差壓式孔板流量計計量不準確度分析

差壓式孔板流量計優(yōu)點是適用于較大口徑管道的計量；結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易；無可動部件，性能可靠，耐用；應用歷史悠久，標準規(guī)定最全；按標準制造的孔板不需要標定；價格便宜。缺點：壓損大時不適宜長輸管線計量；量程比??；前后直管段要求長，占地面積大；輸出信號為模擬信號，重復性不高；對整套流量計的精度影響因素多且錯綜復雜，很難提高測量精度。

一、不確定度分析

節(jié)流式差壓流量計不確定度計算式

（1）

式中；Eqm-流量相對不確定度，% ；EC，Eε，ED，Ed，Eρ，EΔp-分別為C，ε，D，d，ρ，Δp的相對不確定度，%；β-直徑比，無量綱。

1.流量計算方程中描述流體流動狀態(tài)真實性不確定度因素

多年來，我國的天然氣計量一直以體積流量為結(jié)算依據(jù)，即以一個大氣壓（101.325kPa）下，20℃時的天然氣的量，對應的體積流量。根據(jù)S1Y/T6143-1996[1]，天然氣標準體積流量計算公式為[2]

（2）

式中：qsc-標準狀態(tài)下天然氣體積流量，m3/s；As-秒計量系數(shù)，無量綱，As=3.1794×10-6；C-流出系數(shù)，無量綱；E-漸近速度系數(shù)，無量綱；d-孔板開孔直徑，mm；FG-相對密度系數(shù)，無量綱；ε-可膨脹性系數(shù)，無量綱；F2-超壓縮因子，無量綱；FT-流動溫度系數(shù)，無量綱；p1-孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對靜壓，MPa；Δp-氣流流經(jīng)孔板時產(chǎn)生的差壓，Pa。

流出系數(shù)C為通過節(jié)流裝置的實際流量值與理論流量值之比。它是在上游直管段充分長的實驗條件下，并且孔板節(jié)流裝置在滿足規(guī)定的技術(shù)指標下進行校準標定的，才具計量特性。（3）

式中： 直徑比，β=d/D；D值的單位為mm；當間距符合法蘭取壓方式時， L1=L2=25.4/D；當間距符合角接取壓方式時，L1=L2=0。

根據(jù)SY/T6143-1996，孔板開孔直徑d、測量管內(nèi)徑JD、直徑比β和管徑雷諾數(shù)ReD的極限值應符合規(guī)定。

當氣流流束在孔板前1D處完全充滿管道，且為紊流狀態(tài)時，流出系數(shù)C的百分誤差為：當β≤0.6時，為±0.6%；當0.67πβ≤0.75時，為±β%。

2.被測介質(zhì)實際物理性質(zhì)的不確定度因素

2.1 多相、非牛頓流體[3]~[5]

標準中要求流經(jīng)流量計的流體必須是單相的牛頓流體。但是在油氣田開采中現(xiàn)場液體含有微粒雜質(zhì)或氣泡，氣體中有液滴或固體微粒是難以完全避免的，問題的關(guān)鍵是這些分散相的含量多少會影響到基本特性?確定這個界限是很重要的，未來界限的試驗研究是流量計研制的一個內(nèi)容。

美國雪佛龍公司和科羅拉多工程試驗站的試驗研究結(jié)果表明：（1）用孔板流量計測量氣體流量，當氣體中夾帶少量體時，流量測量不確定度偏高，測量的濕氣流量隨β的增加而減少，在β比為0.7時，測得的流量偏差為-1.7% ；（2）當少量液體時，在β比為0.5時表明孔板性能較好，但是將夾帶在孔板上游脫出，以獲得最佳的計量性能；（3）用舊的孔板流量計測量濕氣，流量計量值將降低3%。

2.2 天然氣相對密度的影響

密度參數(shù)是天然氣測量中極為重要的物性參數(shù)， 密度測量的不準確度對整個測量系統(tǒng)的不準確度有著很大影響。根據(jù)計量條件估算密度帶來的不確定度：當儀表精度較低運行在下限時，不確定度為±0.818%；反之，不確定度則在±0.793%，由此可見密度在流量測量中至關(guān)重要，所以為了準確進行天然氣計量，選用在線色譜儀進行組分在線分析是十分必要的。

3.測量中重要設(shè)備（如孔板開孔直徑及直徑比）的不確定度

SY/T6143-1996規(guī)定，標準孔板是由機械加工獲得的一塊圓形穿孔的薄板。它的節(jié)流孔圓筒形柱面與孔板上游端面垂直，其邊緣是尖銳的， 孔板厚與孔板直徑比是比較小的。孔板在測量管內(nèi)的部分應該是圓的并與測量管軸線同軸，孔板的兩端面應始終是平整的和平行的

3.1 孔板偏心

根據(jù)GB2624-81規(guī)定，孔板應與節(jié)流裝置中的直管段對中。實驗表明，孔板偏心引起的計量誤差一般在2%以內(nèi)，孔徑比β值愈高，偏心率影響愈大，應不用值高的孔板。

3.2 孔板彎曲

由于安裝或維修不當。使孔板發(fā)生彎曲或變形，導致流量測量誤差較大。在法蘭取壓的孔板上進行測試，孔板彎曲產(chǎn)生的最大誤差約為3.5%，見圖1。

3.3 孔板邊緣尖銳度

孔板入口邊緣磨損變鈍不銳或受腐蝕發(fā)生缺口，或孔板管道內(nèi)部的焊縫或計量法蘭墊片，都將使實際流量系數(shù)增大和差壓降低，造成計算氣量偏小。

二、提高計量精度的措施

1.消除氣流中的脈動流

管道中由于氣體的流速和壓力發(fā)生突然變化，造成脈動流，它能引起差壓的波動，而節(jié)流裝置的流量計算公式是以蘭孔板的穩(wěn)定流動為基礎(chǔ)的，當測量點有脈動現(xiàn)象時，穩(wěn)定原理不能成立，從而影響測量精度，產(chǎn)生計量誤差。

脈流流量總不確定度等于按GB/T2624-93計算的測量誤差與脈動附加不確定度的合成。

（4）

式中：ET-脈動附加不確定度，無量綱；-軸向時均速度，m/s；-速度脈動分量均方根值，m/s。（公式應用條件≤0.32） 因此，為了保證天然氣計量精度，必須抑制脈動流。常用的措施有：

（1）在滿足計量能力的條件下，應選擇內(nèi)徑較小的測量管，提高差壓和孔徑比；    （2）采用短引壓管線，減少管線中的阻力件，并使上下游管線長度相等，減少系統(tǒng)中產(chǎn)生諧振和壓力脈動振幅增加；    （3）從管線中消除游離液體，管線中的積液引起的脈動可采用自動清管系統(tǒng)或低處安裝分液器來處理。

2.計量裝置的設(shè)計安裝應符臺SY/T 6143-1996

由于影響孔板流量計測量精度的根本原因是節(jié)流裝置的幾何形狀和流動動態(tài)是否偏離設(shè)計標準。因此在使用過程中必須定期做好系統(tǒng)的校檢、維護工作，對于實際使用中的壓力、溫度、流量等工況參數(shù)的變化，應進行及時修正?？刹捎萌a償?shù)牧髁坑嬎銠C的積算方案，以減少計量誤差，確保計量精度。

3.避免人為計量誤差

加強計量管理，提高操作人員技術(shù)素質(zhì)，積極引進吸收國外先進的天然氣計量技術(shù)。