引言
随着天然氣(qi)在我國的發展速(sù)度飛快，所以需要(yào)精度高的天❗然🔴氣(qì)流量測量計。目前(qian)我國大部分天然(rán)氣企🧡業采用的天(tian)然氣流❓量測量儀(yí)器爲孔闆流量計(jì)
，其具有結構簡單(dan)，造價便宜且其測(cè)量精度高的優點(diǎn)。據有關數據表明(míng)，超過百分之九十(shi)五的石油天然氣(qì)👣企業把孔闆流🔆量(liàng)計用在貿易計量(liàng)計上。孔闆流量計(ji)是檢測裝在管路(lù)中的☔同心孔闆兩(liǎng)邊的壓力差來得(de)到流量數🛀據的一(yi)類💁檢測儀器🌏。其主(zhu)要是⭐由節流裝置(zhi)、差壓計、壓力計和(he)
溫度計
構成。它根(gen)據能量守恒定律(lǜ)和流動連續性方(fang)程這些原理來設(shè)計制造的。它的計(ji)算天然氣流量的(de)方法是通過節流(liu)裝置産生壓力差(cha)，然後再進過一些(xiē)儀器測量壓力差(chà)和壓力、溫度⛷️，最後(hòu)在使用流量積算(suan)儀或者♻️計算機控(kong)制系統最😘後得到(dào)數據。
1 孔闆流量計(jì)工作原理及特點(diǎn)
孔闆流量計以能(néng)量守恒定律和流(liu)動連續性方程☂️爲(wei)設計原理，其計算(suàn)方法是根據裝在(zài)管路中的同⚽心孔(kǒng)闆兩邊的壓力差(chà)來計算的，其結構(gòu)是由溫度計、壓力(li)計、節流裝置等構(gou)成。由于其造價便(biàn)宜，結構簡單，具有(you)較高的測量精度(du)，并且适用于精度(dù)要求❤️不高的工程(chéng)🔆測量以及貿💰易。我(wǒ)國使用孔闆流量(liang)計🎯已經有很長♉的(de)一段時間了，并擁(yōng)有非常成熟🔅的孔(kǒng)闆流量計設計，生(sheng)産，加工經驗，其生(shēng)産的孔闆流量計(ji)也可以測量一些(xie)未知範圍的天然(ran)氣流量。現目前，我(wo)國主流的天然氣(qi)測量儀器還是孔(kong)闆流量計。
2 天然氣(qi)流量計算方法
2.1 天(tiān)然氣體積流量計(ji)算基本公式
（1）
式中(zhōng) Qn———标準狀态下天然(rán)氣體積流量，m3/s；
C———流出(chū)系數；
β———直徑比；
ε———可膨(peng)脹系數；
d———孔闆開孔(kǒng)直徑，mm；
Δp———節流件前後(hòu)的壓差，Pa；
ρ1———天然氣在(zai)上遊工況條件下(xia)的密度，kg/m3；
ρn———天然氣在(zai)标準狀态下的密(mì)度，kg/m3。
2.2 天然氣體積流(liú)量計算實用公式(shì)
（2）
式中，As———秒計量系數(shu)，視采用計量單位(wei)而定，此式As=3.1794×10-6；
E———漸進速(sù)度系數；
FG———相對密度(dù)系數；
Fz———超壓縮因子(zǐ)；
Fr———流動溫度系數；
P1———孔(kong)闆上遊取壓孔絕(jué)對靜壓，MPa。
3 孔闆流量(liang)計計量誤差分析(xī)
3.1 流出系數C對計量(liàng)精度的影響
孔闆(pan)流量計的校準于(yú)流出系數有關，它(ta)需要在上💛遊直👉管(guan)段達到足夠的長(zhang)度，同時其的節流(liú)裝置需要到達必(bi)要的技術要求⁉️。而(er)流動系數又與雷(lei)諾數有關且随其(qi)變👣化。c值增大時，雷(léi)諾數會變小，反之(zhi)則c值減小時，雷諾(nuò)數會🆚增大。流動系(xi)數C也會随着流量(liàng)變化而變化，其變(biàn)化是随流量的變(bian)大而減小，當實際(jì)的流量比🐇刻度流(liu)量小時，則由其帶(dai)來的流量誤差會(hui)增大。同時C值是個(ge)變量，其根據雷諾(nuò)數改變而🐆改變，當(dang)雷諾數到一定值(zhi)時，其變化量将會(hui)變小。關于法蘭取(qu)壓，雷諾數要超過(guò)106，而🌐關于交接取壓(yā)其值要超過210.
3.2 被測(ce)介質實際物理性(xìng)質的不确定度因(yīn)素
（1）天然氣相對密(mi)度對流量計量的(de)影響。
天然氣流量(liang)值會随着1/Gr變化而(er)變化，其兩者之間(jiān)關系是正比例關(guān)系，這一點可以從(cóng)上面公式（2）中可得(dé)知中可以看出。假(jiǎ)如把Gr看作一個單(dan)獨的量，那麽當Gr的(de)不确定度爲正負(fù)百分之零點五，這(zhè)是天然氣标準體(ti)積流量的不确定(dìng)因素爲♍正負百分(fen)之零點二五，因此(ci)顯而💰易見流量計(jì)量會受到天然氣(qi)實際的🛀🏻相對密度(du)的♻️影響。而導緻Gr不(bú)确定度出現的原(yuan)因是由于沒有測(cè)量和分析以及确(què)定出⭐真實天然氣(qi)的相關物理參數(shù)。例如♋，實際空氣的(de)組分偏離标準組(zu)分的偏離程度，各(ge)有關🐅組分分🏃🏻子量(liàng)測量的不确定度(du)。目前Gr有兩種辦法(fǎ)确認，第一是用浮(fú)力氣體天平、動量(liàng)比重計等儀器檢(jian)測其實際相對密(mi)度；第二種是采❄️用(yòng)氣分析儀器，先得(de)知天然氣的全部(bu)組成部分，再根據(jù)其算出Cr值。現在我(wǒ)們國家通常使用(yong)後一種方法。但是(shi)因🌈爲存在着壓力(li)溫度差，所以Gr是一(yī)個⁉️變量。這時需要(yao)使用在線色譜，觀(guān)察其變化狀況，從(cong)而進一步增加計(ji)量的精度。
（2）天然氣(qì)壓縮因子對流量(liàng)計量的影響。
流量(liàng)計
量的結果通常(chang)表現爲在實際運(yùn)行中的流量流出(chu)，但是因爲💛各🍉個工(gōng)程的實際情況不(bú)同，那麽這時候就(jiù)一般認爲标準氣(qi)體流量。當我們遇(yu)到外部因素🔞的影(yǐng)響🌏時（氣壓不高、溫(wen)🌏度高），也可以用理(li)想氣體方程等到(dào)體積流量。然而現(xiàn)實和理想是有差(chà)異的，同樣的現實(shí)氣體也同樣與理(lǐ)想氣體有㊙️差異，特(te)别是在由于管道(dao)壓力大和其溫差(cha)大時，理想氣體狀(zhuàng)态🐉方程不在适用(yòng)在這裏。可以計算(suan)出天然氣壓縮系(xi)數辦法的有三種(zhong)，第一是用卡茨曲(qu)線圖求解法，其優(yōu)點在于求解方法(fǎ)快速，使用方便，但(dan)其缺點就是✉️誤差(cha)較大。第二是采用(yòng)卡茨表求解法，但(dàn)其缺點在于算法(fa)繁瑣，當沒有有關(guān)㊙️壓縮系數時還要(yào)用到内插法，但其(qí)優點在于算出🌏的(de)數值🧡最準确。第三(san)種是查閱《天然氣(qì)壓縮系數速查手(shǒu)冊》。
（3）可膨脹系數ε對(dui)流量計量的影響(xiang)。
我們需要在氣體(tǐ)經過孔闆的時候(hou)對密度的影響📱的(de)變👈化加入一個修(xiū)正系數ε。這個引進(jìn)的系數使我🧑🏾🤝🧑🏼們在(zai)實際工作中産生(shēng)誤差一個主要的(de)原因。如果工作中(zhōng)📱天然氣的流量沒(mei)有達到預期的程(chéng)度的時候，真正的(de)修正系數的ε會比(bi)規🐅劃中的ε要小很(hěn)多。最後讓工作中(zhong)得出的結果😄數據(jù)要比預期的數據(ju)小很多。假設真正(zhèng)修正系數比工作(zuo)中的修正系🚶♀️數要(yao)大，最後得🔴到的結(jie)果也要比真正地(dì)結果要大很多。
（4）脈(mo)動流對流量計量(liàng)的影響。
造成脈動(dòng)流的根本原因是(shì)因爲儀器管道中(zhong)氣體流過的速度(du)還有氣體的壓力(lì)産生改變，這個改(gǎi)變能夠引導出壓(yā)力差的改變，讓我(wo)們儀器記錄下來(lái)的線條是不是一(yi)根線。而是一段寬(kuān)帶。然而讓這個脈(mò)動流産生的原因(yīn)有些隻有一個，而(er)另一些卻是⛷️有很(hen)多個原因結合到(dao)一起的。比如我們(men)長距離管道中殘(cán)餘液體的積累，壓(yā)縮天然氣的儀器(qi)的使用，天然氣井(jing)田中壓力的變化(huà)擾動，天然氣使用(yong)單位不能很平均(jun1)的使用天然氣。能(neng)夠有穩定的流量(liàng)流動才是截留裝(zhuāng)置計算流量最基(jī)本的因素，當我們(men)需要測量的單位(wèi)産生波動的時候(hou)，我們就不能很好(hao)的對其進行測量(liàng)，這樣就會使測量(liàng)的誤差增大。因此(ci)我們爲了讓我們(men)最終的測☔量結果(guo)誤差小，就有必要(yào)對脈動流進行削(xuē)弱。
3.3 儀器的設計、安(ān)裝管理誤差分析(xī)
（1）儀器的設計誤差(chà)
儀器差生誤差的(de)原因是因爲儀器(qi)本身設計的不足(zú)或者是因爲在儀(yí)器使用的時候産(chǎn)生了一些不可預(yù)🌈測的改變🧑🏽🤝🧑🏻。這種誤(wù)差主要是以下幾(jǐ)個方面體現出來(lái)🛀🏻：第一是☔因爲儀器(qi)孔闆的上面構成(chéng)角度的尖銳程度(du)♉還沒有達到預期(qi)的标準，儀器管孔(kǒng)的參數沒有按照(zhào)計算制造，儀器控(kong)闆的高🍉不能達到(dào)工👌作标準，或者是(shi)工作本身就沒有(yǒu)按照規定的流程(cheng)進行，緻使工作中(zhong)❤️出現許多不可逆(ni)的失誤，最終導緻(zhi)誤差的産生。
（2）安裝(zhuāng)管理誤差
那麽這(zhe)個誤差會最後發(fa)展成一個不能有(yǒu)一個準确判定的(de)持續差生誤差的(de)源頭。産生這種誤(wù)差有很強的普通(tong)性。比如在施工的(de)時候，符合要求的(de)施工材料不夠，施(shī)工的材💞料參數不(bú)能滿足施工所需(xu)要的參數，這些參(cān)數具體體現在材(cái)料的長度，材料的(de)制造工藝㊙️，材料孔(kong)闆的形變，還有材(cai)料中冗餘物🌏質對(duì)材料本身參數造(zào)成的映🌈像，材料雷(léi)諾參數的不能滿(man)足制造所需的要(yao)求，材料焊㊙️接的位(wei)置發生偏👨❤️👨差。而管(guǎn)理上面的👣錯誤主(zhǔ)要在于：工㊙️作儀器(qì)不是⭐我們所需🧑🏽🤝🧑🏻要(yào)的儀器、孔闆的直(zhi)徑不能通過相😄應(yīng)的❓流量，引壓管、平(píng)衡閥、差壓計各連(lián)接部位發生的錯(cuo)誤，人員自身✉️操作(zuò)産生的錯誤。
3.4 流量(liàng)積算方法不當對(duì)計量的影響
現階(jie)段我們使用的一(yi)般的孔闆節流裝(zhuāng)置和與它解構不(bu)一樣的二次測量(liang)工具使用不一樣(yang)的數據計算方法(fǎ)。我們需要使用符(fú)合規則的孔闆流(liú)量工具來計算天(tian)然氣的流量，它的(de)數據和天然氣的(de)各個方面都有密(mi)不可分的聯系。假(jia)設我們使用的流(liú)量測量體系并沒(mei)有符合相應的配(pei)置工具，它就會在(zài)工作時不能夠進(jìn)行準确的計算，使(shǐ)儀器的誤差增大(dà)。
4 孔闆流量計運行(háng)中準确計量的影(yǐng)響因素
現階段我(wǒ)們的儀器維護闆(pan)的流量統計表經(jing)過長❄️期的使用經(jīng)常出現一下一些(xie)問題：
（1）我們使用的(de)最基本的孔闆測(ce)量儀器，有一個能(néng)夠測💃量🐉的🏃範🌈圍🤩有(yǒu)限、測量的準确性(xìng)不高、測量本體的(de)環境因素👌影響較(jiao)多時我們需要使(shǐ)用不同的孔闆原(yuan)件。
（2）在一些特殊的(de)時間裏，我們的天(tian)然氣中含有許多(duō)的🏃♂️雜質，使⭕天然氣(qì)的純度得不到提(ti)高。這會讓計量儀(yi)器🔆管道被堵塞，造(zao)成一🔞些其實可以(yǐ)避免的誤差。
（3）因爲(wei)現階段的天然氣(qì)與天然氣液體不(bú)能很好的🥵分👅開，會(hui)♌讓💯導出壓力的管(guan)道中和壓力計算(suàn)記因爲正壓與負(fù)面壓力而産生多(duō)餘的水分與油，這(zhè)會讓💃🏻差壓計因爲(wèi)有多餘的❓液體而(er)計算不🚶♀️準确。
（4）孔闆(pǎn)在每隔一段時間(jiān)都需要檢查一次(cì)，還需要經過洗淨(jing)與測量常規參數(shù)，但是天然氣計的(de)工作條件不⭐好，不(bu)能每隔一段時間(jiān)就進行檢查與維(wei)修。
（5）當介質的壓力(lì)和溫度都發生不(bú)同的變化的時候(hou)❤️，天然氣㊙️的體👅積也(ye)會跟随這變化，這(zhe)會讓天然氣計出(chu)現🥵誤差。
5 提高孔闆(pǎn)流量計計量精度(dù)的措施
我們從計(jì)量天然氣産生誤(wu)差的原因入手，研(yan)究出幾種在進行(hang)⚽天然氣計量不同(tóng)時間段的不同辦(ban)法來降🧑🏽🤝🧑🏻低誤差。
5.1 孔(kong)闆流量計的設計(jì)安裝上應嚴格符(fú)合技術标準
我們(men)現階段的孔闆節(jie)流裝置應該要和(hé)規定（SY/T6143-1996）所有的指标(biāo)🏃🏻都❌要吻合，尤其實(shí)在進行安裝的時(shi)候，必須要與響應(yīng)🤟的參數來匹配相(xiàng)應的材料，大多數(shu)情況下都需要最(zui)少👌前30D。
5.2 消除脈動流(liú)
（1）使用風吹，掃除的(de)，清理管道或者在(zai)低的地方使用分(fèn)液器來讓管道中(zhong)多餘的液體減少(shao)。
（2）我們需要我計量(liang)能力能夠做到的(de)情況下，使測量管(guan)道的内徑見效，從(cong)而讓差壓和孔徑(jing)比得到提高。
（3）在實(shi)際工作中，我們要(yao)盡可能使用短引(yin)壓管線，這樣的🚩目(mu)的是爲了讓引壓(yā)管線中的阻力，而(ér)且還能讓上遊和(he)下遊🌍的管線的長(zhang)一樣。這樣就能在(zai)實際🔞工作中降低(dī)工作系統🏃裏的諧(xié)振和壓力脈動振(zhen)幅🍓。
（4）我們需要将測(ce)量點的前面增加(jiā)一個調整壓力的(de)閥♋門，使♉壓力能夠(gòu)平穩的被輸出，在(zài)測量管前面增加(jia)一個緩沖罐用來(lai)使氣體得到儲存(cun)和釋放也能起到(dao)見效誤差的作用(yong)。
（5）控制計量管段下(xia)流閥。
5.3 量值溯源
因(yin)爲我們所需要的(de)流量的參數不是(shi)一塵不變的，所以(yi)如何✉️讓讓儀表更(gèng)加準确使我們現(xiàn)階段亟待解決💞的(de)一個問題之一，我(wǒ)們所采取的方法(fǎ)是量值🤟溯源。
（1）作爲(wei)原級标準的固定(ding)裝置之一，流量量(liàng)值的和流量計有(yǒu)着非常巨大的不(bu)同。流量量值的标(biao)準不能進行移動(dong)，所以🔅它不可以很(hen)好的把流量參數(shù)的變🏃化性展現出(chū)來。怎麽樣才能把(ba)✍️流量計上的最基(jī)本♍的擦描述整合(he)成爲💯導出的兩，在(zai)現階段仍然是一(yī)💯個巨大的挑戰。
（2）在(zai)我們的孔闆節流(liú)的裝置的所有的(de)程序都滿足😄了現(xian)階段對此的規章(zhāng)要求的時候，我們(men)的裝置就可以與(yu)幾何學與流體力(lì)😍學一樣。我們可以(yǐ)以此爲㊙️基本，對我(wo)們需要的參宿進(jin)行溯源，我們的節(jie)流裝部分用長度(du)進行檢測，壓力、溫(wēn)度、時間或氣樣分(fen)析用各自的标準(zhun)器具或标準樣氣(qi)進行🍉檢驗，并将标(biāo)準器與國家基準(zhǔn)建立溯源鏈。
（3）在一(yī)些用于商業用途(tu)的計量流量的裝(zhuang)置裏，我們在流量(liàng)計工🙇🏻作一個時間(jian)段之後，我們就要(yào)對我們🥰的儀器進(jìn)行檢🐕測與維修，使(shi)我們的儀器能夠(gòu)準确。
5.4 加強業務培(péi)訓，建立健全各項(xiàng)規章制度
我們需(xū)要對員工進行強(qiáng)化訓練，使他們能(néng)夠提高自身的技(ji)術能力水平，使他(tā)們能夠在出現問(wen)題的同時㊙️能夠及(jí)時的檢測出來并(bìng)且能夠将其維修(xiū)完好，讓工🌍作原件(jian)的工作壽命能夠(gòu)得到最大化的提(tí)⛱️升。我們還需要擁(yong)有‼️一個完善的計(ji)量責任體制，讓員(yuán)工按照規章制度(dù)對儀器進行定期(qī)的維護與修🔞理，并(bing)且對每一❓個儀器(qì)都能有☔一個完備(bei)的資⭕料庫，這樣才(cai)能使工作人員能(néng)夠及時的發現問(wèn)題并且進💞行處理(li)。在現階段的規定(dìng)中，我們必須對我(wo)們的儀器進行♻️每(mei)個月一次的清潔(jié)處理，檢查我們儀(yi)器的計量準确度(du)，儀器的D/A轉換通道(dào)，還有對儀器計算(suan)流量的程序、有損(sǔn)壞的孔闆都要做(zuo)好及時檢測與⁉️更(gèng)換，最後我們必須(xu)要把天然氣的生(sheng)産檢測狀況🈲的檢(jiǎn)測加♉強，這樣才能(neng)提高檢測的準🌂确(que)成都，從根源上減(jiǎn)少誤差。
5.5 孔闆流量(liang)計發展與展望
孔(kong)闆流量計是一種(zhong)很實用并且發展(zhan)時間很長的流量(liàng)計算工具，它由很(hěn)多個相互不聯系(xì)的部分結和在一(yi)起。這些部分之間(jiān)能不能很好的搭(dā)配到一起，它們安(an)裝的流程是不是(shi)符合規章流程，都(dōu)可能從正面作用(yòng)到計量工具的誤(wù)差大小。所以我們(men)研究一個一體化(huà)的流量計的成品(pin)的時候，我們需要(yao)将它的解構盡可(kě)能的簡單化，并且(qiě)提高它的穩定性(xing)，使它的性價比能(néng)得到巨大的提升(sheng)。孔闆流量計是一(yi)個很有市場前途(tu)的商業項目，它的(de)發展依靠社會科(ke)技發展的速度。現(xiàn)階段世界上的計(ji)量工具的發展大(da)環境是要将計量(liàng)鞠躬一體化，并且(qiě)做到計量儀器的(de)正确性，能夠智能(neng)化。還需要優于現(xiàn)階段社會的軟件(jiàn)功能，還要擁有能(neng)與DSC連接的RS485微機連(lian)通接口，這樣才能(neng)使工作人員進行(háng)檢測的時候能夠(gou)很迅捷、簡便的爲(wei)工作人員提供檢(jian)測。以上的條件都(dōu)能讓我們計量工(gong)具的發展得到平(píng)穩的發展。
6 結語
我(wo)們從上文能夠得(de)出結論，現階段我(wǒ)們的孔闆流量計(ji)♻️還不🏃♂️能很好的在(zai)天然氣作業中進(jin)行使用，其中的困(kun)難還非常之多，各(gè)種因素的影響導(dao)緻最後的結果㊙️不(bu)能很準确。
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