摘要(yao): 孔闆(pan)流量(liang)計 是(shi)一種(zhong)廣泛(fan)應用(yong)于石(shi)化工(gong)業的(de)流量(liang)測量(liang)儀表(biao)。目前(qian)天然(ran)氣計(ji)量已(yi)制定(ding)了許(xu)多相(xiang)關的(de)國家(jia)标準(zhun)，行業(ye)标準(zhun)和計(ji)量檢(jian)定規(gui)程等(deng),但尚(shang)未形(xing)成完(wan)整體(ti)系,與(yu)國外(wai)相比(bi)尚有(you)較大(da)差距(ju)。本文(wen)主要(yao)探讨(tao)了天(tian)然氣(qi)孔闆(pan) 流量(liang)計 測(ce)量中(zhong)正确(que)率要(yao)求,分(fen)析了(le)影響(xiang)測量(liang)不确(que)定度(du)的幾(ji)種因(yin)素,提(ti)出引(yin)起流(liu)量測(ce)量誤(wu)差的(de)各種(zhong)原因(yin),這對(dui)于孔(kong)闆流(liu)量計(ji)的使(shi)用具(ju)有一(yi)定的(de)指導(dao)作用(yong)。
0引言(yan)
　　在衆(zhong)多的(de)能源(yuan)中，天(tian)然氣(qi)作爲(wei)一種(zhong)清潔(jie)的燃(ran)料和(he)優質(zhi)原料(liao),不但(dan)提高(gao)了人(ren)們的(de)生活(huo)質量(liang)，而且(qie)還保(bao)護了(le)我們(men)賴以(yi)生存(cun)的環(huan)境。孔(kong)闆流(liu)量計(ji)作爲(wei)主要(yao)的測(ce)量儀(yi)表，在(zai)20世紀(ji)初使(shi)用于(yu)天然(ran)氣流(liu)量測(ce)量，目(mu)前已(yi)成爲(wei)全世(shi)界主(zhu)要的(de)天然(ran)氣流(liu)量計(ji)。近幾(ji)年來(lai)天然(ran)氣流(liu)量計(ji)計量(liang)相關(guan)技術(shu)标準(zhun)相繼(ji)頒布(bu)實施(shi)，我國(guo)天然(ran)氣計(ji)量專(zhuan)業性(xing)标準(zhun)爲《用(yong)标準(zhun)孔闆(pan)流量(liang)計測(ce)量天(tian)然氣(qi)流量(liang)》(SY/T6143-2004)"。
1.天然(ran)氣孔(kong)闆流(liu)量計(ji)的組(zu)成
 
　　孔(kong)闆流(liu)量計(ji)是将(jiang)标準(zhun)孔闆(pan)與 差(cha)壓變(bian)送器(qi) 配套(tao)組成(cheng)的差(cha)壓式(shi)流量(liang)裝置(zhi)，可測(ce)量氣(qi)體、蒸(zheng)汽、液(ye)體及(ji)天然(ran)(的流(liu)量,廣(guang)泛應(ying)用于(yu)石油(you)、化工(gong)、冶金(jin)、電力(li)、供熱(re)、供水(shui)等領(ling)域的(de)過程(cheng)控制(zhi)和測(ce)量。如(ru)圖1所(suo)示。
2天(tian)然氣(qi)孔闆(pan)流量(liang)計的(de)工作(zuo)原理(li)
2.1測量(liang)原理(li)
　　孔闆(pan)流量(liang)計是(shi)以相(xiang)似原(yuan)理爲(wei)根據(ju)，以實(shi)驗數(shu)據爲(wei)基礎(chu)的瞬(shun)時流(liu)量計(ji)。天然(ran)氣孔(kong)闆流(liu)量計(ji)基于(yu)流體(ti)在通(tong)過設(she)置于(yu)流通(tong)管道(dao)上的(de)流動(dong)阻力(li)件時(shi)産生(sheng)的壓(ya)力差(cha)與流(liu)體流(liu)量之(zhi)間的(de)确定(ding)關系(xi),通過(guo)測量(liang)差壓(ya)值求(qiu)得流(liu)體流(liu)量”。
2.2流(liu)量方(fang)程
 
　　如(ru)圖2所(suo)示，根(gen)據流(liu)動連(lian)續性(xing)方程(cheng)(質量(liang)守恒(heng)定律(lü))和伯(bo)努利(li)方程(cheng)(能量(liang)守恒(heng)定律(lü))，天然(ran)氣孔(kong)闆流(liu)量計(ji)的流(liu)量方(fang)程爲(wei):
 
　　式中(zhong):Q爲體(ti)積流(liu)量;β爲(wei)直徑(jing)比，β=d/D;d爲(wei)工作(zuo)條件(jian).下節(jie)流件(jian)的孔(kong)徑;D爲(wei)工作(zuo)條件(jian)下.上(shang)遊管(guan)道内(nei)徑;A。爲(wei)節流(liu)件的(de)開孔(kong)截面(mian)積;C爲(wei)流出(chu)系數(shu);OP爲節(jie)流裝(zhuang)置前(qian)後實(shi)際測(ce)得的(de)差壓(ya);p爲節(jie)流裝(zhuang)置上(shang)遊流(liu)體密(mi)度;e爲(wei)可膨(peng)脹系(xi)數。
2.3流(liu)動狀(zhuang)态的(de)要求(qiu)
　　孔闆(pan)流量(liang)計的(de)流出(chu)系數(shu)C是在(zai)特定(ding)的實(shi)驗室(shi)參比(bi)條件(jian)下，通(tong)過大(da)量的(de)實驗(yan)數據(ju)推導(dao)得出(chu)的計(ji)算方(fang)法。因(yin)此，爲(wei)了保(bao)證測(ce)量精(jing)度，對(dui)于氣(qi)流流(liu)動狀(zhuang)态應(ying)符合(he)如下(xia)四條(tiao)要求(qiu):
2.3.1流體(ti)必須(xu)是牛(niu)頓流(liu)體，在(zai)物理(li)學和(he)熱力(li)學上(shang)是均(jun)勻的(de)、單相(xiang)的，或(huo)者可(ke)認爲(wei)是單(dan)相的(de)流體(ti)。
2.3.2流體(ti)流動(dong)是穩(wen)定流(liu)或随(sui)時間(jian)變化(hua)不大(da)的緩(huan)變流(liu)
2.3.3流體(ti)必須(xu)滿管(guan)流，流(liu)經節(jie)流件(jian)前流(liu)動應(ying)達到(dao)充分(fen)紊流(liu)，流束(shu)平行(hang)于管(guan)道軸(zhou)線且(qie)無旋(xuan)轉，流(liu)經節(jie)流件(jian)時不(bu)發生(sheng)相變(bian)。
2.3.4流體(ti)通過(guo)孔闆(pan)節流(liu)裝置(zhi)的流(liu)動，必(bi)須保(bao)持孔(kong)闆下(xia)遊靜(jing)壓與(yu)孔闆(pan).上遊(you)靜壓(ya)之比(bi)不小(xiao)于0.75，管(guan)道雷(lei)諾數(shu)Re≥5000(角接(jie)取壓(ya))和管(guan)道雷(lei)諾數(shu)Re≥1260B2D(法蘭(lan)取壓(ya))。
3天然(ran)氣孔(kong)闆流(liu)量計(ji)不确(que)定度(du)分析(xi)
　　由于(yu)存在(zai)取壓(ya)方式(shi)(角接(jie)取壓(ya)、法蘭(lan)取壓(ya))的影(ying)響;流(liu)量計(ji)算假(jia)設條(tiao)件等(deng)因素(su)的影(ying)響;孔(kong)闆加(jia)工、安(an)裝等(deng)技術(shu)要求(qiu)。孔闆(pan)流量(liang)計的(de)使用(yong)和流(liu)量計(ji)算必(bi)須嚴(yan)格遵(zun)守規(gui)範規(gui)定，否(fou)則，其(qi)流量(liang)測量(liang)的不(bu)确定(ding)度無(wu)法計(ji)算或(huo)誤差(cha)較大(da)。
　　根據(ju)天然(ran)氣孔(kong)闆流(liu)量計(ji)的流(liu)量方(fang)程(公(gong)式1)可(ke)知，影(ying)響流(liu)量測(ce)量的(de)精度(du)主要(yao)由流(liu)出系(xi)數C、可(ke)膨脹(zhang)系數(shu)、差壓(ya)和天(tian)然氣(qi)的物(wu)性。
3.1流(liu)出系(xi)數不(bu)确定(ding)度變(bian)化
　　流(liu)出系(xi)數C是(shi)爲了(le)補償(chang)任意(yi)兩點(dian)的摩(mo)擦影(ying)響所(suo)列人(ren)的一(yi)一個(ge)經驗(yan)系數(shu)，它與(yu)節流(liu)件的(de)幾何(he)形狀(zhuang)、取壓(ya)位置(zhi)及雷(lei)諾數(shu)等有(you)關，通(tong)常由(you)試驗(yan)确定(ding)。當直(zhi)管段(duan)長度(du)符合(he)SY/T6143--2004的規(gui)定的(de)節流(liu)前10D和(he)節流(liu)後4D長(zhang)的測(ce)量管(guan)，圓度(du)滿足(zu)不大(da)于士(shi)0.3%的标(biao)準規(gui)定，則(ze)流出(chu)系數(shu)不确(que)定度(du)8clc隻随(sui)β值的(de)不同(tong)而不(bu)同。此(ci)時，當(dang)β≤0.6時，則(ze)δc/c=±0.6%;當β>0.60時(shi),則δc/c=±β%。
3.2天(tian)然氣(qi)可膨(peng)脹系(xi)數不(bu)确定(ding)度變(bian)化
　　當(dang)所測(ce)天然(ran)氣流(liu)經孔(kong)闆時(shi)，由于(yu)流速(su)和壓(ya)力的(de)改變(bian)而伴(ban)随着(zhe)密度(du)的改(gai)變(氣(qi)體壓(ya)力從(cong)p1降爲(wei)p2,因膨(peng)脹而(er)使密(mi)度減(jian)小)，爲(wei)适應(ying)此種(zhong)變化(hua)以修(xiu)正因(yin)假設(she)密度(du)等于(yu)常量(liang)而對(dui)流量(liang)引起(qi)的偏(pian)差，因(yin)此必(bi)須加(jia)入一(yi)個系(xi)數,這(zhe)個系(xi)數被(bei)稱爲(wei)可膨(peng)脹系(xi)數e。
 
　　對(dui)于天(tian)然氣(qi)而言(yan)，可膨(peng)脹性(xing)系數(shu)的不(bu)确定(ding)度爲(wei):δc/c=±4(△p/p1)%
　　它與(yu)孔闆(pan)流量(liang)計實(shi)測差(cha)壓△p成(cheng)正比(bi)，與靜(jing)壓p1成(cheng)反比(bi)。目前(qian)在天(tian)然氣(qi)計量(liang)中差(cha)壓值(zhi)-般在(zai)5000Pa之内(nei)，靜壓(ya)在1-10MPa範(fan)圍内(nei)，因此(ci)δc/c最小(xiao)爲±0.0002%，最(zui)大爲(wei)±0.2%或更(geng)大。
3.3天(tian)然氣(qi)密度(du)測量(liang)不确(que)定度(du)δρ/ρ
　　密度(du)取值(zhi)按測(ce)量方(fang)法的(de)不同(tong)而異(yi)，其一(yi)爲直(zhi)接密(mi)度測(ce)量，由(you)密度(du)計直(zhi)接決(jue)定其(qi)值;天(tian)然氣(qi)密度(du)測量(liang)的不(bu)确定(ding)度δρ/ρ最(zui)小爲(wei)±1.013%，最大(da)爲±1.571%或(huo)更大(da)。
3.4差壓(ya)P的不(bu)确定(ding)度
　　标(biao)準SY/T6143--2004中(zhong)的流(liu)量實(shi)用公(gong)式在(zai)應用(yong)能量(liang)方程(cheng)導出(chu)過程(cheng)中，規(gui)定測(ce)量管(guan)道水(shui)平(包(bao)括上(shang)、下遊(you)側的(de)測量(liang)管)。因(yin)此，其(qi)上、下(xia)遊取(qu)壓口(kou)的位(wei)置差(cha)爲零(ling)，差壓(ya)Ap則是(shi)在孔(kong)闆上(shang)、下遊(you)側所(suo)規定(ding)的取(qu)壓口(kou)位置(zhi)上量(liang)得的(de)靜壓(ya)之差(cha)。
 
　　式中(zhong):ξ△p爲差(cha)壓計(ji)的精(jing)度等(deng)級;△pk,爲(wei)差壓(ya)計的(de)量程(cheng);△pf爲預(yu)定差(cha)壓測(ce)量值(zhi)。
　　由此(ci)可見(jian)，當所(suo)用差(cha)壓計(ji)的精(jing)度爲(wei)0.5級，量(liang)程爲(wei)0~ 600kpa,預設(she)差壓(ya)測量(liang)值爲(wei)300kpa時，對(dui)于天(tian)然氣(qi)孔闆(pan)流量(liang) 計，置(zhi)信概(gai)率爲(wei)95%的測(ce)量總(zong)不确(que)定度(du)爲: 天(tian)然氣(qi)流量(liang)測量(liang)的總(zong)不确(que)定度(du)，據SY/T6143-2004規(gui)定，實(shi)際上(shang)就是(shi)測量(liang)系統(tong)的測(ce)量值(zhi)與真(zhen)值比(bi)較，置(zhi)信概(gai)率爲(wei)95%的正(zheng)确度(du)，其測(ce)量的(de)總不(bu)确定(ding)度8Qn/Qn最(zui)小爲(wei)±0.82%,最大(da)爲±4.52%或(huo)更大(da)。
4孔闆(pan)流量(liang)計使(shi)用中(zhong)的測(ce)量誤(wu)差分(fen)析
　　在(zai)實際(ji)應用(yong)時，對(dui)于孔(kong)闆流(liu)量計(ji)如果(guo)使用(yong)不當(dang),會造(zao)成很(hen)大的(de)測量(liang)誤差(cha)，有時(shi)可達(da)到20%左(zuo)右。在(zai)流量(liang)計的(de)使用(yong)中，如(ru)何減(jian)少其(qi)測量(liang)誤差(cha)，必須(xu)考慮(lü)流量(liang)的測(ce)量原(yuan)理和(he)結構(gou)形式(shi)，注意(yi)使用(yong)條件(jian)和測(ce)量對(dui)象的(de)物理(li)性質(zhi)是否(fou)與所(suo)選用(yong)的流(liu)量計(ji)性能(neng)相适(shi)應。下(xia)面就(jiu)其測(ce)量誤(wu)差進(jin)行分(fen)析:
4.1流(liu)量計(ji)算方(fang)程描(miao)述流(liu)體是(shi)充滿(man)圓管(guan)的、充(chong)分發(fa)展的(de)定常(chang)流。若(ruo)流動(dong)狀态(tai)真實(shi)性無(wu)法确(que)定,如(ru)果仍(reng)按照(zhao)原有(you)的儀(yi)表常(chang)數推(tui)算流(liu)量，将(jiang)與實(shi)際流(liu)量存(cun)在誤(wu)差。
4.2天(tian)然氣(qi)以甲(jia)烷爲(wei)主加(jia)上乙(yi)烷和(he)其他(ta)少量(liang)的輕(qing)烴，真(zhen)實相(xiang)對密(mi)度小(xiao)于或(huo)等于(yu)0.75。由于(yu)被測(ce)介質(zhi)實際(ji)特性(xing)的不(bu)确定(ding)因素(su)，以及(ji)實際(ji)物性(xing)變化(hua)影響(xiang)儀表(biao)正常(chang)工作(zuo)等對(dui)流量(liang)測量(liang)的不(bu)确定(ding)度産(chan)生影(ying)響。
4.3孔(kong)闆的(de)結構(gou)設計(ji)、加工(gong)、裝配(pei)、安裝(zhuang)、檢驗(yan)和使(shi)用必(bi)須符(fu)合标(biao)準規(gui)定的(de)全部(bu)技術(shu)要求(qiu)。由于(yu)各個(ge)裝置(zhi)自身(shen)及環(huan)境條(tiao)件因(yin)素引(yin)起的(de)不确(que)定因(yin)素。
4.3.1孔(kong)闆安(an)裝不(bu)正确(que)
　　管道(dao)水平(ping)安裝(zhuang)，如果(guo)孔闆(pan)開孔(kong)中心(xin)與管(guan)道中(zhong)心線(xian)不同(tong)心;如(ru)果在(zai)安裝(zhuang)過程(cheng)中存(cun)在引(yin)壓管(guan)堵塞(sai)及墊(nian)片等(deng)凸出(chu)物，則(ze)會造(zao)成孔(kong)闆前(qian)後壓(ya)差測(ce)量不(bu)正确(que)，從而(er)造成(cheng)測量(liang)誤差(cha)。
4.3.2孔闆(pan)入口(kou)邊緣(yuan)被磨(mo)損
　　在(zai)使用(yong)中，由(you)于流(liu)體的(de)磨蝕(shi)作用(yong)，使孔(kong)闆的(de)入口(kou)邊緣(yuan)變鈍(dun)，被磨(mo)成圓(yuan)形入(ru)口邊(bian)緣。結(jie)果是(shi)在相(xiang)同的(de)流量(liang)下，孔(kong)口收(shou)縮系(xi)數變(bian)大，造(zao)成差(cha)壓發(fa)生變(bian)化，造(zao)成測(ce)量誤(wu)差。
4.3.3孔(kong)闆表(biao)面的(de)結垢(gou)
　　長期(qi)使用(yong)時，孔(kong)闆表(biao)面結(jie)垢，使(shi)孔闆(pan)的流(liu)通面(mian)積變(bian)小，從(cong)而造(zao)成差(cha)壓增(zeng)大，使(shi)流量(liang)計測(ce)量值(zhi)大于(yu)實際(ji)值，影(ying)響計(ji)量精(jing)度。
4.4差(cha)壓變(bian)送器(qi)零點(dian)漂移(yi)和量(liang)程設(she)置不(bu)當
　　由(you)于時(shi)間較(jiao)長，變(bian)送器(qi)的零(ling)點會(hui)發生(sheng)漂移(yi)，這時(shi)差壓(ya)變送(song)器的(de)輸人(ren)和輸(shu)出信(xin)号發(fa)生變(bian)化。若(ruo)不及(ji)時調(diao)整，會(hui)造成(cheng)實測(ce)流量(liang)值偏(pian)低或(huo)偏高(gao)。
5結束(shu)語
　　客(ke)觀地(di)講，在(zai)采用(yong)孔闆(pan)流量(liang)計測(ce)量天(tian)然氣(qi)流量(liang)時，對(dui)孔闆(pan)流量(liang)計的(de)一次(ci)裝置(zhi)(孔闆(pan)節流(liu)裝置(zhi))和二(er)次儀(yi)表(差(cha)壓、靜(jing)壓、溫(wen)度、被(bei)測介(jie)質物(wu)性等(deng))的選(xuan)擇、設(she)計、安(an)裝、使(shi)用嚴(yan)格按(an)照SY/T6143-2004國(guo)家标(biao)準進(jin)行，加(jia)上不(bu)定期(qi)維護(hu)和檢(jian)查，才(cai)能保(bao)證天(tian)然氣(qi)孔闆(pan)流量(liang)計的(de)測量(liang)精度(du)。

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