引言
隨著天然氣在我國的發(fā)展速度飛快，所以需要精度高的天然氣流量測量計(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)便宜且其測量精度高的優(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)過一些儀器測量壓力差和壓力、溫度，最后在使用流量積算儀或者計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)最后得到數(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，具有較高的測量精度，并且適用于精度要求不高的工程測量以及貿(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———相對密度系數(shù)；
Fz———超壓縮因子；
Fr———流動溫度系數(shù)；
P1———孔板上游取壓孔絕對靜壓，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)會變小，反之則c值減小時(shí)，雷諾數(shù)會增大。流動系數(shù)C也會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增大。同時(shí)C值是個變量，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 被測介質(zhì)實(shí)際物理性質(zhì)的不確定度因素
（1）天然氣相對密度對流量計(jì)量的影響。
天然氣流量值會隨著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)量會受到天然氣實(shí)際的相對密度的影響。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)組分分子量測量的不確定度。目前Gr有兩種辦法確認(rèn)，第一是用浮力氣體天平、動量比重計(jì)等儀器檢測其實(shí)際相對密度；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�，F(xiàn)在我們國家通常使用后一種方法。但是因?yàn)榇嬖谥鴫毫囟炔睿訥r是一個變量。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�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，第一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)值最準(zhǔn)確。第三種是查閱《天然氣壓縮系數(shù)速查手冊》。
（3）可膨脹系數(shù)ε對流量計(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�修正系數(shù)ε。這個引進(jìn)的系數(shù)使我們在實(shí)際工作中產(chǎn)生誤差一個主要的原因。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會比規(guī)劃中的ε要小很多。最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，最后得到的結(jié)果也要比真正地結(jié)果要大很多。
（4）脈動流對流量計(jì)量的影響。
造成脈動流的根本原因是因?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。然而讓這個脈動流產(chǎn)生的原因有些只有一個，而另一些卻是有很多個原因結(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，天然氣使用單位不能很平均的使用天然氣。能夠有穩(wěn)定的流量流動才是截留裝置計(jì)算流量最基本的因素，當(dāng)我們需要測量的單位產(chǎn)生波動的時(shí)候，我們就不能很好的對其進(jìn)行測量，這樣就會使測量的誤差增大。因此我們?yōu)榱俗屛覀冏罱K的測量結(jié)果誤差小，就有必要對脈動流進(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)測的改變。這種誤差主要是以下幾個方面體現(xiàn)出來：第一是因?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，最終導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。
（2）安裝管理誤差
那么這個誤差會最后發(fā)展成一個不能有一個準(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)生的錯誤，人員自身操作產(chǎn)生的錯誤。
3.4 流量積算方法不當(dāng)對計(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)和天然氣的各個方面都有密不可分的聯(lián)系。假設(shè)我們使用的流量測量體系并沒有符合相應(yīng)的配置工具，它就會在工作時(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）我們使用的最基本的孔板測量儀器，有一個能夠測量的范圍有限、測量的準(zhǔn)確性不高、測量本體的環(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，天然氣的體積也會跟隨這變化，這會讓天然氣計(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)情況下都需要最少前30D。
5.2 消除脈動流
（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振幅。
（4）我們需要將測量點(diǎn)的前面增加一個調(diào)整壓力的閥門，使壓力能夠平穩(wěn)的被輸出，在測量管前面增加一個緩沖罐用來使氣體得到儲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。
5.3 量值溯源
因?yàn)槲覀兯枰牧髁康膮?shù)不是一塵不變的，所以如何讓讓儀表更加準(zhǔn)確使我們現(xiàn)階段亟待解決的一個問題之一，我們所采取的方法是量值溯源。
（1）作為原級標(biāo)準(zhǔn)的固定裝置之一，流量量值的和流量計(jì)有著非常巨大的不同。流量量值的標(biāo)準(zhǔn)不能進(jìn)行移動，所以它不可以很好的把流量參數(shù)的變化性展現(xiàn)出來。怎么樣才能把流量計(jì)上的最基本的擦描述整合成為導(dǎo)出的兩，在現(xiàn)階段仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。
（2）在我們的孔板節(jié)流的裝置的所有的程序都滿足了現(xiàn)階段對此的規(guī)章要求的時(shí)候，我們的裝置就可以與幾何學(xué)與流體力學(xué)一樣。我們可以以此為基本，對我們需要的參宿進(jìn)行溯源，我們的節(jié)流裝部分用長度進(jìn)行檢測，壓力、溫度、時(shí)間或氣樣分析用各自的標(biāo)準(zhǔn)器具或標(biāo)準(zhǔn)樣氣進(jìn)行檢驗(yàn)，并將標(biāo)準(zhǔn)器與國家基準(zhǔn)建立溯源鏈。
（3）在一些用于商業(yè)用途的計(jì)量流量的裝置里，我們在流量計(jì)工作一個時(shí)間段之后，我們就要對我們的儀器進(jìn)行檢測與維修，使我們的儀器能夠準(zhǔn)確。
5.4 加強(qiáng)業(yè)務(wù)培訓(xùn)，建立健全各項(xiàng)規(guī)章制度
我們需要對員工進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練，使他們能夠提高自身的技術(shù)能力水平，使他們能夠在出現(xiàn)問題的同時(shí)能夠及時(shí)的檢測出來并且能夠?qū)⑵渚S修完好，讓工作原件的工作壽命能夠得到最大化的提升。我們還需要擁有一個完善的計(jì)量責(zé)任體制，讓員工按照規(guī)章制度對儀器進(jìn)行定期的維護(hù)與修理，并且對每一個儀器都能有一個完備的資料庫，這樣才能使工作人員能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題并且進(jìn)行處理。在現(xiàn)階段的規(guī)定中，我們必須對我們的儀器進(jìn)行每個月一次的清潔處理，檢查我們儀器的計(jì)量準(zhǔn)確度，儀器的D/A轉(zhuǎn)換通道，還有對儀器計(jì)算流量的程序、有損壞的孔板都要做好及時(shí)檢測與更換，最后我們必須要把天然氣的生產(chǎn)檢測狀況的檢測加強(qiáng)，這樣才能提高檢測的準(zhǔn)確成都，從根源上減少誤差。
5.5 孔板流量計(jì)發(fā)展與展望
孔板流量計(jì)是一種很實(shí)用并且發(fā)展時(shí)間很長的流量計(jì)算工具，它由很多個相互不聯(lián)系的部分結(jié)和在一起。這些部分之間能不能很好的搭配到一起，它們安裝的流程是不是符合規(guī)章流程，都可能從正面作用到計(jì)量工具的誤差大小。所以我們研究一個一體化的流量計(jì)的成品的時(shí)候，我們需要將它的解構(gòu)盡可能的簡單化，并且提高它的穩(wěn)定性，使它的性價(jià)比能得到巨大的提升。孔板流量計(jì)是一個很有市場前途的商業(yè)項(xiàng)目，它的發(fā)展依靠社會科技發(fā)展的速度�，F(xiàn)階段世界上的計(jì)量工具的發(fā)展大環(huán)境是要將計(jì)量鞠躬一體化，并且做到計(jì)量儀器的正確性，能夠智能化。還需要優(yōu)于現(xiàn)階段社會的軟件功能，還要擁有能與DSC連接的RS485微機(jī)連通接口，這樣才能使工作人員進(jìn)行檢測的時(shí)候能夠很迅捷、簡便的為工作人員提供檢測。以上的條件都能讓我們計(jì)量工具的發(fā)展得到平穩(wěn)的發(fā)展。
6 結(jié)語
我們從上文能夠得出結(jié)論，現(xiàn)階段我們的孔板流量計(jì)還不能很好的在天然氣作業(yè)中進(jìn)行使用，其中的困難還非常之多，各種因素的影響導(dǎo)致最后的結(jié)果不能很準(zhǔn)確。
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