引言

隨著天然氣在我國的發(fā)展速度飛快，所以需要精度非常高的天然氣流量測(cè)量計(jì)。目前我國大部分天然氣企業(yè)采用的天然氣流量測(cè)量儀器為孔板流量計(jì)，其具有結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)便宜且其測(cè)量精度很高的優(yōu)點(diǎn)。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，超過百分之九十五的石油天然氣企業(yè)把孔板流量計(jì)用在貿(mào)易計(jì)量計(jì) 上?？装辶髁坑?jì)是檢測(cè)裝在管路中的同心孔板兩邊的壓力差來得到流量數(shù)據(jù)的一類檢測(cè)儀器。其主要是由節(jié)流裝置、差壓計(jì)、壓力計(jì)和溫度計(jì)構(gòu)成。它根據(jù)能量守恒 定律和流動(dòng)連續(xù)性方程這些原理來設(shè)計(jì)制造的。它的計(jì)算天然氣流量的方法是通過節(jié)流裝置產(chǎn)生壓力差，然后再進(jìn)過一些儀器測(cè)量壓力差和壓力、溫度，zui后在使用 流量積算儀或者計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)zui后得到數(shù)據(jù)。

1 孔板流量計(jì)工作原理及特點(diǎn)

孔板流量計(jì)以能量守恒定律和流動(dòng)連續(xù)性方程為設(shè)計(jì)原理，其計(jì)算方法是根據(jù)裝在管路中的同心孔板兩邊的壓力差來計(jì)算的，其 結(jié)構(gòu)是由溫度計(jì)、壓力計(jì)、節(jié)流裝置等構(gòu)成。由于其造價(jià)便宜，結(jié)構(gòu)簡單，具有較高的測(cè)量精度，并且適用于精度要求不高的工程測(cè)量以及貿(mào)易。我國使用孔板流量 計(jì)已經(jīng)有很長的一段時(shí)間了，并擁有非常成熟的孔板流量計(jì)設(shè)計(jì)，生產(chǎn)，加工經(jīng)驗(yàn)，其生產(chǎn)的孔板流量計(jì)也可以測(cè)量一些未知范圍的天然氣流量?，F(xiàn)目前，我國主流 的天然氣測(cè)量儀器還是孔板流量計(jì)。

2 天然氣流量計(jì)算方法

2.1 天然氣體積流量計(jì)算基本公式

    （1）

式中 Qn———標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積流量，m3/s；

C———流出系數(shù)；

β———直徑比；

ε———可膨脹系數(shù)；

d———孔板開孔直徑，mm；

Δp———節(jié)流件前后的壓差，Pa；

ρ1———天然氣在上游工況條件下的密度，kg/m3；

ρn———天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度，kg/m3。

2.2 天然氣體積流量計(jì)算實(shí)用公式

    （2）

式中，As———秒計(jì)量系數(shù)，視采用計(jì)量單位而定，此式As=3.1794×10^-6；

E———漸進(jìn)速度系數(shù)；

FG———相對(duì)密度系數(shù)；

Fz———超壓縮因子；

Fr———流動(dòng)溫度系數(shù)；

P1———孔板上游取壓孔靜壓，MPa。

3 孔板流量計(jì)計(jì)量誤差分析

3.1 流出系數(shù)C對(duì)計(jì)量精度的影響

孔板流量計(jì)的校準(zhǔn)于流出系數(shù)有關(guān)，它需要在上游直管段達(dá)到足夠的長度，同時(shí)其的節(jié)流裝置需要到達(dá)必要的技術(shù)要求。而流動(dòng) 系數(shù)又與雷諾數(shù)有關(guān)且隨其變化。c值增大時(shí)，雷諾數(shù)會(huì)變小，反之則c值減小時(shí)，雷諾數(shù)會(huì)增大。流動(dòng)系數(shù)C也會(huì)隨著流量變化而變化，其變化是隨流量的變大而 減小，當(dāng)實(shí)際的流量比刻度流量小時(shí)，則由其帶來的流量誤差會(huì)增大。同時(shí)C值是個(gè)變量，其根據(jù)雷諾數(shù)改變而改變，當(dāng)雷諾數(shù)到一定值時(shí)，其變化量將會(huì)變小。關(guān) 于法蘭取壓，雷諾數(shù)要超過106，而關(guān)于交接取壓其值要超過210.

3.2 被測(cè)介質(zhì)實(shí)際物理性質(zhì)的不確定度因素

（1）天然氣相對(duì)密度對(duì)流量計(jì)量的影響。

天然氣流量值會(huì)隨著1/Gr變化而變化，其兩者之間關(guān)系是正比例關(guān)系，這一點(diǎn)可以從上面公式（2）中可得知中可以看出。 假如把Gr看作一個(gè)單獨(dú)的量，那么當(dāng)Gr的不確定度為正負(fù)百分之零點(diǎn)五，這是天然氣標(biāo)準(zhǔn)體積流量的不確定因素為正負(fù)百分之零點(diǎn)二五，因此顯而易見流量計(jì)量 會(huì)受到天然氣實(shí)際的相對(duì)密度的影響。而導(dǎo)致Gr不確定度出現(xiàn)的原因是由于沒有測(cè)量和分析以及確定出真實(shí)天然氣的相關(guān)物理參數(shù)。例如，實(shí)際空氣的組分偏離標(biāo) 準(zhǔn)組分的偏離程度，各有關(guān)組分分子量測(cè)量的不確定度。目前Gr有兩種辦法確認(rèn)，*是用浮力氣體天平、動(dòng)量比重計(jì)等儀器檢測(cè)其實(shí)際相對(duì)密度；第二種是采用 氣分析儀器，先得知天然氣的全部組成部分，再根據(jù)其算出Cr值。現(xiàn)在我們國家通常使用后一種方法。但是因?yàn)榇嬖谥鴫毫囟炔?，所以Gr是一個(gè)變量。這時(shí)需 要使用在線色譜，觀察其變化狀況，從而進(jìn)一步增加計(jì)量的精度。

（2）天然氣壓縮因子對(duì)流量計(jì)量的影響。

流量計(jì)量的結(jié)果通常表現(xiàn)為在實(shí)際運(yùn)行中的流量流出，但是因?yàn)楦鱾€(gè)工程的實(shí)際情況不同，那么這時(shí)候就一般認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)氣體流 量。當(dāng)我們遇到外部因素的影響時(shí)（氣壓不高、溫度高），也可以用理想氣體方程等到體積流量。然而現(xiàn)實(shí)和理想是有差異的，同樣的現(xiàn)實(shí)氣體也同樣與理想氣體有 差異，特別是在由于管道壓力大和其溫差大時(shí)，理想氣體狀態(tài)方程不在適用在這里?？梢杂?jì)算出天然氣壓縮系數(shù)辦法的有三種，*是用卡茨曲線圖求解法，其優(yōu)點(diǎn) 在于求解方法快速，使用方便，但其缺點(diǎn)就是誤差較大。第二是采用卡茨表求解法，但其缺點(diǎn)在于算法繁瑣，當(dāng)沒有有關(guān)壓縮系數(shù)時(shí)還要用到內(nèi)插法，但其優(yōu)點(diǎn)在于 算出的數(shù)值z(mì)ui準(zhǔn)確。第三種是查閱《天然氣壓縮系數(shù)速查手冊(cè)》。

（3）可膨脹系數(shù)ε對(duì)流量計(jì)量的影響。

我們需要在氣體經(jīng)過孔板的時(shí)候?qū)γ芏鹊挠绊懙淖兓尤胍粋€(gè)修正系數(shù)ε。這個(gè)引進(jìn)的系數(shù)使我們?cè)趯?shí)際工作中產(chǎn)生誤差一個(gè)主 要的原因。如果工作中天然氣的流量沒有達(dá)到預(yù)期的程度的時(shí)候，真正的修正系數(shù)的ε會(huì)比規(guī)劃中的ε要小很多。zui后讓工作中得出的結(jié)果數(shù)據(jù)要比預(yù)期的數(shù)據(jù)小很 多。假設(shè)真正修正系數(shù)比工作中的修正系數(shù)要大，zui后得到的結(jié)果也要比真正地結(jié)果要大很多。

（4）脈動(dòng)流對(duì)流量計(jì)量的影響。

造成脈動(dòng)流的根本原因是因?yàn)閮x器管道中氣體流過的速度還有氣體的壓力產(chǎn)生改變，這個(gè)改變能夠引導(dǎo)出壓力差的改變，讓我們 儀器記錄下來的線條是不是一根線。而是一段寬帶。然而讓這個(gè)脈動(dòng)流產(chǎn)生的原因有些只有一個(gè)，而另一些卻是有很多個(gè)原因結(jié)合到一起的。比如我們長距離管道中 殘余液體的積累，壓縮天然氣的儀器的使用，天然氣井田中壓力的變化擾動(dòng)，天然氣使用單位不能很平均的使用天然氣。能夠有穩(wěn)定的流量流動(dòng)才是截留裝置計(jì)算流 量zui基本的因素，當(dāng)我們需要測(cè)量的單位產(chǎn)生波動(dòng)的時(shí)候，我們就不能很好的對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，這樣就會(huì)使測(cè)量的誤差增大。因此我們?yōu)榱俗屛覀儂ui終的測(cè)量結(jié)果誤差 小，就有必要對(duì)脈動(dòng)流進(jìn)行削弱。

3.3 儀器的設(shè)計(jì)、安裝管理誤差分析

（1）儀器的設(shè)計(jì)誤差

儀器差生誤差的原因是因?yàn)閮x器本身設(shè)計(jì)的不足或者是因?yàn)樵趦x器使用的時(shí)候產(chǎn)生了一些不可預(yù)測(cè)的改變。這種誤差主要是以下 幾個(gè)方面體現(xiàn)出來：*是因?yàn)閮x器孔板的上面構(gòu)成角度的尖銳程度還沒有達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)，儀器管孔的參數(shù)沒有按照計(jì)算制造，儀器控板的高不能達(dá)到工作標(biāo)準(zhǔn)， 或者是工作本身就沒有按照規(guī)定的流程進(jìn)行，致使工作中出現(xiàn)許多不可逆的失誤，zui終導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。

（2）安裝管理誤差

那么這個(gè)誤差會(huì)zui后發(fā)展成一個(gè)不能有一個(gè)準(zhǔn)確判定的持續(xù)差生誤差的源頭。產(chǎn)生這種誤差有很強(qiáng)的普通性。比如在施工的時(shí) 候，符合要求的施工材料不夠，施工的材料參數(shù)不能滿足施工所需要的參數(shù)，這些參數(shù)具體體現(xiàn)在材料的長度，材料的制造工藝，材料孔板的形變，還有材料中冗余 物質(zhì)對(duì)材料本身參數(shù)造成的映像，材料雷諾參數(shù)的不能滿足制造所需的要求，材料焊接的位置發(fā)生偏差。而管理上面的錯(cuò)誤主要在于：工作儀器不是我們所需要的儀 器、孔板的直徑不能通過相應(yīng)的流量，引壓管、平衡閥、差壓計(jì)各連接部位發(fā)生的錯(cuò)誤，人員自身操作產(chǎn)生的錯(cuò)誤。

3.4 流量積算方法不當(dāng)對(duì)計(jì)量的影響

現(xiàn)階段我們使用的一般的孔板節(jié)流裝置和與它解構(gòu)不一樣的二次測(cè)量工具使用不一樣的數(shù)據(jù)計(jì)算方法。我們需要使用符合規(guī)則的 孔板流量工具來計(jì)算天然氣的流量，它的數(shù)據(jù)和天然氣的各個(gè)方面都有密不可分的。假設(shè)我們使用的流量測(cè)量體系并沒有符合相應(yīng)的配置工具，它就會(huì)在工作時(shí) 不能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，使儀器的誤差增大。

4 孔板流量計(jì)運(yùn)行中準(zhǔn)確計(jì)量的影響因素

現(xiàn)階段我們的儀器維護(hù)板的流量統(tǒng)計(jì)表經(jīng)過長期的使用經(jīng)常出現(xiàn)一下一些問題：

（1）我們使用的zui基本的孔板測(cè)量儀器，有一個(gè)能夠測(cè)量的范圍有限、測(cè)量的準(zhǔn)確性不高、測(cè)量本體的環(huán)境因素影響較多時(shí)我們需要使用不同的孔板原件。

（2）在一些特殊的時(shí)間里，我們的天然氣中含有許多的雜質(zhì)，使天然氣的純度得不到提高。這會(huì)讓計(jì)量儀器管道被堵塞，造成一些其實(shí)可以避免的誤差。

（3）因?yàn)楝F(xiàn)階段的天然氣與天然氣液體不能很好的分開，會(huì)讓導(dǎo)出壓力的管道中和壓力計(jì)算記因?yàn)檎龎号c負(fù)面壓力而產(chǎn)生多余的水分與油，這會(huì)讓差壓計(jì)因?yàn)橛卸嘤嗟囊后w而計(jì)算不準(zhǔn)確。

（4）孔板在每隔一段時(shí)間都需要檢查一次，還需要經(jīng)過洗凈與測(cè)量常規(guī)參數(shù)，但是天然氣計(jì)的工作條件不好，不能每隔一段時(shí)間就進(jìn)行檢查與維修。

（5）當(dāng)介質(zhì)的壓力和溫度都發(fā)生不同的變化的時(shí)候，天然氣的體積也會(huì)跟隨這變化，這會(huì)讓天然氣計(jì)出現(xiàn)誤差。

5 提高孔板流量計(jì)計(jì)量精度的措施

我們從計(jì)量天然氣產(chǎn)生誤差的原因入手，研究出幾種在進(jìn)行天然氣計(jì)量不同時(shí)間段的不同辦法來降低誤差。

5.1 孔板流量計(jì)的設(shè)計(jì)安裝上應(yīng)嚴(yán)格符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

我們現(xiàn)階段的孔板節(jié)流裝置應(yīng)該要和規(guī)定（SY/T6143-1996）所有的指標(biāo)都要吻合，尤其實(shí)在進(jìn)行安裝的時(shí)候，必須要與響應(yīng)的參數(shù)來匹配相應(yīng)的材料，大多數(shù)情況下都需要zui少前30D。

5.2 消除脈動(dòng)流

（1）使用風(fēng)吹，掃除的，清理管道或者在低的地方使用分液器來讓管道中多余的液體減少。

（2）我們需要我計(jì)量能力能夠做到的情況下，使測(cè)量管道的內(nèi)徑見效，從而讓差壓和孔徑比得到提高。

（3）在實(shí)際工作中，我們要盡可能使用短引壓管線，這樣的目的是為了讓引壓管線中的阻力，而且還能讓上游和下游的管線的長一樣。這樣就能在實(shí)際工作中降低工作系統(tǒng)里的諧振和壓力脈動(dòng)振幅。

（4）我們需要將測(cè)量點(diǎn)的前面增加一個(gè)調(diào)整壓力的閥門，使壓力能夠平穩(wěn)的被輸出，在測(cè)量管前面增加一個(gè)緩沖罐用來使氣體得到儲(chǔ)存和釋放也能起到見效誤差的作用。

（5）控制計(jì)量管段下流閥。