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在眾多的能源中，天然氣作為一種清潔的燃料和原料，不但提髙了人們的生活質(zhì)量，而且還保護(hù)了我們賴以生存的環(huán)境?？装辶髁坑?jì)作為主要的測量儀表，在20世紀(jì)初使用于天然氣流量測量，目前已成為*zui主要的天然氣流量計(jì)。近幾年來天然氣流量計(jì)計(jì)量相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相繼頒布實(shí)施,我國天然氣計(jì)量專業(yè)性標(biāo)準(zhǔn)為《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量天然氣流量》(SY/T6143-2004)
1、孔板式天然氣流量計(jì)的組成
孔板流量計(jì)是將標(biāo)準(zhǔn)孔板與差壓變送器配套組成的差壓式流量裝置，可測量氣體、蒸汽、液體及天然氣的流量，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、供熱、供水等領(lǐng)域的過程控制和測量。如圖1所示。
2、孔板式天然氣流量計(jì)的工作原理
2.1測量原理
孔板流量計(jì)是以相似原理為根據(jù)，以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的瞬時(shí)流量計(jì)?？装迨教烊粴饬髁坑?jì)基于流體在通過設(shè)置于流通管道上的流動(dòng)阻力件時(shí)產(chǎn)生的壓力差與流體流量之間的確定關(guān)系,
通過測量差壓值求得流體流
2.2流量方程
如圖2所示，根據(jù)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)，孔板式天然氣流量計(jì)的流量方程為：
式中： Q 為體積流量； P 為直徑比， P=d/D; d 為工作條件下節(jié)流件的孔徑； D 為工作條件下上游管道內(nèi)徑； Ao 為節(jié)流件的開孔截面積； C 為流出系數(shù)； AP 為節(jié)流裝置前后實(shí)際測得的差壓； p 為節(jié)流裝置上游流體密度；￡為可膨脹系數(shù)。
2.3流動(dòng)狀態(tài)的要求
孔板流量計(jì)的流出系數(shù) C 是在特定的實(shí)驗(yàn)室參比條件下,通過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推導(dǎo)得出的計(jì)算方法。因此，為了保證測量精度，對于氣流流動(dòng)狀態(tài)應(yīng)符合如下四條要求：
2.3.1 流體必須是牛頓流體，在物理學(xué)和熱力學(xué)上是均勻的、單相的，或者可認(rèn)為是單相的流體。
2.3.2流體流動(dòng)是穩(wěn)定流或隨時(shí)間變化不大的緩變流。
2.3.3流體必須滿管流，流經(jīng)節(jié)流件前流動(dòng)應(yīng)達(dá)到充分紊流，流束平行于管道軸線且無旋轉(zhuǎn)，流經(jīng)節(jié)流件時(shí)不發(fā)生相變。
2.3.4 流體通過孔板節(jié)流裝置的流動(dòng)，必須保持孔板下游靜壓與孔板上游靜壓之比不小于 0.75, 管道雷諾數(shù) Re3:5000( 角接取壓)和管道雷諾數(shù) Re 為 1260P2D (法蘭取壓)。
3、孔板式天然氣流量計(jì)不確定度分析
由于存在取壓方式（角接取壓、法蘭取壓）的影響；流量計(jì)算假設(shè)條件等因素的影響；孔板加工、安裝等技術(shù)要求。孔板流量計(jì)的使用和流量計(jì)算必須嚴(yán)格遵守規(guī)范規(guī)定，否則，其流量測量的不確定度無法計(jì)算或誤差較大。
根據(jù)孔板式天然氣流量計(jì)的流量方程（公式1)可知，影響流量測量的精度主要由流出系數(shù) C? 可膨脹系數(shù)、差壓和天然氣的物性。
3.1流出系數(shù)不確定度變化
流出系數(shù) C 是為了補(bǔ)償任意兩點(diǎn)的摩擦影響所列人的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，它與節(jié)流件的幾何形狀、取壓位置及雷諾數(shù)等有關(guān)，通常由試驗(yàn)確定。當(dāng)直管段長度符合SY/T6143—"2004的
規(guī)定的節(jié)流前 10D 和節(jié)流后 4D 長的測量管，圓度滿足不大于: t0.3%的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，則流出系數(shù)不確定度 Sck 只隨p值的不同而不同。此時(shí)，當(dāng) p 動(dòng) .6 時(shí)，則 Sc/c=±0.6%; 當(dāng) p>0.60 時(shí)，則&/c = ^3%w 0
3.2天然氣可膨脹系數(shù)不確定度變化
當(dāng)所測天然氣流經(jīng)孔板時(shí)，由于流速和壓力的改變而伴隨著密度的改變(氣體壓力從 Pl 降為 fh, 因膨脹而使密度減小),為適應(yīng)此種變化以修正因假設(shè)密度等于常量而對流量引起的偏差，因此必須加人一個(gè)系數(shù)，這個(gè)系數(shù)被稱為可膨脹系數(shù) e?
對于天然氣而言，可膨脹性系數(shù)的不確定度為： Se/e= ± 4(Ap/pi)%它與孔板流量計(jì)實(shí)測差壓 Ap 成正比，與靜壓 p, 成反比。目前在天然氣計(jì)量中差壓值一般在50000Pa之內(nèi)，靜壓在1-lOMPa范圍內(nèi)，因此 8e/e zui小為 ±0.00002%, zui大為 ±0.2% 或更大。
3.3 天然氣密度測量不確定度 5p/p密度取值按測量方法的不同而異，其一為直接密度測量，由密度計(jì)直接決定其值；天然氣密度測量的不確定度 Sp/p zui小為±1.013%,zui大為±1.571%或更大。
3.4差壓P的不確定度
標(biāo)準(zhǔn)SY/T6143—2004中的流量實(shí)用公式在應(yīng)用能量方程導(dǎo)出過程中，規(guī)定測量管道水平(包括上、下游側(cè)的測量管)。
因此，其上、下游取壓口的位置差為零，差壓 Ap 則是在孔板上、下游側(cè)所規(guī)定的取壓口位置上量得的靜壓之差。
式中：5?為差壓計(jì)的精度等級；為差壓計(jì)的量程；知/為預(yù)定差壓測量值。
由此可見，當(dāng)所用差壓計(jì)的精度為0.5級，量程為0~600kpa, 預(yù)設(shè)差壓測景值為 300kpa 時(shí)，對于天然氣孔板流景計(jì)，置信概率為95%的測量總不確定度為：
天然氣流量測量的總不確定度，據(jù)SY/T6143-2004規(guī)定，實(shí)際上就是測量系統(tǒng)的測量值與真值比較，置信概率為95%的準(zhǔn)確度，其測量的總不確定度SQn/Qnzui小為±0.82%,zui大為±4.52%或更大。
4、孔板流量計(jì)使用中的測量誤差分析
在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，對于孔板流量計(jì)如果使用不當(dāng)，會(huì)造成很大的測量誤差，有時(shí)可達(dá)到20%左右。在流量計(jì)的使用中，如何減少其測量誤差，必須考慮流量的測量原理和結(jié)構(gòu)形式，注
意使用條件和測量對象的物理性質(zhì)是否與所選用的流量計(jì)性能相適應(yīng)。下面就其測量誤差進(jìn)行分析 ：
4.1流量計(jì)算方程描述流體是充滿圓管的、充分發(fā)展的定常流。若流動(dòng)狀態(tài)真實(shí)性無法確定，如果仍按照原有的儀表常數(shù)推算流量，將與實(shí)際流量存在誤差。
4.2天然氣以甲烷為主加上乙烷和其他少量的輕烴，真實(shí)相對密度小于或等于0.75。由于被測介質(zhì)實(shí)際特性的不確定因素，以及實(shí)際物性變化影響儀表正常工作等對流量測量的不確
定度產(chǎn)生影響。
4.3 孔板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、 加工、 裝配、安裝、檢驗(yàn)和使用必須符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的全部技術(shù)要求。由于各個(gè)裝置自身及環(huán)境條件因素引起的不確定因素。
4.3.1孔板安裝不正確
管道水平安裝，如果孔板開孔中心與管道中心線不同心；如果在安裝過程中存在引壓管堵塞及墊片等凸出物，則會(huì)造成孔板前后壓差測量不準(zhǔn)確，從而造成測量誤差。
4.3.2孔板入口邊緣被磨損在使用中，由于流體的磨蝕作用，使孔板的人口邊緣變鈍，被磨成圓形入口邊緣。結(jié)果是在相同的流量下，孔口收縮系數(shù)變大，造成差壓發(fā)生變化，造成測量誤差。
4.3.3孔板表面的結(jié)垢
長期使用時(shí)，孔板表面結(jié)據(jù)，使孔板的流通面積變小，從而造成差壓增大，使流量計(jì)測量值大于實(shí)際值，影響計(jì)量精度。
4.4差壓變送器零點(diǎn)漂移和量程設(shè)置不當(dāng)
由于時(shí)間較長，變送器的零點(diǎn)會(huì)發(fā)生漂移，這時(shí)差壓變送器的輸人和輸出信號發(fā)生變化。若不及時(shí)調(diào)整，會(huì)造成實(shí)測流量值偏低或偏高。
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