1 差壓式孔板流量計(jì)的計(jì)量系統(tǒng)工作原理

①差壓式孔板流量計(jì)是根據(jù)流體流經(jīng)過(guò)孔板時(shí)，流束在孔板處形成收縮，流速增加，靜壓力降低，在孔板前后產(chǎn)生差壓。流體流速越大，差壓越大，兩個(gè)壓力的壓差與流體的流量成正相關(guān)的關(guān)系。通過(guò)測(cè)量差壓，計(jì)算出流體的流量大小。這種測(cè)量方法是以能量守恒定律和流動(dòng)連續(xù)性方程為基礎(chǔ)的。

②差壓式孔板流量計(jì)系統(tǒng)主要是由一次裝置（標(biāo)準(zhǔn)孔板）、二次裝置（差壓測(cè)量?jī)x表）、靜壓測(cè)量?jī)x表、溫度測(cè)量?jī)x表、信號(hào)引線及流體組分分析儀表和流量計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（硬件和軟件）組成。流量計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將流體的不同成分組合，集合測(cè)量?jī)x表檢測(cè)到流體的實(shí)時(shí)差壓、靜壓、溫度等數(shù)據(jù)，通過(guò)變送器轉(zhuǎn)換為4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，以及采集流體所有相關(guān)的工況數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，較后以標(biāo)況體積流量顯示出來(lái)。

③天然氣在標(biāo)準(zhǔn)條件下體積流量計(jì)算公式：

 

 

2被測(cè)介質(zhì)實(shí)際物理性質(zhì)的影響因素

2.1天然氣相對(duì)密度對(duì)孔板流量計(jì)的影響

①天然氣相對(duì)密度的確定方法有兩種：一是用真實(shí)相對(duì)密度計(jì)測(cè)量，二是利用氣分析儀，分析和計(jì)算出天然氣的全部組分含量，然后人工輸入流量計(jì)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。組分對(duì)計(jì)量結(jié)果的影響為：如果輕質(zhì)成分（如甲烷）含量增加，則天然氣密度ρn會(huì)減小，相對(duì)密度相應(yīng)減小，根據(jù)公式qvn=AvnCEd2FGεFzFT姨P1ΔP，相對(duì)密度系數(shù)FG則減小，計(jì)量結(jié)果與真實(shí)值相比會(huì)減小，造成少計(jì)量的情況。

②孔板流量計(jì)是人工輸入氣體組分含量來(lái)計(jì)算天然氣相對(duì)密度這一中間量的，對(duì)于壓力變化導(dǎo)致密度變化，通常采取的辦法是引入溫度、壓力補(bǔ)償予以解決，該補(bǔ)償實(shí)質(zhì)是補(bǔ)償因流體溫度、壓力變化導(dǎo)致的流體密度變化對(duì)流量測(cè)量結(jié)果的影響。

被測(cè)管道內(nèi)天然氣各組分含量隨時(shí)都可能發(fā)生變化，對(duì)于多氣源的集輸站更是如此。如果氣體組分含量沒(méi)有實(shí)時(shí)更新，那么參與流量計(jì)算的天然氣相對(duì)密度系數(shù)FG也不是實(shí)時(shí)更新的，這也會(huì)導(dǎo)致計(jì)量出現(xiàn)誤差。

2.2天然氣壓縮因子對(duì)孔板流量計(jì)的影響

應(yīng)按照GB/T17747—2011要求，天然氣標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的壓縮因子和操作條件下的壓縮因子應(yīng)計(jì)算超壓縮系數(shù)Fz。當(dāng)被測(cè)天然氣的相對(duì)密度小于或等于0.75，氮?dú)釴2、二氧化碳CO2的摩爾分?jǐn)?shù)小于或等于0.15時(shí)，可以直接按照公式Fz=Zn姨Z1計(jì)算。否則，應(yīng)按照GB/T17747姨P1ΔP2011分別計(jì)算Zn和Z1，再按照公式Fz=Zn姨Z1計(jì)算出Fz[1]。

其準(zhǔn)確度可用GB/T21446—2008附錄A提供的《超壓縮系數(shù)FZ值表》進(jìn)行檢驗(yàn)。

嚴(yán)格按照GB/T13609—2017進(jìn)行天然氣氣質(zhì)采樣，定期更新氣質(zhì)組分，避免壓縮因子計(jì)算失當(dāng)，造成計(jì)量準(zhǔn)確度產(chǎn)生偏差。

 

2.3可膨脹系性數(shù)對(duì)孔板流量計(jì)的影響

①可膨脹系性數(shù)是氣體流經(jīng)孔板時(shí)，因密度產(chǎn)生變化而引入的修正系數(shù)，這也是計(jì)量產(chǎn)生誤差的一個(gè)重要來(lái)源。②當(dāng)天然氣流量低于設(shè)計(jì)流量時(shí)，實(shí)際的可膨脹系性數(shù)低于設(shè)計(jì)的可膨脹系性數(shù)，造成計(jì)量結(jié)果偏��；反之，計(jì)量結(jié)果偏大。③當(dāng)實(shí)際流量與設(shè)計(jì)流量一致，而靜壓低于設(shè)計(jì)壓力，實(shí)際的可膨脹系性數(shù)小于設(shè)計(jì)的可膨脹系性數(shù)，使計(jì)量結(jié)果偏大；反之，計(jì)量結(jié)果偏小。④由于壓力及ΔP的變化而引起ε的變化，我們往往對(duì)此重視不夠。流體通過(guò)節(jié)流裝置時(shí)，節(jié)流件上下游產(chǎn)生一定的差壓，下游靜壓降低，出現(xiàn)流束膨脹，流束的膨脹會(huì)使差壓裝置的輸出（差壓）與輸入（流量）關(guān)系同不可壓縮的流體之間存在一定的偏差[2]。⑤實(shí)際使用中如果不校正這種偏差，將會(huì)造成流量嚴(yán)重偏高，可膨脹系性數(shù)就是為修正該偏差而引入的變量，其校正方法如下：準(zhǔn)確輸入各參數(shù)，CPU的應(yīng)用可使通過(guò)計(jì)算可膨脹系性數(shù)的校正系數(shù)K實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校正：K=ε1ε2，ε1———可膨脹性系數(shù)使用值；ε2———可膨脹性系數(shù)設(shè)計(jì)值。自動(dòng)校正后，為保證校正的精度，可人工計(jì)算K的應(yīng)有值和理論值后進(jìn)行校驗(yàn)；查閱GB/T2624—2006中的可膨脹系性數(shù)值進(jìn)行校驗(yàn)。

 

3孔板對(duì)計(jì)量結(jié)果的影響因素

①根據(jù)GB/T21446—2008《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》要求，孔板應(yīng)與節(jié)流裝置前后直管段同軸，避免孔板偏心，孔板偏心引起的計(jì)量誤差通常在2%以內(nèi)。②直徑比β值（孔板開(kāi)孔直徑/上游測(cè)量管內(nèi)徑）愈高，偏心率影響愈大。β值在0.55時(shí)，不確定度較��；β從0.65變化到0.75時(shí)，不確定度幾乎成直線上升趨勢(shì)，可見(jiàn)直徑比β值對(duì)計(jì)量結(jié)果的影響是很大的。③孔板孔徑偏大、流量偏小，造成大孔板測(cè)小流量，使差壓值偏小、差壓變送器工作在量程的10%以下，繼而產(chǎn)生誤差，造成計(jì)量氣量偏小。④當(dāng)孔板入口邊緣磨損變鈍、不銳或受腐蝕發(fā)生缺口，其結(jié)果是：在相同的流量下，孔口后流體的收縮程度減弱，差壓不斷降低，造成計(jì)量氣量偏小。⑤孔板表面結(jié)垢和污物雜質(zhì)堆積在孔板上游，會(huì)造成差壓信號(hào)不準(zhǔn)，甚至堵塞孔板前后的取壓環(huán)室，造成較大的計(jì)量誤差。

 

4在實(shí)際工作中常見(jiàn)的問(wèn)題

①差壓變送器長(zhǎng)期使用后，零點(diǎn)會(huì)發(fā)生一定程度的漂移。正漂移會(huì)引起差壓變送器輸出電流大于4mA，造成計(jì)量偏高；負(fù)漂移則引起差壓變送器輸出電流小于4mA，造成計(jì)量偏低。這兩種情況在氣溫變化較大時(shí)常有發(fā)生，在實(shí)際工作中要定期進(jìn)行檢查，及時(shí)消除零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。②失誤操作，如孔板裝反、系統(tǒng)參數(shù)輸入有誤、變送器三閥組操作不當(dāng)?shù)�，都�?huì)產(chǎn)生附加誤差。③用氣負(fù)荷的變化也會(huì)造成孔板流量計(jì)出現(xiàn)誤差，如用氣負(fù)荷降低，使差壓變送器在低限運(yùn)行，會(huì)造成計(jì)量偏低；反之，會(huì)使差壓變送器超限運(yùn)行，造成計(jì)量不準(zhǔn)。

 

5結(jié)語(yǔ)

影響差壓式孔板流量計(jì)計(jì)量出現(xiàn)誤差的原因非常多，難以進(jìn)行綜合定量分析。在天然氣流量測(cè)量過(guò)程中，計(jì)量誤差是不可避免的。使用中，對(duì)于差壓式孔板流量計(jì)的一次裝置（標(biāo)準(zhǔn)孔板）和二次裝置（差壓、靜壓、溫度、計(jì)量參數(shù)、計(jì)量器具等）和配套裝置的選擇、設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，定期對(duì)差壓式孔板流量計(jì)進(jìn)行檢測(cè)、調(diào)校、和維護(hù)，及時(shí)修正不相符之處，以確保計(jì)量?jī)x表的準(zhǔn)確度。