孔板流量計(jì)使用應(yīng)該注意事項(xiàng)

 1 前言
                           
                        孔板流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、標(biāo)準(zhǔn)化程度較高、試驗(yàn)數(shù)據(jù)多等優(yōu)點(diǎn)，在流量測(cè)量中占有很高的比重。很多國(guó)家將孔板流量計(jì)作為天然氣流量測(cè)量的主要方式。在實(shí)際天然氣計(jì)量使用中存在一些導(dǎo)致誤差的因素，現(xiàn)針對(duì)吐哈油田甲醇廠存在此類誤差進(jìn)行誤差分析。
                            2 孔板流量計(jì)的計(jì)算公式
                            根據(jù)SY/T6143-1996標(biāo)準(zhǔn)式（20）可得：
                                            （1）
                            式中
                                qm—質(zhì)量流量，kg/s；
                                d0—節(jié)流件開(kāi)口直徑，m；
                                c—流量系數(shù)；
                                ε—可膨脹性系數(shù)；
                                ρ—被測(cè)流體設(shè)計(jì)密度，kg/m3；
                                β—節(jié)流件孔徑與直管內(nèi)徑比；
                                △P—設(shè)計(jì)條件下實(shí)測(cè)壓差Pa。
                            孔板流量計(jì)一般在流體雷諾為400~53×106的范圍內(nèi)使用。
                                     （2）
                            式中
                                qm max—zui大設(shè)計(jì)質(zhì)量流量，kg/s；
                                △Pmax—zui大設(shè)計(jì)壓差，Pa；
                            （1）/（2）得：
                                      （3）
                            （3）式為控制系統(tǒng)內(nèi)計(jì)算流量的公式。
                            3 孔板流量計(jì)小流量情況下誤差分析
                           
                        設(shè)（3）式表示在真實(shí)差壓下計(jì)算的流量為真實(shí)值，而實(shí)測(cè)壓力△P1條件下流量的計(jì)算值為qm1。（以下各表達(dá)式類似，帶標(biāo)1的為測(cè)量值）由（3）得；
                           
                            設(shè)△P1=△P+△P2
                            △P2為差壓計(jì)誤差；（為正誤差，負(fù)誤差相類似不推導(dǎo)，見(jiàn)圖1）。
                            則測(cè)量流量與真實(shí)流量之間的誤差△qm：
                                        （4）
                            設(shè)：，即差壓流量計(jì)在△P壓差下的百分?jǐn)?shù)，則0≤a≤1；
                            設(shè)：，則x為此差壓表的zui大誤差，則（4）可化為
                                             （5）
                            式中
                            a為差壓計(jì)的差壓比，x為差壓計(jì)的zui大誤差。
                           
                        以0.5級(jí)儀表為例，即x=0.5%，則可計(jì)算出在a在0~1范圍內(nèi)即差壓在△P在0~△Pmax中的誤差。如下圖1，正誤差在上，負(fù)誤差在下：

                            根據(jù)（5）可計(jì)算出不同精度等級(jí)的儀表在不同差壓情況下的zui大誤差。
                           
                        單從公式而言，在壓差低于25%時(shí)，流量誤差已高出儀表本身誤差，故孔板流量計(jì)的使用范圍宜在壓差高于設(shè)計(jì)壓差25%即流量高于設(shè)計(jì)流量50%時(shí)使用。實(shí)際上，在Re≤400的情況下，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明標(biāo)準(zhǔn)孔板法蘭取壓誤差已達(dá)到百分之十幾到二十幾。所以要使用好孔反流量計(jì)必須掌握好使用的流量范圍（無(wú)論氣體或液體）。
                            4 溫度、壓力變化對(duì)天然氣流量測(cè)量的影響
                            對(duì)于天然氣主要成分為C1~C4，實(shí)際工作壓力在設(shè)計(jì)壓力附近變化時(shí)不會(huì)發(fā)生相變，故可視為理想氣體。
                           
                            質(zhì)量相同的情況下體積V與密度ρ成反比，由上式可得：
                        
                                                        （6）
                            根據(jù)公式（1）得：
                           
                            上式比（2）式，并將（6）帶入可得：
                                     （7）
                            公式（7）為控制系統(tǒng)內(nèi)的溫度壓力補(bǔ)償公式，利用（7）可對(duì)實(shí)測(cè)流量的溫度壓力變化進(jìn)行修正。
                            假設(shè)差壓儀表無(wú)測(cè)量誤差，即
                           
                            （7）-（3）并帶入上式得：
                                          （8）
                            ①設(shè)此時(shí)在設(shè)計(jì)溫度條件下，即T1=T，即（8）式可化為：
                           
                            設(shè)P1=P+P2（P2為正誤差，即實(shí)測(cè)壓力高于設(shè)計(jì)壓力，負(fù)誤差類似不推導(dǎo)，見(jiàn)圖2），上式可化為：
                           
                            其中x=P2/P為測(cè)量時(shí)的實(shí)際壓力與設(shè)計(jì)壓力的偏差比設(shè)計(jì)測(cè)量壓力。
                            設(shè)a=0.5，即壓差為50%，可作圖如下：（其它點(diǎn)的誤差相類似）

                            由圖2可知當(dāng)實(shí)際壓力高于設(shè)計(jì)壓力時(shí)實(shí)際流量偏大，反則實(shí)際流量偏小。
                            ②設(shè)此時(shí)在設(shè)計(jì)壓力條件下，則（8）式可化為：
                           
                            設(shè)T=T1-T2（T2為正誤差即實(shí)測(cè)溫度高于設(shè)計(jì)溫度，負(fù)誤差類似不推導(dǎo)，見(jiàn)圖3），上式可化為：
                           
                            其中x=T2/T1為測(cè)量時(shí)的實(shí)際溫度與設(shè)計(jì)溫度偏差比實(shí)際溫度。由于T2∝T1，T1≈T，x≈T2/T。
                            設(shè)a=O.5，即壓差為50%時(shí)，可作圖如圖3（其它點(diǎn)的誤差相類似）：

                            由圖3可知當(dāng)實(shí)際溫度高于設(shè)計(jì)溫度時(shí)實(shí)際流量偏小，反則實(shí)際流量偏大。
                           
                        由于溫度（溫度）變化范圍一般小于壓力變化范圍，所以溫度對(duì)流量的影響小于壓力對(duì)流量的影響。溫度壓力對(duì)天然氣流量測(cè)量的影響始終存在，所以在天然氣流量計(jì)量中必須進(jìn)行溫度壓力補(bǔ)償。
                            5 組成變化對(duì)天然氣測(cè)量的影響
                           
                        天然氣中主要以C1~C4為主，但天然氣的組分不時(shí)發(fā)生變化，根據(jù)對(duì)吐哈油田丘東采油廠2003年2月至3月共計(jì)6d天然氣組分化驗(yàn)數(shù)據(jù)處理可得，平均分子量zui大誤差2.8%，對(duì)流量的影響不到2%。
                            6 其他影響孔板流量計(jì)測(cè)量精度的因素
                           
                        除以上提到的影響孔板流量計(jì)測(cè)量精度的因素之外，還有其他因素，比如一次元件的加工精度，安裝的同心度，孔板流量計(jì)前后直管段等很多因素。在特定的條件下，某個(gè)或某幾個(gè)因素變化成為影響測(cè)量精度的主要因素，所以是否抓主要因素是能否解決測(cè)量誤差的關(guān)鍵。