摘要.标準孔(kong)闆流量計 是(shi)一種非常成(chéng)熟的流量計(ji)，在多年的試(shì)驗和使用過(guò)程中積累☁️了(le)大量的數據(ju)和經驗，以其(qi)耐高壓，安🚶裝(zhuang)使用維護方(fāng)便等諸多優(you)點在我國天(tian)然氣計量中(zhong)占有主導地(dì)位。孔闆流量(liàng)計的在應用(yòng)中誤差來✉️源(yuán)加以識别，分(fèn)析了誤差産(chǎn)生原因，并針(zhen)對現場實際(ji)情況，提出☀️了(le)控制措施㊙️。
　　 天(tian)然氣流量計(ji) 量已經成爲(wei)天然氣工業(ye)生産發展的(de)重要組成部(bù)🏃‍♂️分，天💘然氣流(liu)量計量儀表(biǎo)品種很多，其(qi)中孔闆流量(liang)計自20世紀70年(nian)代引入我國(guo)使用，逐步在(zài)天然氣流量(liang)❌計量中獲得(de)了♉廣泛應用(yong)，到目前爲止(zhi)，孔闆流量計(ji)在我國天然(ran)氣計量中仍(réng)然占有主導(dǎo)地位。标準孔(kǒng)☔闆流量計最(zuì)主要的優點(dian)是耐高壓，安(ān)裝使用維護(hu)方便，對介質(zhi)潔淨程度的(de)要求也不高(gao)，可與電子儀(yi)表和機械儀(yi)表單獨配套(tao)，在多年的試(shì)驗和使用過(guò)📐程中積累了(le)大量的數據(jù)和經驗，是一(yi)種🥵非常成熟(shu)的流量計。但(dan)是，由于組成(chéng)測量系統的(de)組成環節較(jiào)多，影響孔闆(pan)計量精度的(de)🌈因素很多，現(xian)就孔闆流量(liàng)計的誤差來(lái)源加以分析(xī)，并針對誤差(cha)來源，在實際(jì)🔞應用中采取(qǔ)相應措施，以(yi)提高計量精(jīng)度。
1孔闆流量(liang)計的組成和(he)原理
1.1孔闆流(liu)量計的組成(chéng)
　　标準孔闆流(liu)量計由截流(liú)裝置，信号引(yin)線和二次儀(yi)表系♌統組成(cheng)。其中節流裝(zhuang)置是使管道(dao)中流體産生(sheng)靜壓🌂力差的(de)裝置，主🈲要由(yóu)标準孔闆，取(qǔ)壓裝置和上(shàng)🐇下遊直管段(duan)組🈚成。
1.2基本原(yuán)理
　　充滿管道(dao)的流體，當它(ta)流經管道内(nei)的節流件時(shi)，如⭐圖所示，流(liu)速将在節流(liu)件處形成局(jú)部收縮，因而(ér)流速增☁️加，靜(jìng)壓力降低，于(yu)是在節流件(jiàn)前後便産生(sheng)了壓差。流體(ti)流量愈大，産(chǎn)生的壓差愈(yu)大，這樣依據(ju)壓差來衡量(liang)流量的大小(xiǎo)。如圖1所👌示。

2孔(kong)闆流量計的(de)計算方法和(he)參數變量分(fèn)析
　　這種測量(liang)方法是以流(liú)動連續性方(fang)程（質量守恒(héng)定律）和伯努(nu)利方程（能量(liàng)守恒定律）爲(wèi)基礎的。
2.1流量(liàng)計算公式
　　根(gen)據《天然氣流(liu)量的标準孔(kǒng)闆計量方法(fǎ)》（SY/6143-2004）給出的天然(ran)氣在🏃🏻标📞準參(can)比條件下的(de)體積流量計(ji)算實用公式(shi)：

式中：Qvn爲天然(ran)氣在标準參(cān)比條件下的(de)體積流量；
Avn爲(wei)體積流量計(ji)算系數；
C爲流(liú)出系數；
E爲漸(jian)進速度系數(shu)；
d爲孔闆開孔(kong)直徑；
FG爲相對(duì)密度系數；
ε爲(wèi)可膨脹系數(shù)；
FT爲超壓縮系(xì)數；
FZ爲流動溫(wen)度系數；
P1爲孔(kǒng)闆上遊側取(qǔ)壓孔氣流絕(jue)對靜壓；
△P爲氣(qì)流流經孔闆(pan)時産生的差(chà)壓。
2.2由參數的(de)确定分析流(liú)量測量的誤(wù)差源
1）Avn确定方(fāng)法：視采用的(de)計量單位而(ér)定
秒體積流(liú)量（m3/s）Avn：=3.1795×10-6；
小時體積(ji)流量（m3/h）Avn：=0.011446；
日體積(ji)流量（m3/d）Avn：=0.27471。
2）C确定方(fang)法：裏德-哈利(lì)斯/加拉赫（Reader-Harris/Gallagher）公(gong)式
C=0.5961+0.0261β2-0.216β8+0.000521（106β/ReD）0.7+（0.0188+0.0063A）β3.5（106/ReD）0.3+（0.043+0.080e-10L1-0.123e-7L1）（1-0.11A）β4/（1-β4）-0.031（M'2-1.120.8M'）β1.3在D＜71.12mm情況下(xià)，上述公式應(yīng)加上下列數(shu)項+0.011（0.75-β）（2.8-D/25.4）（D:mm）
式中：β=d/D——直徑(jing)比；
ReD與D有關的(de)雷諾數；
A=（19000β/ReD）0.8
M'2=2L'2/（1-β）
L1=l1/D——孔闆(pan)上遊端面到(dao)上遊取壓口(kou)的距離除以(yǐ)管道直徑的(de)商🌈；
L'2=l'2/D——孔闆下遊(yóu)端面到下遊(yóu)取壓口的距(jù)離除以管道(dao)直徑的商（符(fú)号L'2表示自孔(kǒng)闆下遊端面(miàn)爲起始位置(zhì)的有關下遊(yóu)間距，而L2表示(shì)自孔闆上遊(you)端面爲起始(shǐ)位置的有關(guān)下遊間距）；
D——mm；
對(dui)于角接取壓(ya)法　　L1=L'2=0;
對于D和D/2取(qu)壓法　　L1=1，L2=0.47；
對于法(fǎ)蘭取壓法　　L1=L'2=25.4/D
3）ε的(de)确定方法
ε=1-（0.351+0.256β4+0.93β8）[1-（P2/P1）κ]
（1）涉(she)及到的中間(jiān)變量
κ爲等熵(shāng)指數，等熵指(zhi)數是壓力和(hé)溫度的函數(shu)，必要時采🔞用(yong)💚κ=1.3
P2爲孔闆下遊(you)側絕對靜壓(yā)P2=P1-△P。
（2）涉及到的獨(du)立變量
P1爲孔(kǒng)闆上遊側絕(jue)對靜壓；
△P爲差(cha)壓，計量儀表(biǎo)的實測值。
4）d的(de)确定方法
d=d20[1+λd（t1-t20）]
（1）涉(shè)及到的中間(jiān)變量
λd孔闆材(cái)料在20℃~t1範圍内(nei)的線膨脹系(xì)數，根據孔闆(pǎn)材料爲确🔞定(ding)值✂️
（2）涉及到的(de)獨立變量
d20爲(wèi)孔闆開孔在(zai)20℃下的實測值(zhí)t1爲天然氣流(liu)過節流裝置(zhì)時的☎️實👨‍❤️‍👨測氣(qi)流溫度。
5）E确定(ding)方法

（1）涉及到(dao)的中間變量(liang)
β=d/D
（2）涉及到的獨(du)立變量
d20爲孔(kong)闆開孔在20℃下(xià)的實測值；
D20爲(wèi)管道在20℃下的(de)實測值。
6）FG的确(que)定方法

（1）涉及(jí)到的中間變(biàn)量
Gr——氣體的真(zhen)實相對密度(du)；
（2）涉及到的獨(dú)立變量
天然(ran)氣的摩爾組(zǔ)分值
7）FT的确定(ding)方法

（1）涉及到(dào)的中間變量(liang)
T1=t1+273.15
（2）涉及到的獨(dú)立變量
t1-_氣體(ti)的實際測量(liàng)溫度
8）FZ的确定(ding)方法

式中：
Zn爲(wei)然氣在标準(zhǔn)狀态下的壓(ya)縮因子，
Z1爲然(rán)氣在工作狀(zhuàng)态下的壓縮(suo)因子
涉及到(dao)的中間變量(liàng)：
　　Zn、Z1這兩個變量(liàng)都可以通過(guò)計算和測量(liàng)兩種方法來(lái)🤟确定，可以遵(zun)照标準GB/T17747.2天然(rán)氣在工作狀(zhuàng)态下的壓縮(suo)因子《天然氣(qì)壓縮因子的(de)計算用摩爾(ěr)組成進行計(jì)🛀算》和标準GB/T17747.3《天(tian)然氣壓縮因(yīn)子的計算用(yong)物性值計算(suàn)》來計算。壓💔縮(suō)因子和密度(du)互爲函數關(guān)系，一般隻需(xu)🤩測定一個。
　　由(yóu)以上參數的(de)确定方法可(ke)以看出，在參(can)與計算的🏃🏻‍♂️參(can)數中，有些是(shì)無法實測的(de)，稱爲統計量(liang)，例如流出系(xi)數C，可膨脹性(xing)系數ε，其他💃🏻的(de)參數都可以(yǐ)通過測量單(dān)獨變量計算(suan)得出，這些單(dān)獨變量包括(kuò)測量管内徑(jìng)d20，孔闆開孔直(zhí)徑D20，差壓△P，天然(ran)氣流動的熱(rè)力學溫度t1，天(tiān)然氣流動時(shi)上遊測的🈚壓(ya)力P1，相對密度(du)，天然氣壓縮(suō)因子。針對這(zhe)些參數和變(bian)量的性質，分(fèn)析其誤差産(chǎn)生的原因，在(zài)實際應用中(zhong)，采取相☂️應的(de)措施，使天然(ran)氣計量誤差(chà)得以降低。
3天(tian)然氣計量誤(wu)差産生的原(yuan)因分析
3.1統計(jì)量的誤差分(fen)析
1）流出系數(shu)C
　　對于流出系(xì)數C的研究，人(ren)們一直沒有(you)停止過，通過(guò)豐富和♌充分(fèn)的試驗數據(jù)，人們對影響(xiǎng)流出系數的(de)因素有了許(xu)多的認識，影(yǐng)響流出系數(shu)偏離的原因(yin)❓[2]：
（1）儀器本身産(chǎn)生的誤差
①孔(kong)闆入口直角(jiao)銳利度超出(chū)标準規定；②管(guǎn)徑尺寸與計(ji)算不符🥰；③孔闆(pan)厚度誤差；④節(jiē)流件附件産(chǎn)生台階、偏心(xin)；⑤孔闆上遊端(duān)面平度；⑥環室(shì)尺寸産生台(tái)階、偏心；⑦取壓(yā)位置；⑧焊接、焊(hàn)縫突出；⑨取壓(ya)孔加工不規(gui)範或堵塞；⑩節(jiē)流件不同軸(zhóu)度。
（2）安裝誤差(chà)
　　管線布置的(de)偏離，管線布(bù)置的偏離造(zao)成的安裝誤(wu)差是普遍性(xìng)的，其産生的(de)主要原因是(shì)現場不能滿(mǎn)💛足直管段⁉️要(yao)求🚩的長🙇🏻度。
（3）使(shǐ)用誤差
①孔闆(pan)彎曲(變形)；②上(shàng)遊測量管沉(chén)積髒物；③上遊(yóu)端面沉👅積髒(zāng)物；④孔闆入口(kǒu)直角邊緣變(bian)鈍、破損；⑤雷諾(nuo)數範圍✊不符(fu)合标準規定(ding)；⑥管道粗糙度(du)影響（管道粗(cū)糙度增加、管(guǎn)道粗糙度🔞變(biàn)化）。
2）可膨脹性(xìng)系數ε
　　可膨脹(zhang)性系數ε是對(duì)流體通過節(jie)流件時密度(dù)發生變化🈲而(ér)引起的流出(chu)系數變化的(de)修正，它的誤(wu)差由兩部分(fèn)組成：其👄一爲(wei)常用流量下(xià)ε的誤差，即标(biāo)準确♍定值的(de)誤差；其二爲(wei)由于流量變(bian)化ε值将随之(zhi)波動帶來的(de)誤差。一般在(zai)低靜壓高差(chà)壓情況，ε值有(you)不可🆚忽略的(de)誤差。當△P/P≤0.04時，ε的(de)誤差💜可忽略(lue)不計🚩。
3.2實測量(liang)誤差産生的(de)原因
1）d20、D20誤差産(chǎn)生的原因[1]
　　對(dui)于δd/d及δD/D的數據(ju)，應是一種在(zai)嚴格的檢定(dìng)條件下（人員(yuan)、設備、方法、環(huán)境等符合有(you)關标準），認真(zhēn)按照有關檢(jiǎn)定❤️規程和技(ji)術标準的🛀🏻要(yào)求，對新制造(zao)的或使用中(zhōng)的孔闆及測(ce)量管進行檢(jiǎn)定時所允許(xu)的測量不🌈确(que)定度，即δd20/d20≤±0.07％、δD20/D20≤±0.40％（下标(biao)20表示檢定狀(zhuang)态）。但由于要(yao)考慮現場的(de)實際工況條(tiao)件，因此這種(zhong)檢定要求忽(hu)略了如下一(yi)些影響因素(su)：
（1）未對d20及D20進行(hang)實際工況條(tiao)件下的溫度(dù)修正；
（2）現場配(pei)備的長度計(ji)量器具（如遊(you)标卡尺）往往(wǎng)不能按期送(sòng)檢，現場計量(liang)人員也未進(jin)行長度計量(liàng)測試方面的(de)專業培訓；
（3）對(duì)在用中的測(cè)量管，幾乎都(dōu)未考慮腐蝕(shi)、變形及積塵(chen)附着等對其(qi)實際内徑産(chan)生的變化；
（4）由(you)于測量管内(nèi)部結構的特(te)殊性，部分目(mù)前隻選擇了(le)分别距孔闆(pǎn)上、下遊端面(miàn)0D（或0.5D）的兩個截(jie)面進行内徑(jìng)測量，并将平(píng)均值刻在🤩銘(ming)牌上供用戶(hu)參考，一般的(de)标準👄都要求(qiú)至少測量4個(gè)截面。
　　這些因(yin)素導緻了實(shi)際工況條件(jiàn)下孔闆孔徑(jing)及測量管内(nei)徑😍的💰測量不(bu)确定度往往(wǎng)會超出标準(zhun)規定的範圍(wei)，即δd/d＞±0.07％、δD/D＞±0.40％。
2）P1、△P、t1誤差産生(sheng)的原因
　　這幾(jǐ)個變量，都屬(shu)于二次儀表(biǎo)測量數據，根(gen)據這些📧參數(shù)的産🆚生和測(cè)量過程，誤差(cha)産生的原因(yīn)主要有以下(xia)♻️幾個方面🌍：
（1）數(shu)據的産生
　　對(duì)于差壓和壓(ya)力信号，正确(que)的取壓孔及(jí)引壓管線的(de)制造、安裝及(jí)使用是保證(zhèng)獲得真實數(shù)據的關鍵，這(zhè)些🛀🏻影響因素(su)很多是難以(yi)定量或定性(xing)确定的，隻有(you)加強制造及(jí)☎️安裝的規範(fàn)化工作才能(neng)達到目的。對(duì)于溫度數據(jù)而言，是否能(neng)夠真實地反(fan)映被測流㊙️體(ti)内部的溫度(dù)是數據真實(shí)的關鍵，主要(yao)是感溫元件(jiàn)與氣流的接(jiē)觸是否良好(hao)，包括感溫頭(tou)的安裝位置(zhi)、插入深度、方(fāng)向以及表面(mian)的清潔程度(dù)等[1]。
（2）數據的測(cè)量與傳遞
　　儀(yí)表選型是否(fǒu)合适，安裝位(wèi)置是否合理(li)，運行是否正(zhèng)常都是‼️數據(ju)測量和傳遞(di)過程中誤差(cha)産生的原🈲因(yin)。
3）相對密度，天(tian)然氣壓縮因(yīn)子誤差産生(sheng)的原因
　　相對(dui)密度，天然氣(qi)壓縮因子都(dōu)屬于氣體的(de)物性參✍️數，天(tiān)🐆然氣‼️組成分(fen)析數據是用(yòng)于物性參數(shu)計算，并通過(guò)物性參數❓間(jian)接影響流量(liàng)計算結果。天(tian)然氣物性參(can)數測量的精(jing)度，取決于天(tian)👨‍❤️‍👨然氣取樣技(jì)術。天然🏒氣取(qu)樣技術是關(guān)系到所取樣(yàng)品是否有代(dài)表性總🈲是不(bu)但影響到天(tian)然氣組成分(fen)析結果，也影(ying)響到物性參(can)數的測量結(jié)果。取樣技術(shu)🍓由三個因素(su)組🚩成，即取樣(yàng)點分布、取樣(yang)方式和取樣(yàng)周期。
（1）取樣點(dian)分布
　　取樣點(diǎn)的分布決定(ding)了所取的天(tiān)然氣樣品是(shi)否有🏃‍♀️代表性(xìng)。
①對于多氣源(yuan)的輸配氣計(ji)量站，可在氣(qì)體入口下遊(yóu)與✍️流量計上(shang)⭐遊之間能使(shǐ)天然氣充分(fen)混合的彙管(guan)處設置取樣(yàng)點；②對于單一(yī)氣源的輸氣(qì)計量站，可在(zai)氣體入口處(chù)設置取樣點(dian)；③對于流量大(da)的用戶，如果(guǒ)用戶需要🈲，可(kě)在流量計的(de)上遊或下遊(you)不影響流量(liang)✔️測量精度的(de)管道或彙管(guǎn)🛀處設置取樣(yàng)點。
（2）取樣方式(shì)
　　取樣方式有(yǒu)邊連續取樣(yang)、累積取樣和(hé)單點取樣3種(zhǒng)。連☂️續取💁樣是(shì)與在線分析(xī)相結合的。累(lèi)積取樣要求(qiu)有控制流☎️入(rù)取樣鋼瓶的(de)流量控制裝(zhuāng)置，注入鋼瓶(píng)的流量與鋼(gāng)瓶的容積、氣(qì)源壓力、計量(liàng)點流量大小(xiao)和收集樣品(pǐn)的周期😍有關(guān)，技術🔱比較複(fú)雜。單點取樣(yang)是最簡單的(de)取樣方式，在(zài)國内被廣泛(fan)地應用。
（3）取樣(yang)周期
　　對于連(lian)續取樣方式(shì)，取樣周期取(qǔ)決于在線分(fen)析周期，在🛀🏻累(lèi)積取樣方式(shì)中，大多是一(yi)周收集一次(ci)。在單🤞點取樣(yang)方式中，國外(wai)大多是一天(tian)取一次，國内(nei)一般是一個(gè)🌈月或一個季(ji)度取一次☎️。
4實(shí)際應用中的(de)控制措施
1）節(jiē)流裝置設計(jì)，制造和安裝(zhuang)規範化；
2）加強(qiang)對重點設備(bei)的檢查維護(hù)和保養：
（1）孔闆(pǎn)
檢查内容包(bao)括：
①定期檢定(ding)；
②定期檢查，檢(jian)查内容包括(kuò)；
③上遊端面無(wú)可見損傷；
④上(shàng)遊邊緣無卷(juàn)口，無毛邊，無(wú)目測可見的(de)異常現象當(dang)孔🔱闆大于或(huò)等于MM時，目測(cè)檢查，将孔闆(pǎn)上遊端面傾(qīng)斜，用日光或(huò)人工光源射(shè)向直角入口(kou)邊緣，邊緣✊無(wú)反射🐪光束；
⑤下(xia)遊邊緣無毛(mao)刺，劃痕和可(ke)見損傷；
⑥定期(qī)排污和清洗(xǐ)。
（2）氣路
　　主要檢(jiǎn)查從孔闆閥(fá)到各個變送(song)器的氣路是(shì)否有洩漏、堵(du)💋塞等⁉️現象，氣(qi)路中是否有(you)液體存在，主(zhǔ)要是引壓管(guǎn)的🔱接頭☁️、三通(tong)、針形閥、放空(kong)閥以及三閥(fa)組等各個部(bu)位
（3）二次儀表(biǎo)
　　在保證儀表(biao)選型和精度(du)等級正确的(de)基礎上，定期(qī)對儀表🎯進行(háng)維護和保養(yǎng)。主要包括：
①定(ding)期檢定；
②檢查(cha)差壓變送器(qi)、壓力變送器(qì)的零點。
（4）流量(liang)計算機
　　主要(yao)是對流量計(ji)算機的數據(jù)采集、參數設(she)置及計💃算的(de)準确性進行(háng)檢察，主要有(yǒu)以下内容：
①通(tōng)道的檢查；
②參(can)數設置的檢(jian)查；
③計算精度(dù)的檢查。
　　可通(tōng)過一些簡便(biàn)實用的流量(liàng)計算軟件在(zai)相同條件下(xià)的計算值與(yǔ)流量計算機(ji)的計量值進(jìn)行對比，分别(bié)✔️計算機組🏃🏻‍♂️數(shù)據，觀察結果(guo)是否相近。
5結(jie)論
　　總之，隻要(yào)從設計、安裝(zhuāng)、使用等方面(mian)都嚴格執行(hang)有關标準，用(yòng)孔闆流量計(jì)計量天然氣(qi)的精度将大(dà)大提高♊。

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