差壓式孔板流量計(jì)誤差影響因素的研究

孫寧

【摘 要】論文通過(guò)對(duì)孔板流量計(jì)在日常使用中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，分析了差壓式孔板流量計(jì)的各種計(jì)量特性、導(dǎo)致計(jì)量產(chǎn)生誤差的作用機(jī)理、影響程度以及應(yīng)對(duì)措施，以便更好地為生產(chǎn)服務(wù)。

【Abstract】Through summarizing the practical experience of orifice flowmeter in daily use， this paper analyzes various metering characteristics of the differential pressure orifice flowmeter， the mechanism of measurement errors， the degree of influence and countermeasures， so as to better serve the production.

【關(guān)鍵詞】差壓式孔板流量計(jì);相對(duì)密度;壓縮因子

【Keywords】differential pressure orifice flowmeter; relative density; compressibility factor

【中圖分類號(hào)】TH814? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）07-0153-02

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(guò)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(guò)測(cè)量差壓，計(jì)算出流體的流量大小。這種測(cè)量方法是以能量守恒定律和流動(dòng)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(cè)量?jī)x表）、靜壓測(cè)量?jī)x表、溫度測(cè)量?jī)x表、信號(hào)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(cè)量?jī)x表檢測(cè)到流體的實(shí)時(shí)差壓、靜壓、溫度等數(shù)據(jù)，通過(guò)變送器轉(zhuǎn)換為4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，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(lái)。

③天然氣在標(biāo)準(zhǔn)條件下體積流量計(jì)算公式：

2 被測(cè)介質(zhì)實(shí)際物理性質(zhì)的影響因素

2.1 天然氣相對(duì)密度對(duì)孔板流量計(jì)的影響

①天然氣相對(duì)密度的確定方法有兩種：一是用真實(shí)相對(duì)密度計(jì)測(cè)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(duì)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(huì)減小，相對(duì)密度相應(yīng)減小，根據(jù)公式qvn=AvnCEd2FGεFzFT，相對(duì)密度系數(shù)FG則減小，計(jì)量結(jié)果與真實(shí)值相比會(huì)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(lái)計(jì)算天然氣相對(duì)密度這一中間量的，對(duì)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(duì)流量測(cè)量結(jié)果的影響。

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

2.2 天然氣壓縮因子對(duì)孔板流量計(jì)的影響

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(duì)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(lái)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)果偏小;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(duì)此重視不夠。流體通過(guò)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(huì)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]。

3 孔板對(duì)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(cè)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(kāi)孔直徑/上游測(cè)量管內(nèi)徑）愈高，偏心率影響愈大。β值在0.55時(shí)，不確定度最小;β從0.65變化到0.75時(shí)，不確定度幾乎成直線上升趨勢(shì)，可見(jiàn)直徑比β值對(duì)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(cè)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(huì)造成差壓信號(hào)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(jiàn)的問(wèn)題

①差壓變送器長(zhǎng)期使用后，零點(diǎn)會(huì)發(fā)生一定程度的漂移。正漂移會(huì)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)龋紩?huì)產(chǎn)生附加誤差。③用氣負(fù)荷的變化也會(huì)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(huì)造成計(jì)量偏低;反之，會(huì)使差壓變送器超限運(yùn)行，造成計(jì)量不準(zhǔn)。

5 結(jié)語(yǔ)

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(cè)量過(guò)程中，計(jì)量誤差是不可避免的。使用中，對(duì)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(duì)差壓式孔板流量計(jì)進(jìn)行檢測(cè)、調(diào)校、和維護(hù)，及時(shí)修正不相符之處，以確保計(jì)量?jī)x表的準(zhǔn)確度。

【參考文獻(xiàn)】

【1】GB/T 17747-2011 天然氣壓縮因子的計(jì)算[S].

【2】孫江平，戴錚，蔡方明，等.氣體的膨脹性對(duì)流量測(cè)量的影響及對(duì)策研究[J].石油化工自動(dòng)化，2018，54（05）：62-65.