摘要:利用常壓氣體作為流動(dòng)介質(zhì)，以流出系數(shù)平均相對(duì)誤差、線性度和不確定度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過實(shí)流上游組合管件對(duì)孔板流量計(jì)測(cè)量性能的影響。根據(jù)不同的上游阻流件對(duì)孔板流量計(jì)測(cè)量精度的影響。根據(jù)結(jié)果，為保證相對(duì)誤差在可接受范圍，給出對(duì)于不同形式的上游組合管件孔板流量計(jì)對(duì)前直管段長(zhǎng)度的建議。
0引言
　　根據(jù)海洋平臺(tái)上特有的工藝處理模式和安裝習(xí)慣，分別對(duì)中海油2006年以后投產(chǎn)的9個(gè)新建海洋平臺(tái)JZ25-1CEP、JZ25-1SCEP、JZ25-1SWHPB、BZ26-3WHPA、BZ26-3WHPB、SZ36-1CEPK、JX1-1CEPA、BZ19-4WHPB、LD32-2PSP的三維模型進(jìn)行了流量計(jì)安裝上游的管件形式的整理，發(fā)現(xiàn)在上述平臺(tái)上孔板流量計(jì)用于對(duì)天然氣的計(jì)量占76%，少數(shù)是用于對(duì)消防水和回注水的計(jì)量。總結(jié)出4種常見的組合阻流件形式，開展上游組合管件對(duì)孔板流量計(jì)性能影響，主要包括球閥+90°彎頭、球閥+90°彎頭+漸縮管+90°彎頭、球閥+90°彎頭+漸縮管、球閥+漸縮管。
1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

　　如圖1所示圖中的風(fēng)機(jī)通過外部的變頻器裝置不斷地調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的風(fēng)速，從管道入口抽取空氣，為實(shí)驗(yàn)提供穩(wěn)定的空氣流體，通過穩(wěn)壓罐來達(dá)到穩(wěn)壓的目的。圖中的渦輪流量計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)表，空氣流體通過渦輪流量計(jì)時(shí)，可以測(cè)得空氣流體的標(biāo)準(zhǔn)流量。當(dāng)空氣流體通過孔板流量計(jì)時(shí)，在流量計(jì)的上游和下游會(huì)產(chǎn)生壓差，這種壓差可以經(jīng)過高精度的差壓變送器檢測(cè)并轉(zhuǎn)化成4～20mA信號(hào)，然后通過16位的A/D轉(zhuǎn)換芯片，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，穩(wěn)壓罐上的溫度傳感器將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度信號(hào)，送到16位的模擬量信號(hào)采集卡A/D芯片進(jìn)行處理;同時(shí)模擬量信號(hào)采集卡A/D芯片還對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表的頻率進(jìn)行采集。在計(jì)算機(jī)中安裝實(shí)驗(yàn)標(biāo)定系統(tǒng)軟件，該軟件是用VB進(jìn)行編寫的，支持多線程實(shí)時(shí)通信，通過這種軟件，可以在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)的顯示與分析。
　　下面對(duì)用到的儀器設(shè)備的性能參數(shù)進(jìn)行說明:
　　標(biāo)準(zhǔn)表采用渦輪流量計(jì)，測(cè)量范圍在25～1400m3/h之間，精度為0.5%，重復(fù)性為0.06%;溫度傳感器采用的是精度為0.1%;壓力傳感器為ＲOSEMOUNT3051型號(hào)，精度為0.075%;差壓變送器為日本橫河的EJA110A，可測(cè)量的差壓范圍為0～10kPa，精度為0.075%;模擬量信號(hào)采集卡采用的是研華PCI-1716，精度為16位。本次實(shí)驗(yàn)對(duì)象選擇了DN100孔板流量計(jì)。
2阻流件對(duì)孔板流量計(jì)測(cè)量精度影響的實(shí)驗(yàn)研究
2.1孔板流量計(jì)的基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)
　　用于孔板流量計(jì)的基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)的前直管段長(zhǎng)50D，后直管段長(zhǎng)10D，管道內(nèi)流體流動(dòng)為充分發(fā)展的湍流狀態(tài)［1］［2］［3］［4］。前期大量文獻(xiàn)表明，前直管段長(zhǎng)度達(dá)到50D時(shí)，可以認(rèn)為流場(chǎng)已經(jīng)充分發(fā)展;同時(shí)，后直管段達(dá)到10D，不會(huì)影響孔板流量計(jì)流出系數(shù)。阻流件實(shí)驗(yàn)均按照前直管段50D，后直管段10D的直管段為基準(zhǔn)進(jìn)行比較，從而得到流出系數(shù)和流出系數(shù)相對(duì)誤差的變化情況。
2.2上游阻流件對(duì)孔板流量計(jì)測(cè)量精度影響的實(shí)驗(yàn)研究
2.2.1上游阻流件類型—DN100球閥+DN100單彎頭的實(shí)驗(yàn)研究
　　上游阻流件類型為DN100球閥+DN100單彎頭的雷諾數(shù)-流出系數(shù)曲線圖如圖2所示，從圖中可以看出，前直管段長(zhǎng)度為50D、30D的流出系數(shù)與基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)極為接近，從10D開始，隨著前直管段長(zhǎng)度的縮短，流出系數(shù)呈遞減趨勢(shì)。

　　從表1可以看出，相對(duì)于基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，前直管段長(zhǎng)度為50D和30D時(shí)平均相對(duì)誤差為正值，其他工況下為負(fù)值;比較而言，50D較30D的平均相對(duì)誤差略大，但量值僅差0.06%;從30D開始，隨著直管段長(zhǎng)度的縮短，流出系數(shù)的相對(duì)誤差呈遞增趨勢(shì)，此變化趨勢(shì)也可見圖3所示。


2.2.2上游阻流件類型—DN150球閥+DN150變DN100漸縮管的實(shí)驗(yàn)研究
　　阻流件類型為DN150球閥+DN150變DN100漸縮管的雷諾數(shù)-流出系數(shù)曲線圖如圖4所示，從圖中可以看出，隨著前直管段長(zhǎng)度的縮短，流出系數(shù)呈遞減趨勢(shì)。

　　從表2可以看出，相對(duì)于基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，前直管段長(zhǎng)度為30D、10D的平均相對(duì)誤差為正值，前直管段長(zhǎng)度為4D的平均相對(duì)誤差為負(fù)值;從絕對(duì)值上看，前直管段長(zhǎng)度為4D時(shí)相對(duì)誤差最大，此變化趨勢(shì)也可見圖5所示。


2.2.3上游阻流件類型—DN150球閥+90°單彎頭+DN150變D100漸縮管的實(shí)驗(yàn)研究
　　阻流件類型為DN150球閥+90°單彎頭+DN150變DN100漸縮管的雷諾數(shù)-流出系數(shù)曲線圖如圖6所示，從圖中可以看出，隨著前直管段長(zhǎng)度的縮短，流出系數(shù)呈遞減趨勢(shì)。

　　從表3可以看出，相對(duì)于基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，前直管段長(zhǎng)度為50D和30D時(shí)平均相對(duì)誤差為正值，其他工況下為負(fù)值;前50D與前30D的平均相對(duì)誤差較為接近，從前30D開始，縮短前直管段，平均相對(duì)誤差呈增大趨勢(shì)，此趨勢(shì)也可見圖7所示。


2.2.4阻流件類型—DN150球閥+90°單彎頭+DN150變DN100漸縮管+90°單彎頭的實(shí)驗(yàn)研究
　　阻流件類型為DN150球閥+90°單彎頭+DN150變DN100漸縮管+90°單彎頭的雷諾數(shù)-流出系數(shù)曲線圖如圖8所示，從圖中可以看出，隨著前直管段長(zhǎng)度的縮短，流出系數(shù)呈遞減趨勢(shì)。

從表4可以看出，相對(duì)于基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)，前直管段長(zhǎng)度為50D和30D時(shí)平均相對(duì)誤差為正值，其他工況下為負(fù)值;前直管段長(zhǎng)度為50D與30D的平均相對(duì)誤差較為接近，從前30D開始，縮短前直管段，平均相對(duì)誤差整體呈增大趨勢(shì)，此趨勢(shì)也可見圖9所示。
3結(jié)論
　　安裝條件的不同對(duì)孔板流量計(jì)有著很大的影響，根據(jù)不同的安裝條件，對(duì)孔板流量計(jì)的測(cè)量精度的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn):


1)當(dāng)孔板流量計(jì)上游存在阻流件時(shí)，對(duì)于不同形式的阻流件，當(dāng)后直管段長(zhǎng)度不變時(shí)，隨著前直管段長(zhǎng)度變短，流出系數(shù)相對(duì)誤差隨之變大。
2)從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，討論的4種組合式阻流件情況所需的前直管段長(zhǎng)度均比ISO5167中規(guī)定的前直管段長(zhǎng)度短。說明標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的比實(shí)際應(yīng)用時(shí)更嚴(yán)格苛刻。

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