孔板流量計使用應該注意事項

 1 前言
                           
                        孔板流量計具有結構簡單、成本低、標準化程度較高、試驗數據多等優點，在流量測量中占有很高的比重。很多國家將孔板流量計作為天然氣流量測量的主要方式。在實際天然氣計量使用中存在一些導致誤差的因素，現針對吐哈油田甲醇廠存在此類誤差進行誤差分析。
                            2 孔板流量計的計算公式
                            根據SY/T6143-1996標準式（20）可得：
                                            （1）
                            式中
                                qm—質量流量，kg/s；
                                d0—節流件開口直徑，m；
                                c—流量系數；
                                ε—可膨脹性系數；
                                ρ—被測流體設計密度，kg/m3；
                                β—節流件孔徑與直管內徑比；
                                △P—設計條件下實測壓差Pa。
                            孔板流量計一般在流體雷諾為400~53×106的范圍內使用。
                                     （2）
                            式中
                                qm max—zui大設計質量流量，kg/s；
                                △Pmax—zui大設計壓差，Pa；
                            （1）/（2）得：
                                      （3）
                            （3）式為控制系統內計算流量的公式。
                            3 孔板流量計小流量情況下誤差分析
                           
                        設（3）式表示在真實差壓下計算的流量為真實值，而實測壓力△P1條件下流量的計算值為qm1。（以下各表達式類似，帶標1的為測量值）由（3）得；
                           
                            設△P1=△P+△P2
                            △P2為差壓計誤差；（為正誤差，負誤差相類似不推導，見圖1）。
                            則測量流量與真實流量之間的誤差△qm：
                                        （4）
                            設：，即差壓流量計在△P壓差下的百分數，則0≤a≤1；
                            設：，則x為此差壓表的zui大誤差，則（4）可化為
                                             （5）
                            式中
                            a為差壓計的差壓比，x為差壓計的zui大誤差。
                           
                        以0.5級儀表為例，即x=0.5%，則可計算出在a在0~1范圍內即差壓在△P在0~△Pmax中的誤差。如下圖1，正誤差在上，負誤差在下：

                            根據（5）可計算出不同精度等級的儀表在不同差壓情況下的zui大誤差。
                           
                        單從公式而言，在壓差低于25%時，流量誤差已高出儀表本身誤差，故孔板流量計的使用范圍宜在壓差高于設計壓差25%即流量高于設計流量50%時使用。實際上，在Re≤400的情況下，試驗數據表明標準孔板法蘭取壓誤差已達到百分之十幾到二十幾。所以要使用好孔反流量計必須掌握好使用的流量范圍（無論氣體或液體）。
                            4 溫度、壓力變化對天然氣流量測量的影響
                            對于天然氣主要成分為C1~C4，實際工作壓力在設計壓力附近變化時不會發生相變，故可視為理想氣體。
                           
                            質量相同的情況下體積V與密度ρ成反比，由上式可得：
                        
                                                        （6）
                            根據公式（1）得：
                           
                            上式比（2）式，并將（6）帶入可得：
                                     （7）
                            公式（7）為控制系統內的溫度壓力補償公式，利用（7）可對實測流量的溫度壓力變化進行修正。
                            假設差壓儀表無測量誤差，即
                           
                            （7）-（3）并帶入上式得：
                                          （8）
                            ①設此時在設計溫度條件下，即T1=T，即（8）式可化為：
                           
                            設P1=P+P2（P2為正誤差，即實測壓力高于設計壓力，負誤差類似不推導，見圖2），上式可化為：
                           
                            其中x=P2/P為測量時的實際壓力與設計壓力的偏差比設計測量壓力。
                            設a=0.5，即壓差為50%，可作圖如下：（其它點的誤差相類似）

                            由圖2可知當實際壓力高于設計壓力時實際流量偏大，反則實際流量偏小。
                            ②設此時在設計壓力條件下，則（8）式可化為：
                           
                            設T=T1-T2（T2為正誤差即實測溫度高于設計溫度，負誤差類似不推導，見圖3），上式可化為：
                           
                            其中x=T2/T1為測量時的實際溫度與設計溫度偏差比實際溫度。由于T2∝T1，T1≈T，x≈T2/T。
                            設a=O.5，即壓差為50%時，可作圖如圖3（其它點的誤差相類似）：

                            由圖3可知當實際溫度高于設計溫度時實際流量偏小，反則實際流量偏大。
                           
                        由于溫度（溫度）變化范圍一般小于壓力變化范圍，所以溫度對流量的影響小于壓力對流量的影響。溫度壓力對天然氣流量測量的影響始終存在，所以在天然氣流量計量中必須進行溫度壓力補償。
                            5 組成變化對天然氣測量的影響
                           
                        天然氣中主要以C1~C4為主，但天然氣的組分不時發生變化，根據對吐哈油田丘東采油廠2003年2月至3月共計6d天然氣組分化驗數據處理可得，平均分子量zui大誤差2.8%，對流量的影響不到2%。
                            6 其他影響孔板流量計測量精度的因素
                           
                        除以上提到的影響孔板流量計測量精度的因素之外，還有其他因素，比如一次元件的加工精度，安裝的同心度，孔板流量計前后直管段等很多因素。在特定的條件下，某個或某幾個因素變化成為影響測量精度的主要因素，所以是否抓主要因素是能否解決測量誤差的關鍵。