摘(zhai)要: 孔闆(pǎn)流量計(ji) 是一種(zhǒng)廣泛應(yīng)用于石(shí)化工業(ye)的流量(liang)測量儀(yí)表。目前(qián)天然氣(qi)計量已(yi)制定了(le)許多相(xiang)關的國(guó)家标準(zhǔn)，行業标(biao)準和計(ji)量檢定(dìng)規程等(deng),但尚未(wei)形成完(wan)整體系(xì),與國外(wai)相比尚(shang)有較大(dà)差距。本(běn)文主要(yao)探讨了(le)天然氣(qì)孔闆 流(liu)量計 測(ce)量中正(zheng)确率要(yao)求,分析(xī)了影響(xiang)測量不(bu)确定度(du)的幾種(zhong)因素,提(ti)出引起(qi)流量測(ce)量誤差(chà)的各種(zhǒng)原因,這(zhe)對于孔(kong)闆流量(liàng)計的使(shǐ)用具有(you)一定的(de)指導作(zuo)用。
0引言(yán)
　　在衆多(duō)的能源(yuan)中，天然(ran)氣作爲(wèi)一種清(qing)潔的燃(ran)料和優(yōu)質原料(liào),不但提(tí)高了人(ren)們的生(sheng)活質量(liang)，而且還(hai)保護了(le)我們賴(lài)以生存(cun)的環境(jìng)。孔闆流(liú)量計作(zuo)爲主要(yào)的測量(liàng)儀表，在(zai)20世紀初(chu)使用于(yú)天然氣(qi)流量測(cè)量，目前(qián)已成爲(wèi)全世界(jiè)主要的(de)天然氣(qì)流量計(ji)。近幾年(nian)來天然(rán)氣流量(liàng)計計量(liàng)相關技(ji)術标準(zhǔn)相繼頒(bān)布實施(shi)，我國天(tiān)然氣計(ji)量專業(yè)性标準(zhǔn)爲《用标(biāo)準孔闆(pan)流量計(ji)測量天(tian)然氣流(liú)量》(SY/T6143-2004)"。
1.天然(ran)氣孔闆(pan)流量計(jì)的組成(cheng)
 
　　孔闆流(liú)量計是(shì)将标準(zhun)孔闆與(yu) 差壓變(biàn)送器 配(pei)套組成(cheng)的差壓(ya)式流量(liàng)裝置，可(kě)測量氣(qi)體、蒸汽(qì)、液體及(ji)天然(的(de)流量,廣(guǎng)泛應用(yong)于石油(yóu)、化工、冶(yě)金、電力(lì)、供熱、供(gong)水等領(ling)域的過(guo)程控制(zhi)和測量(liang)。如圖1所(suǒ)示。
2天然(rán)氣孔闆(pǎn)流量計(jì)的工作(zuò)原理
2.1測(ce)量原理(li)
　　孔闆流(liú)量計是(shi)以相似(sì)原理爲(wèi)根據，以(yǐ)實驗數(shù)據爲基(ji)礎的瞬(shùn)時流量(liàng)計。天然(ran)氣孔闆(pan)流量計(jì)基于流(liú)體在通(tōng)過設置(zhi)于流通(tōng)管道上(shàng)的流動(dòng)阻力件(jiàn)時産生(shēng)的壓力(li)差與流(liú)體流量(liàng)之間的(de)确定關(guan)系,通過(guo)測量差(chà)壓值求(qiú)得流體(ti)流量”。
2.2流(liú)量方程(cheng)
 
　　如圖2所(suo)示，根據(jù)流動連(lián)續性方(fāng)程(質量(liang)守恒定(ding)律)和伯(bo)努利方(fāng)程(能量(liang)守恒定(dìng)律)，天然(rán)氣孔闆(pǎn)流量計(ji)的流量(liang)方程爲(wèi):
 
　　式中:Q爲(wei)體積流(liú)量;β爲直(zhi)徑比，β=d/D;d爲(wèi)工作條(tiáo)件.下節(jiē)流件的(de)孔徑;D爲(wèi)工作條(tiao)件下.上(shang)遊管道(dao)内徑;A。爲(wèi)節流件(jiàn)的開孔(kǒng)截面積(jī);C爲流出(chu)系數;OP爲(wei)節流裝(zhuang)置前後(hou)實際測(cè)得的差(cha)壓;p爲節(jie)流裝置(zhi)上遊流(liú)體密度(dù);e爲可膨(péng)脹系數(shu)。
2.3流動狀(zhuang)态的要(yào)求
　　孔闆(pǎn)流量計(jì)的流出(chu)系數C是(shì)在特定(dìng)的實驗(yàn)室參比(bi)條件下(xià)，通過大(da)量的實(shí)驗數據(ju)推導得(dé)出的計(ji)算方法(fǎ)。因此，爲(wei)了保證(zhèng)測量精(jing)度，對于(yú)氣流流(liu)動狀态(tai)應符合(hé)如下四(si)條要求(qiu):
2.3.1流體必(bì)須是牛(niu)頓流體(ti)，在物理(lǐ)學和熱(re)力學上(shàng)是均勻(yun)的、單相(xiang)的，或者(zhě)可認爲(wei)是單相(xiàng)的流體(ti)。
2.3.2流體流(liu)動是穩(wěn)定流或(huo)随時間(jiān)變化不(bú)大的緩(huan)變流
2.3.3流(liu)體必須(xu)滿管流(liu)，流經節(jiē)流件前(qian)流動應(yīng)達到充(chong)分紊流(liú)，流束平(ping)行于管(guan)道軸線(xian)且無旋(xuan)轉，流經(jīng)節流件(jiàn)時不發(fa)生相變(bian)。
2.3.4流體通(tōng)過孔闆(pan)節流裝(zhuāng)置的流(liu)動，必須(xū)保持孔(kong)闆下遊(you)靜壓與(yǔ)孔闆.上(shàng)遊靜壓(yā)之比不(bu)小于0.75，管(guan)道雷諾(nuò)數Re≥5000(角接(jie)取壓)和(he)管道雷(léi)諾數Re≥1260B2D(法(fa)蘭取壓(yā))。
3天然氣(qì)孔闆流(liu)量計不(bu)确定度(dù)分析
　　由(yóu)于存在(zài)取壓方(fang)式(角接(jie)取壓、法(fǎ)蘭取壓(ya))的影響(xiǎng);流量計(jì)算假設(she)條件等(děng)因素的(de)影響;孔(kǒng)闆加工(gong)、安裝等(deng)技術要(yào)求。孔闆(pan)流量計(ji)的使用(yòng)和流量(liàng)計算必(bi)須嚴格(gé)遵守規(gui)範規定(dìng)，否則，其(qi)流量測(cè)量的不(bú)确定度(dù)無法計(jì)算或誤(wù)差較大(dà)。
　　根據天(tian)然氣孔(kong)闆流量(liàng)計的流(liú)量方程(cheng)(公式1)可(kě)知，影響(xiǎng)流量測(cè)量的精(jing)度主要(yào)由流出(chū)系數C、可(kě)膨脹系(xi)數、差壓(yā)和天然(ran)氣的物(wu)性。
3.1流出(chu)系數不(bu)确定度(du)變化
　　流(liú)出系數(shù)C是爲了(le)補償任(rèn)意兩點(dian)的摩擦(ca)影響所(suǒ)列人的(de)一一個(gè)經驗系(xì)數，它與(yǔ)節流件(jiàn)的幾何(hé)形狀、取(qǔ)壓位置(zhi)及雷諾(nuò)數等有(you)關，通常(cháng)由試驗(yàn)确定。當(dāng)直管段(duan)長度符(fu)合SY/T6143--2004的規(gui)定的節(jiē)流前10D和(hé)節流後(hou)4D長的測(ce)量管，圓(yuan)度滿足(zú)不大于(yu)士0.3%的标(biao)準規定(ding)，則流出(chu)系數不(bu)确定度(dù)8clc隻随β值(zhi)的不同(tong)而不同(tong)。此時，當(dang)β≤0.6時，則δc/c=±0.6%;當(dang)β>0.60時,則δc/c=±β%。
3.2天(tian)然氣可(ke)膨脹系(xì)數不确(què)定度變(bian)化
　　當所(suǒ)測天然(rán)氣流經(jīng)孔闆時(shi)，由于流(liu)速和壓(ya)力的改(gǎi)變而伴(bàn)随着密(mi)度的改(gai)變(氣體(tǐ)壓力從(cóng)p1降爲p2,因(yin)膨脹而(er)使密度(dù)減小)，爲(wèi)适應此(cǐ)種變化(hua)以修正(zheng)因假設(she)密度等(deng)于常量(liang)而對流(liu)量引起(qi)的偏差(chà)，因此必(bi)須加入(rù)一個系(xi)數,這個(gè)系數被(bèi)稱爲可(ke)膨脹系(xi)數e。
 
　　對于(yu)天然氣(qi)而言，可(ke)膨脹性(xìng)系數的(de)不确定(ding)度爲:δc/c=±4(△p/p1)%
　　它(ta)與孔闆(pan)流量計(ji)實測差(cha)壓△p成正(zhèng)比，與靜(jing)壓p1成反(fǎn)比。目前(qián)在天然(ran)氣計量(liang)中差壓(ya)值-般在(zai)5000Pa之内，靜(jing)壓在1-10MPa範(fan)圍内，因(yīn)此δc/c最小(xiao)爲±0.0002%，最大(da)爲±0.2%或更(geng)大。
3.3天然(ran)氣密度(du)測量不(bu)确定度(du)δρ/ρ
　　密度取(qǔ)值按測(cè)量方法(fǎ)的不同(tóng)而異，其(qí)一爲直(zhí)接密度(du)測量，由(yóu)密度計(ji)直接決(jue)定其值(zhi);天然氣(qi)密度測(cè)量的不(bu)确定度(dù)δρ/ρ最小爲(wèi)±1.013%，最大爲(wei)±1.571%或更大(dà)。
3.4差壓P的(de)不确定(dìng)度
　　标準(zhǔn)SY/T6143--2004中的流(liu)量實用(yòng)公式在(zài)應用能(neng)量方程(cheng)導出過(guo)程中，規(guī)定測量(liang)管道水(shuǐ)平(包括(kuò)上、下遊(you)側的測(ce)量管)。因(yin)此，其上(shàng)、下遊取(qu)壓口的(de)位置差(chà)爲零，差(cha)壓Ap則是(shì)在孔闆(pan)上、下遊(you)側所規(guī)定的取(qǔ)壓口位(wei)置上量(liàng)得的靜(jìng)壓之差(cha)。
 
　　式中:ξ△p爲(wei)差壓計(ji)的精度(du)等級;△pk,爲(wèi)差壓計(jì)的量程(chéng);△pf爲預定(dìng)差壓測(ce)量值。
　　由(yóu)此可見(jian)，當所用(yong)差壓計(jì)的精度(dù)爲0.5級，量(liàng)程爲0~ 600kpa,預(yu)設差壓(ya)測量值(zhi)爲300kpa時，對(dui)于天然(ran)氣孔闆(pǎn)流量 計(jì)，置信概(gài)率爲95%的(de)測量總(zǒng)不确定(ding)度爲: 天(tian)然氣流(liu)量測量(liàng)的總不(bú)确定度(dù)，據SY/T6143-2004規定(ding)，實際上(shàng)就是測(cè)量系統(tong)的測量(liàng)值與真(zhen)值比較(jiào)，置信概(gài)率爲95%的(de)正确度(du)，其測量(liàng)的總不(bú)确定度(du)8Qn/Qn最小爲(wei)±0.82%,最大爲(wèi)±4.52%或更大(da)。
4孔闆流(liú)量計使(shǐ)用中的(de)測量誤(wu)差分析(xī)
　　在實際(jì)應用時(shi)，對于孔(kong)闆流量(liang)計如果(guǒ)使用不(bu)當,會造(zào)成很大(da)的測量(liàng)誤差，有(you)時可達(da)到20%左右(yòu)。在流量(liang)計的使(shǐ)用中，如(ru)何減少(shao)其測量(liang)誤差，必(bi)須考慮(lü)流量的(de)測量原(yuan)理和結(jie)構形式(shi)，注意使(shǐ)用條件(jiàn)和測量(liang)對象的(de)物理性(xìng)質是否(fǒu)與所選(xuǎn)用的流(liú)量計性(xìng)能相适(shì)應。下面(miàn)就其測(ce)量誤差(chà)進行分(fèn)析:
4.1流量(liang)計算方(fāng)程描述(shù)流體是(shi)充滿圓(yuán)管的、充(chong)分發展(zhǎn)的定常(chang)流。若流(liú)動狀态(tài)真實性(xing)無法确(que)定,如果(guǒ)仍按照(zhào)原有的(de)儀表常(chang)數推算(suàn)流量，将(jiang)與實際(ji)流量存(cun)在誤差(cha)。
4.2天然氣(qi)以甲烷(wan)爲主加(jia)上乙烷(wán)和其他(tā)少量的(de)輕烴，真(zhēn)實相對(duì)密度小(xiǎo)于或等(děng)于0.75。由于(yú)被測介(jiè)質實際(jì)特性的(de)不确定(dìng)因素，以(yi)及實際(jì)物性變(bian)化影響(xiang)儀表正(zhèng)常工作(zuò)等對流(liu)量測量(liang)的不确(que)定度産(chan)生影響(xiǎng)。
4.3孔闆的(de)結構設(she)計、加工(gōng)、裝配、安(ān)裝、檢驗(yan)和使用(yòng)必須符(fú)合标準(zhǔn)規定的(de)全部技(ji)術要求(qiu)。由于各(ge)個裝置(zhi)自身及(ji)環境條(tiao)件因素(su)引起的(de)不确定(dìng)因素。
4.3.1孔(kong)闆安裝(zhuang)不正确(que)
　　管道水(shui)平安裝(zhuāng)，如果孔(kong)闆開孔(kong)中心與(yu)管道中(zhong)心線不(bu)同心;如(rú)果在安(ān)裝過程(chéng)中存在(zài)引壓管(guǎn)堵塞及(ji)墊片等(děng)凸出物(wù)，則會造(zao)成孔闆(pan)前後壓(ya)差測量(liang)不正确(que)，從而造(zào)成測量(liàng)誤差。
4.3.2孔(kǒng)闆入口(kou)邊緣被(bèi)磨損
　　在(zai)使用中(zhōng)，由于流(liu)體的磨(mó)蝕作用(yong)，使孔闆(pan)的入口(kǒu)邊緣變(biàn)鈍，被磨(mó)成圓形(xing)入口邊(bian)緣。結果(guo)是在相(xiàng)同的流(liu)量下，孔(kǒng)口收縮(suo)系數變(biàn)大，造成(chéng)差壓發(fa)生變化(hua)，造成測(cè)量誤差(cha)。
4.3.3孔闆表(biao)面的結(jié)垢
　　長期(qī)使用時(shi)，孔闆表(biǎo)面結垢(gou)，使孔闆(pǎn)的流通(tong)面積變(biàn)小，從而(ér)造成差(cha)壓增大(da)，使流量(liàng)計測量(liang)值大于(yú)實際值(zhí)，影響計(jì)量精度(dù)。
4.4差壓變(bian)送器零(líng)點漂移(yí)和量程(cheng)設置不(bu)當
　　由于(yu)時間較(jiào)長，變送(song)器的零(líng)點會發(fa)生漂移(yi)，這時差(chà)壓變送(sòng)器的輸(shū)人和輸(shū)出信号(hao)發生變(bian)化。若不(bú)及時調(diao)整，會造(zao)成實測(cè)流量值(zhí)偏低或(huo)偏高。
5結(jie)束語
　　客(kè)觀地講(jiang)，在采用(yòng)孔闆流(liú)量計測(ce)量天然(ran)氣流量(liàng)時，對孔(kong)闆流量(liàng)計的一(yi)次裝置(zhì)(孔闆節(jiē)流裝置(zhì))和二次(ci)儀表(差(chà)壓、靜壓(ya)、溫度、被(bei)測介質(zhì)物性等(děng))的選擇(ze)、設計、安(an)裝、使用(yòng)嚴格按(an)照SY/T6143-2004國家(jiā)标準進(jin)行，加上(shàng)不定期(qi)維護和(he)檢查，才(cái)能保證(zhèng)天然氣(qi)孔闆流(liu)量計的(de)測量精(jing)度。

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