān)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(gong)程中有時難以(yi)滿足。
孔闆閥與(yu)差壓、壓力檢測(cè)儀表之間引壓(yā)管線易産生洩(xiè)漏、凍☎️堵等問題(ti)。
4）使用中産生的(de)問題
　　 孔闆彎曲(qu)變形，上遊端面(miàn)沉積髒物，孔闆(pan)入口直角邊緣(yuan)破損等✔️問題都(dou)會影響到計量(liàng)精度。
4.2解決天然(ran)氣計量問題的(de)途徑
1）保證安裝(zhuang)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(xiang)到孔💛闆流量計(ji)測量精度，因此(ci)安裝時必須嚴(yan)格按要求✏️施工(gong)，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(xiu)、維護、保🍓養工作(zuo)，延長其使用壽(shòu)命，對于實際使(shǐ)用中的壓力、溫(wēn)度、流量等工況(kuàng)參數的變化，應(yīng)進行及🥰時修改(gai)以減🔞小計量誤(wù)差。
2）采用多種辦(bàn)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(bian)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(kuo)大量程比，提高(gao)💛測量的有效範(fàn)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(fa)配套兩台差壓(ya)變送器，根據實(shi)際差壓🚶‍♀️的變化(huà)，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(liang)的方式
　　針對天(tian)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(liang)計，根據流量峰(feng)值和低谷的時(shi)間🔞段，手⭕動或自(zi)動切換介質♋流(liu)路，實現寬量程(cheng)的計量。
5結束語(yu)
　　孔闆流量計已(yǐ)經應用多年，在(zai)總結問題的基(jī)礎上得⛹🏻‍♀️出更加(jia)🤞科🙇‍♀️學可靠的設(she)計、使用方法十(shí)分重要。随着流(liú)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(kě)靠、經濟和方便(biàn)耐用的儀表設(shè)備仍然可以适(shi)用未來能量交(jiao)接的計量場合(hé)，潛力依舊🈲可觀(guan)。

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