孔板流量計(jì)的誤差來源與實(shí)際控制

  孔板流量計(jì)的誤差來源與實(shí)際控制
        天然氣流量計(jì)量已經(jīng)成為天然氣工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重要組成部分，天然氣流量計(jì)量?jī)x表品種很多，其中孔板流量計(jì)自 20世紀(jì)70年代引入我國(guó)使用，逐步在天然氣流量計(jì)量中獲得了廣泛應(yīng)用，到目前為止，孔板流量計(jì)在我國(guó)天然氣計(jì)量中仍然占有主導(dǎo)地位。標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)最主要的優(yōu)點(diǎn)是耐高壓，安裝使用維護(hù)方便，對(duì)介質(zhì)潔凈程度的要求也不高，可與電子儀表和機(jī)械儀表單獨(dú)配套，在多年的試驗(yàn)和使用過程中積累了大量的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，是一種非常成熟的流量計(jì)。但是，由于組成測(cè)量系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)較多，影響孔板計(jì)量準(zhǔn)確度的因素很多，現(xiàn)就孔板流量計(jì)的誤差來源加以分析，并針對(duì)誤差來源，在實(shí)際應(yīng)用中采取相應(yīng)措施，以提高計(jì)量準(zhǔn)確度。
        1 、孔板流量計(jì)的組成和原理
        (1)孔板流量計(jì)的組成
        標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)由截流裝置，信號(hào)引線和二次儀表系統(tǒng)組成。其中節(jié)流裝置是使管道中流體產(chǎn)生靜壓力差的裝置，主要由標(biāo)準(zhǔn)孔板，取壓裝置和上下游直管段組成。
        (2)基本原理
        充滿管道的流體，當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流件時(shí)，如圖所示，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，這樣依據(jù)壓差來衡量流量的大小。
        2 、孔板流量計(jì)的計(jì)算方法和參數(shù)變量分析
        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。
        3 、天然氣計(jì)量誤差產(chǎn)生的原因分析
        (1)統(tǒng)計(jì)量的誤差分析
        1）流出系數(shù) C
        對(duì)于流出系數(shù) C的研究，人們一直沒有停止過，通過豐富和充分的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，人們對(duì)影響流出系數(shù)的因素有了許多的認(rèn)識(shí)，     影響流出系數(shù)偏離的原因 ：
           （1）儀器本身產(chǎn)生的誤差
            ①孔板入口直角銳利度超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；②管徑尺寸與計(jì)算不符；③孔板厚度誤差；④節(jié)流件附件產(chǎn)生臺(tái)階、偏心；⑤孔板上游端面平度；⑥環(huán)室尺寸產(chǎn)生臺(tái)階、偏心；⑦取壓位置；⑧焊接、焊縫突出；⑨取壓孔加工不規(guī)范或堵塞；⑩節(jié)流件不同軸度。
           （2）安裝誤差
            管線布置的偏離，管線布置的偏離造成的安裝誤差是普遍性的，其產(chǎn)生的主要原因是現(xiàn)場(chǎng)不能滿足直管段要求的長(zhǎng)度。
           （3）使用誤差
            ①孔板彎曲 (變形 ) ；②上游測(cè)量管沉積臟物；③上游端面沉積臟物；④孔板入口直角邊緣變鈍、破損；⑤雷諾數(shù)范圍不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；⑥管道粗糙度影響（管道粗糙度增加、管道粗糙度變化）。
        2）可膨脹性系數(shù) ε
        可膨脹性系數(shù) ε是對(duì)流體通過節(jié)流件時(shí)密度發(fā)生變化而引起的流出系數(shù)變化的修正，它的誤差由兩部分組成：其一為常用流量下 ε的誤差，即標(biāo)準(zhǔn)確定值的誤差；其二為由于流量變化 ε值將隨之波動(dòng)帶來的誤差。一般在低靜壓高差壓情況，ε值有不可忽略的誤差。當(dāng)△ P/P ≤ 0.04時(shí)，ε的誤差可忽略不計(jì)。
        (2)實(shí)測(cè)量誤差產(chǎn)生的原因 
        1）d20、D2產(chǎn)生的原因
         對(duì)于 δd/d及 δD/D的數(shù)據(jù)，應(yīng)是一種在嚴(yán)格的檢定條件下（人員、設(shè)備、方法、環(huán)境等符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)），認(rèn)真按照有關(guān)檢定規(guī)程和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)新制造的或使用中的孔板及測(cè)量管進(jìn)行檢定時(shí)所允許的測(cè)量不確定度，即 δd 20/d20≤ ±0.07％、δD 20/ D20≤ ±0.40％（下標(biāo) 20表示檢定狀態(tài)）。但由于要考慮現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工況條件，因此這種檢定要求忽略了如下一些影響因素：
          （1）未對(duì) d 及 D 進(jìn)行實(shí)際工況條件下的溫度修正；
          （2）現(xiàn)場(chǎng)配備(20) 的度計(jì)量器具（如游標(biāo)卡尺）往往不能按期送檢，現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量人員也未進(jìn)行長(zhǎng)度計(jì)量測(cè)試方面的專業(yè)培訓(xùn)；長(zhǎng)(20)
          （3）對(duì)在用中的測(cè)量管，幾乎都未考慮腐蝕、變形及積塵附著等對(duì)其實(shí)際內(nèi)徑產(chǎn)生的變化；
          （4）由于測(cè)量管內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特殊性，部分生產(chǎn)廠家目前只選擇了分別距孔板上、下游端面0D（或0.5D）的兩個(gè)截面進(jìn)行內(nèi)徑測(cè)量，并將平均值刻在銘牌上供用戶參考，一般的標(biāo)準(zhǔn)都要求至少測(cè)量 4個(gè)截面。
        這些因素導(dǎo)致了實(shí)際工況條件下孔板孔徑及測(cè)量管內(nèi)徑的測(cè)量不確定度往往會(huì)超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍，即 δd/d＞ ±0.07％、δD/D＞±0.40％。
        2）P 、△P、t 誤差產(chǎn)生的原因
        這幾個(gè)(1) 變量，都(1) 屬于二次儀表測(cè)量數(shù)據(jù)，根據(jù)這些參數(shù)的產(chǎn)生和測(cè)量過程，誤差產(chǎn)生的原因主要有以下幾個(gè)方面：
          （1）數(shù)據(jù)的產(chǎn)生
           對(duì)于差壓和壓力信號(hào)，正確的取壓孔及引壓管線的制造、安裝及使用是保證獲得真實(shí)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，這些影響因素很多是難以定量或定性確定的，只有加強(qiáng)制造及安裝的規(guī)范化工作才能達(dá)到目的。對(duì)于溫度數(shù)據(jù)而言，是否能夠真實(shí)地反映被測(cè)流體內(nèi)部的溫度是數(shù)據(jù)真實(shí)的關(guān)鍵，主要是感溫元件與氣流的接觸是否良好，包括感溫頭的安裝位置、插入深度、方向以及表面的清潔程度等 。
          （2）數(shù)據(jù)的測(cè)量與傳遞
          儀表選型是否合適，安裝位置是否合理，運(yùn)行是否正常都是數(shù)據(jù)測(cè)量和傳遞過程中誤差產(chǎn)生的原因。
        3）相對(duì)密度，天然氣壓縮因子誤差產(chǎn)生的原因
        相對(duì)密度，天然氣壓縮因子都屬于氣體的物性參數(shù)，天然氣組成分析數(shù)據(jù)是用于物性參數(shù)計(jì)算，并通過物性參數(shù)間接影響流量計(jì)算結(jié)果。天然氣物性參數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確度，取決于天然氣取樣技術(shù)。天然氣取樣技術(shù)是關(guān)系到所取樣品是否有代表性總是不但影響到天然氣組成分析結(jié)果，也影響到物性參數(shù)的測(cè)量結(jié)果。取樣技術(shù)由三個(gè)因素組成，即取樣點(diǎn)分布、取樣方式和取樣周期。
         （1）取樣點(diǎn)分布
          取樣點(diǎn)的分布決定了所取的天然氣樣品是否有代表性。①對(duì)于多氣源的輸配氣計(jì)量站，可在氣體入口下游與流量計(jì)上游之間能使天然氣充分混合的匯管處設(shè)置取樣點(diǎn)；②對(duì)于單一氣源的輸氣計(jì)量站，可在氣體入口處設(shè)置取樣點(diǎn)；③對(duì)于流量大的用戶，如果用戶需要，可在流量計(jì)的上游或下游不影響流量測(cè)量準(zhǔn)確度的管道或匯管處設(shè)置取樣點(diǎn)。
         （2）取樣方式
          取樣方式有邊連續(xù)取樣、累積取樣和單點(diǎn)取樣 3種。連續(xù)取樣是與在線分析相結(jié)合的。累積取樣要求有控制流入取樣鋼瓶的流量控制裝置，注入鋼瓶的流量與鋼瓶的容積、氣源壓力、計(jì)量點(diǎn)流量大小和收集樣品的周期有關(guān)，技術(shù)比較復(fù)雜。單點(diǎn)取樣是的取樣方式，在國(guó)內(nèi)被廣泛地應(yīng)用。
         （3）取樣周期
          對(duì)于連續(xù)取樣方式，取樣周期取決于在線分析周期，在累積取樣方式中，大多是一周收集一次。在單點(diǎn)取樣方式中，國(guó)外大多是一天取一次，國(guó)內(nèi)一般是一個(gè)月或一個(gè)季度取一次。
        4 、實(shí)際應(yīng)用中的控制措施
        1）節(jié)流裝置設(shè)計(jì)，制造和安裝規(guī)范化；
        2）加強(qiáng)對(duì)重點(diǎn)設(shè)備的檢查維護(hù)和保養(yǎng)：
       （1）孔板檢查內(nèi)容包括：
              ①定期檢定；
              ②定期檢查；
              ③上游端面無可見損傷；
              ④上游邊緣無卷口，無毛邊，無目測(cè)可見的異常現(xiàn)象當(dāng)孔板大于或等于 MM時(shí)，目測(cè)檢查，將孔板上游端面傾斜，用日光或人工光源射向直角入口邊緣，邊緣無反射光束；
              ⑤下游邊緣無毛刺，劃痕和可見損傷；
              ⑥定期排污和清洗。
        （2）氣路
        主要檢查從孔板閥到各個(gè)變送器的氣路是否有泄漏、堵塞等現(xiàn)象，氣路中是否有液體存在，主要是引壓管的接頭、三通、針形閥、放空閥以及三閥組等各個(gè)部位
        （3）二次儀表
        在保證儀表選型和精度等級(jí)正確的基礎(chǔ)上，定期對(duì)儀表進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。主要包括：
              ①定期檢定；
              ②檢查差壓變送器、壓力變送器的零點(diǎn)。
        （4）流量計(jì)算機(jī)
         主要是對(duì)流量計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集、參數(shù)設(shè)置及計(jì)算的準(zhǔn)確性進(jìn)行檢察，主要有以下內(nèi)容：
              ①通道的檢查；
              ②參數(shù)設(shè)置的檢查；
              ③計(jì)算準(zhǔn)確度的檢查。
         可通過一些簡(jiǎn)便實(shí)用的流量計(jì)算軟件在相同條件下的計(jì)算值與流量計(jì)算機(jī)的計(jì)量值進(jìn)行對(duì)比，分別計(jì)算機(jī)組數(shù)據(jù)，觀察結(jié)果是否相近。
       5 、結(jié)論
       總之，只要從設(shè)計(jì)、安裝、使用等方面都嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，用孔板流量計(jì)計(jì)量天然氣的準(zhǔn)確度將大大提高。