孫寧

（重慶燃?xì)饧瘓F(tuán)股份有限公司，重慶400020）

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。通過測量差壓，計(jì)算出流體的流量大小。這種測量方法是以能量守恒定律和流動連續(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（差壓測量儀表）、靜壓測量儀表、溫度測量儀表、信號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，集合測量儀表檢測到流體的實(shí)時(shí)差壓、靜壓、溫度等數(shù)據(jù)，通過變送器轉(zhuǎn)換為4-20mA 的標(biāo)準(zhǔn)信號，以及采集流體所有相關(guān)的工況數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后以標(biāo)況體積流量顯示出來。

③天然氣在標(biāo)準(zhǔn)條件下體積流量計(jì)算公式：

Qvn——天然氣在標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積流量，m3/s；

Avn——體積流量計(jì)量系數(shù)，取3.1794×10-6；

C——流出系數(shù)，與節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)、取壓方式、孔口截面積與管道截面積之比、雷諾數(shù)Re、孔口邊緣銳度、粗糙度有關(guān)，在一定的安裝條件下，對于給定的節(jié)流裝置，該值僅與雷諾數(shù)Re 有關(guān)；

d——孔板開孔直徑，mm；

FG——相對密度系數(shù)其中Gr為天然氣真實(shí)相對密度，ρn為天然氣真實(shí)密度；

ε——可膨脹性系數(shù)，與孔板前后壓力的相對變化量、流體等熵指數(shù)、孔口截面積與管道截面積之比等因素有關(guān)，用以修正天然氣通過孔板時(shí)因密度變化而引起的流量變化；

Fz—超壓縮系數(shù)天然氣標(biāo)準(zhǔn)條件下的壓縮因子

，Z1——天然氣操作條件下的壓縮因子；

FT——流動溫度系數(shù)，為節(jié)流裝置實(shí)測溫度，℃；

P1——孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對靜壓，MPa；

ΔP——?dú)饬髁鹘?jīng)孔板時(shí)產(chǎn)生的差壓，該壓力值為差壓變送器在線實(shí)時(shí)測量，kPa。

2 被測介質(zhì)實(shí)際物理性質(zhì)的影響因素

2.1 天然氣相對密度對孔板流量計(jì)的影響

①天然氣相對密度的確定方法有兩種：一是用真實(shí)相對密度計(jì)測量，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會減小，相對密度相應(yīng)減小，根據(jù)公式，相對密度系數(shù)FG則減小，計(jì)量結(jié)果與真實(shí)值相比會減小，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計(jì)算天然氣相對密度這一中間量的，對于壓力變化導(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流量測量結(jié)果的影響。

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

2.2 天然氣壓縮因子對孔板流量計(jì)的影響

應(yīng)按照GB/T 17747—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)被測天然氣的相對密度小于或等于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=計(jì)算。否則，應(yīng)按照分別計(jì)算Zn和Z1，再按照公式計(jì)算出Fz[1]。

其準(zhǔn)確度可用GB/T 21446—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/T 13609—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，我們往往對此重視不夠。流體通過節(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)用可使通過計(jì)算可膨脹系性數(shù)的校正系數(shù)K 實(shí)現(xiàn)自動校正：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/T 2624—2006 中的可膨脹系性數(shù)值進(jìn)行校驗(yàn)。

3 孔板對計(jì)量結(jié)果的影響因素

①根據(jù)GB/T 21446—2008《用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測量天然氣流量》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（孔板開孔直徑/上游測量管內(nèi)徑）愈高，偏心率影響愈大。β 值在0.55 時(shí)，不確定度最??；β 從0.65 變化到0.75 時(shí)，不確定度幾乎成直線上升趨勢，可見直徑比β 值對計(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，會造成差壓信號不準(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)際工作中常見的問題

①差壓變送器長期使用后，零點(diǎn)會發(fā)生一定程度的漂移。正漂移會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)?，都會產(chǎn)生附加誤差。③用氣負(fù)荷的變化也會造成孔板流量計(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，會造成計(jì)量偏低；反之，會使差壓變送器超限運(yùn)行，造成計(jì)量不準(zhǔn)。

5 結(jié)語

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。在天然氣流量測量過程中，計(jì)量誤差是不可避免的。使用中，對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，定期對差壓式孔板流量計(jì)進(jìn)行檢測、調(diào)校、和維護(hù)，及時(shí)修正不相符之處，以確保計(jì)量儀表的準(zhǔn)確度。