| 在20世紀(jì)初，孔板流量計(jì)應(yīng)用于天然氣流量測(cè)量，經(jīng)過(guò)一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，它已成為*zui主要的天然氣流量計(jì)[1]。近年來(lái)，盡管出現(xiàn)了許多新型天然氣測(cè)量流量計(jì)，如：超聲流量計(jì)、氣體渦輪流量計(jì)等。但由于孔板流量計(jì)測(cè)量技術(shù)歷史悠久、應(yīng)用范圍廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)及價(jià)格低等特點(diǎn)，且標(biāo)準(zhǔn)型孔板流量計(jì)可以無(wú)須校準(zhǔn)而確定信號(hào)（差壓）與流量的關(guān)系，并估算其測(cè)量誤差等特點(diǎn)，在流量計(jì)中是惟一的。正是由于上述原因，在今后相當(dāng)長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期內(nèi)，由于種種因素的制約，特別是標(biāo)定不能獲得妥善解決之前，孔板流量計(jì)仍是天然氣計(jì)量的主要儀表。
1孔板流量計(jì)的測(cè)量原理
孔板流量計(jì)是根據(jù)安裝在管道中孔板產(chǎn)生的差壓、已知流體條件和孔板與管道的幾何尺寸來(lái)測(cè)量流量。它由孔板、差壓變送器和流量顯示儀組成。如圖1，當(dāng)流體流經(jīng)設(shè)置在管道中的節(jié)流件（孔板）時(shí)，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮。此時(shí)流速增大，靜差壓降低，在孔板前后產(chǎn)生差壓，流量愈大，差壓愈大，因而可根據(jù)差壓來(lái)衡量流量的大小。這種測(cè)量方法是以流動(dòng)連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）為基礎(chǔ)，流量為[2]
qm=C（1-β4）-1/2 επ/[4d2（2△pρ1）1/2] 式中，qm為質(zhì)量流量，kg/s；C為流出系數(shù)m3/s；ε為可膨脹形系數(shù)；β為直徑比，β=d/D；d為工作條件下節(jié)流件孔徑，m；D為工作條件下上游管道內(nèi)徑，m；△p為差壓，Pa，△p=P1- P2；P為上游流體密度，kg/m 。 2 新型孔板流量計(jì)的特點(diǎn) 由孔板流量計(jì)的測(cè)量原理可知，流量與差壓為平方根關(guān)系，如果壓差降低到原差壓的1/9，則流量將減小到原流量的1/3，這樣，對(duì)于一個(gè)差壓上限固定的差壓變送器來(lái)說(shuō)，其測(cè)量精度是下降了，這就是傳統(tǒng)孔板流量計(jì)的量程比zui大為4：1的原因。在石油天然氣鉆采工程領(lǐng)域，天然氣的流量，物性參數(shù)等會(huì)隨年份不同，工況條件不同有很大差異，采用傳統(tǒng)孔板流量計(jì)測(cè)量存在測(cè)量范圍窄，測(cè)量精度低，需在工況變化時(shí)，更換不同的孔板元件等缺點(diǎn)。近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，新材料，新工藝的迅速發(fā)展，差壓變送器和流量計(jì)已大大提高其性能及可*性，儀表廠家相繼開發(fā)了一些寬幅一體化智能孔板流量計(jì)，對(duì)原有的孔板流量計(jì)做了很大改進(jìn)。 a）孔板流量計(jì)流量測(cè)量范圍擴(kuò)展方式改進(jìn)在石油天然氣測(cè)量中，對(duì)流量變化大的場(chǎng)合，傳統(tǒng)做法是同時(shí)配備多塊β值不同的孔板或并列幾臺(tái)流量計(jì)。新型智能孔板流量計(jì)，如：日本S0NIC公司開發(fā)的孔板流量計(jì)，其流量比的范圍可在流量計(jì)算機(jī)上進(jìn)行選擇。流量計(jì)算機(jī)上除設(shè)有正常流量比外，還設(shè)有2個(gè)擴(kuò)展功能（如圖2），一是為了計(jì)量小流量，可將計(jì)量范圍擴(kuò)大到zui大可測(cè)流量的1/40，這種功能是在流量計(jì)算機(jī)上采用擴(kuò)展差壓分解功能系統(tǒng)，不用更換孔板和差壓變送器就可完成；另一個(gè)擴(kuò)展功能就是大流量側(cè)計(jì)量范圍的擴(kuò)張，這是將差壓擴(kuò)大，從而使大流量側(cè)的計(jì)量范圍加以擴(kuò)大的一種系統(tǒng)。另外還有超寬幅范圍方式，量程比zui大可達(dá)1：180，采用2臺(tái)差壓變送器，各自負(fù)擔(dān)著小流量范圍和大流量范圍的測(cè)量，各自獨(dú)立發(fā)信號(hào)，流量計(jì)算機(jī)則把這些信號(hào)分成不同領(lǐng)域進(jìn)行變換選擇，并在各領(lǐng)域進(jìn)行演算，從而使超寬幅范圍在測(cè)量上也能保證較高的精度。雖然多投入了1臺(tái)差壓變送器，但是與并列2臺(tái)流量計(jì)的設(shè)備費(fèi)用相比，既提高了經(jīng)濟(jì)效益，又節(jié)省了來(lái)回切換的麻煩；與采用多塊孔板的方法相比，避免了孔板更換，降低了生產(chǎn)操作難度。 b）孔板流量計(jì)孔板元件與二次儀表（差壓變送器及流量計(jì)算機(jī)）一體化傳統(tǒng)孔板流量計(jì)在應(yīng)用中，孔板與二次儀f表分開，把差壓信號(hào)送到中控進(jìn)行流量計(jì)算，在流量變化較大的場(chǎng)合，還需配備多塊孔板，一體化流量計(jì)完*了這一不便，使孔板和二次儀表成為一體，省去了引壓管線，減少了故障率，改善了動(dòng)態(tài)特性，方便了安裝使用[2]，且體積小，節(jié)約成本，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)更換孔板，只需設(shè)定量程比即可，操作方便，受到用戶的歡迎。 c）孔板流量計(jì)自動(dòng)溫壓補(bǔ)償功能 孔板流量計(jì)的總精度為±0.8～5.0%[4]，對(duì)孔板流量計(jì)來(lái)說(shuō)，密度是影響流量計(jì)特性的zui主要參數(shù)，而密度又是溫度、壓力的函數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)壓力溫度波動(dòng)是不可避免的，由此引起的物性參數(shù)的變動(dòng)是使用時(shí)產(chǎn)生附加誤差的主要原因之一，在高精度測(cè)量時(shí)應(yīng)特別注意。由于天然氣是可壓縮流體，受溫度、壓力的影響較大，為了保證度，常常采用溫壓補(bǔ)償。新型孔板流量計(jì)可將壓力和溫度信號(hào)直接送入現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)算機(jī)，對(duì)流量進(jìn)行壓力和溫度變化時(shí)的自動(dòng)補(bǔ)償運(yùn)算，并將的流量值送到中控。但須注意的是，*的儀表是沒有的，若補(bǔ)償方法不當(dāng)，有累積這些儀表誤差的可能，增加了故障因素，所以，進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)須慎重考慮。另外，在某些場(chǎng)合，當(dāng)流體組分發(fā)生變化時(shí)，就不能采用壓力、溫度補(bǔ)償，而應(yīng)采用密度補(bǔ)償[2]。 3 孔板流量計(jì)發(fā)展前景 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，與傳統(tǒng)孔板流量計(jì)相比，當(dāng)今孔板流量計(jì)發(fā)展趨勢(shì)是一體化、高精度、寬量比的新型流量計(jì)，并擁有補(bǔ)償功能完善的流量計(jì)算機(jī)，具有強(qiáng)大的功能軟件，同時(shí)設(shè)有RS485標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)通信接口，可與DCS連接通信，對(duì)維護(hù)檢修提供了方便，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中方便實(shí)用。同時(shí)，由于新穎的差壓變送器可同時(shí)測(cè)量差壓、靜壓和溫度，并經(jīng)計(jì)算單元作氣體壓力、溫度修正或測(cè)氣體質(zhì)量流量，減少了獨(dú)立的傳感器數(shù)量，簡(jiǎn)化管線工程，降低安裝費(fèi)用；減少管線開孔，降低潛在泄露點(diǎn)[4]，提高整體可*性，這些都為孔板流量計(jì)更好地應(yīng)用提供了可*的技術(shù)保證。 | 會(huì)員1.png)
