孔板計(jì)量天然氣流量產(chǎn)生誤差的原因分析

一、前言
孔板流量計(jì)在天然氣計(jì)量方面被zui廣泛的采用。孔板流量測(cè)量系統(tǒng)一般由節(jié)流裝置（標(biāo)準(zhǔn)孔板）、差壓變送器及數(shù)據(jù)處理器（開方積算器或計(jì)算機(jī)）組成。孔板流量計(jì)的主要特點(diǎn)：
優(yōu)點(diǎn)： （1）適用于較大口徑管道的計(jì)量（目前口徑大于DN600的流量計(jì)一般只能選用孔板）。
（2）無可動(dòng)部件，耐用。
（3）應(yīng)用歷史悠久，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定zui全。
（4）制造相對(duì)容易，價(jià)格便宜。
    為了提高孔板流量計(jì)在天然氣計(jì)量的準(zhǔn)確度，分析和掌握測(cè)量裝置本身在使用過程中產(chǎn)生誤差的原因是計(jì)量工作中*的一項(xiàng)重要工作。　
二、測(cè)量原理
流速將在節(jié)流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節(jié)流件前后便產(chǎn)生了壓差。流體流量愈大，產(chǎn)生的壓差愈大，這樣可依據(jù)壓差來衡量流量的大小。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)的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關(guān)，例如當(dāng)節(jié)流裝置形式或管道內(nèi)流體的物理性質(zhì)（密度、粘度）不同時(shí)，在同樣大小的流量下產(chǎn)生的壓差也是不同的。以伯努利方程式和流體流動(dòng)的連續(xù)性方程式為依據(jù)。 
三、誤差因素分析
1、基本誤差
  由測(cè)量裝置本身準(zhǔn)確度所決定的誤差。
由于孔板流量計(jì)測(cè)得的流量是根據(jù)差壓信號(hào)間接求得的。從公式可以看出，影響測(cè)量準(zhǔn)確度的主要因素是α、F、ε等值。必須保持α、F、ε均為恒定值，才能達(dá)到差壓和流量之間有恒定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但在實(shí)際生產(chǎn)中，α、F、ε都與某些因素有關(guān)，特別是流量系數(shù)α，它是一個(gè)影響因素復(fù)雜，變化范圍大的重要系數(shù)，如果在測(cè)量過程中不能保證α為恒定值，則測(cè)量誤差將會(huì)較大。
從資料和實(shí)驗(yàn)證明，流量系數(shù)α值與取壓點(diǎn)位置、孔板的開孔截面積和管道截面積比（m= d2 /D2）、雷諾數(shù)、管壁粗糙度、孔板入口邊緣尖銳度有關(guān)。所以，標(biāo)準(zhǔn)孔板的選用應(yīng)符合下列技術(shù)要求：
（1）標(biāo)準(zhǔn)孔板的技術(shù)要求
1）孔板相對(duì)于開孔直徑d的軸線中心對(duì)稱；
2）孔板上游端面A應(yīng)于下游端面B平行，并且與開孔直徑d的軸線垂直；
3）孔板A面、B面應(yīng)無可見的損傷；
4）孔板開孔直徑d的上游測(cè)直角入口邊緣G應(yīng)銳利，無毛刺和劃痕。
5）孔板開孔直徑d的內(nèi)圓柱表面長(zhǎng)度e應(yīng)符合：0.005D≤e≤0.02D；
6）孔板的厚度應(yīng)符合：e≤F≤0.005D；
7）孔板下游側(cè)出口邊緣H和孔板開孔圓柱形下游側(cè)出口邊緣I應(yīng)無毛刺、劃痕和可見損傷；
8）標(biāo)準(zhǔn)孔板在使用過程中，會(huì)由于天然氣的侵蝕而產(chǎn)生變形，從而引起流量系數(shù)增大而產(chǎn)生測(cè)量誤差。因此孔板的材質(zhì)也是保證孔板工作可靠和測(cè)量準(zhǔn)確的一個(gè)因素。用于天然氣測(cè)量的孔板采制一般為：Cr17、1Cr18Ni9TiC以及其他耐酸鋼。
整套流量計(jì)的度還決定于差壓變送器和流量顯示儀的度。但是當(dāng)其他參數(shù)的度不高時(shí)采用高精度差壓變送器并不能起多大作用。流量顯示儀的作用主要在監(jiān)視運(yùn)行參數(shù)的穩(wěn)定性等方面，它的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度一般是無問題的。因此，要提高測(cè)量的度應(yīng)有一個(gè)全面估計(jì)，這樣才能作出技術(shù)經(jīng)濟(jì)性*方案的選擇。
    2、附加誤差
在流量計(jì)的安裝和使用過程中，沒有嚴(yán)格遵守技術(shù)要求和設(shè)計(jì)所提供的數(shù)據(jù)而找成的誤差。這種誤差的大小是無法估計(jì)的。但是通過對(duì)造成誤差因素的分析，可以將誤差降低。孔板流量測(cè)量系統(tǒng)安裝使用時(shí)，必須符合下列技術(shù)要求：
1）孔板安裝時(shí)，他的開孔中心和管道中心軸線同心，而且它的端面與管道軸線垂直；
2）孔板上、下游側(cè)取壓孔軸線符合距孔板上、下游端面的距離為25.4±0.8mm的要求；  
3）取壓孔的軸線應(yīng)與孔板上下游側(cè)2D測(cè)量管長(zhǎng)度的內(nèi)圓柱的軸線垂直，取壓孔的軸線與孔板兩端面向外傾斜角的夾角不大于3度。取壓孔直徑不應(yīng)大于0.08D；
4）孔板安裝需要前后直管段，直管段的長(zhǎng)度與孔板上游側(cè)局部阻力件的形式和直徑比β有關(guān)。 
5）差壓信號(hào)管路的安裝
    差壓信號(hào)管路是指節(jié)流裝置與差壓變送器（或差壓計(jì)）的導(dǎo)壓管路。它是孔板流量計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，據(jù)統(tǒng)計(jì)孔板流量計(jì)的故障中引壓管路zui多，如堵塞、腐蝕、泄漏、凍結(jié)、假信號(hào)等等，約占全部故障率的70％，因此對(duì)差壓信號(hào)管路的配置和安裝應(yīng)引起高度重視。
    （1）取壓口 取壓口一般設(shè)置在法蘭上，當(dāng)測(cè)量管道為水平或傾斜時(shí)取壓口的安裝方向如圖2所示。它可以防止測(cè)液體時(shí)氣體進(jìn)入導(dǎo)壓管或測(cè)氣體時(shí)液滴或污物進(jìn)入導(dǎo)壓管。當(dāng)測(cè)量管道為垂直時(shí)，取壓口的位置在取壓位置的平面上，方向可任意選擇。
（2）導(dǎo)壓管 導(dǎo)壓管的材質(zhì)應(yīng)按被測(cè)介質(zhì)的性質(zhì)和參數(shù)確定，其內(nèi)徑不小于6mm，長(zhǎng)度在16mm以內(nèi)，各種被測(cè)介質(zhì)在不同長(zhǎng)度時(shí)導(dǎo)壓管內(nèi)徑的建議值如下表所示。導(dǎo)壓管應(yīng)垂直或傾斜敷設(shè)，起傾斜度不小于1：12，粘度高的流體，其傾斜度應(yīng)更增大。當(dāng)導(dǎo)壓管長(zhǎng)度超過30mm時(shí)，導(dǎo)壓管應(yīng)分段傾斜，并在zui高點(diǎn)與zui低點(diǎn)裝設(shè)集氣器（或排氣閥）和沉淀器（或排污閥）。正負(fù)導(dǎo)壓管應(yīng)盡量靠近敷設(shè)，防止兩管子溫度不同使信號(hào)失真，嚴(yán)寒地區(qū)導(dǎo)壓管應(yīng)加防凍保護(hù)，用電或蒸汽加熱保溫，要防止過熱，導(dǎo)壓管中流體汽化會(huì)產(chǎn)生假差壓。
    6）測(cè)量氣體溫度的溫度計(jì)安裝在孔板下游側(cè)直管段以外的地方，計(jì)算氣量時(shí)應(yīng)將此時(shí)所測(cè)的氣流溫度換算成孔板上游側(cè)的氣流溫度，如果溫度計(jì)安裝在孔板上游側(cè)，則溫度計(jì)套管與孔板之間的直管段長(zhǎng)度L應(yīng)滿足下列規(guī)定：
當(dāng)溫度計(jì)套管直徑不大于0.03D時(shí)（D為計(jì)量管內(nèi)徑），L≥5D；
當(dāng)溫度計(jì)套管直徑在0.03D至0.13D范圍內(nèi)時(shí)（D為計(jì)量管內(nèi)徑），L≥20D；
    孔板節(jié)流裝置安裝于現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)酷的工作場(chǎng)所，在長(zhǎng)期運(yùn)行后，無論管道或節(jié)流裝置都會(huì)發(fā)生一些變化，如堵塞、結(jié)垢、磨損、腐蝕等等。檢測(cè)件是依靠結(jié)構(gòu)形狀及尺寸保持信號(hào)的準(zhǔn)確度，因此任何幾何形狀及尺寸的變化都會(huì)帶來附加誤差。麻煩的是，測(cè)量誤差的變化并不能從信號(hào)中覺察到，因此定期檢查檢測(cè)件是必要的。可以根據(jù)測(cè)量介質(zhì)的情況確定檢查的周期。
以上是分析的計(jì)量產(chǎn)生誤差的原因，目的是為了要盡可能的消除或減少誤差。我們應(yīng)當(dāng)根據(jù)誤差產(chǎn)生原因，對(duì)癥下藥，采取相應(yīng)措施，提高天然氣流量計(jì)量的準(zhǔn)確度。