孔板計量天然氣流量產生誤差的原因分析

一、前言
孔板流量計在天然氣計量方面被zui廣泛的采用。孔板流量測量系統一般由節流裝置（標準孔板）、差壓變送器及數據處理器（開方積算器或計算機）組成。孔板流量計的主要特點：
優點： （1）適用于較大口徑管道的計量（目前口徑大于DN600的流量計一般只能選用孔板）。
（2）無可動部件，耐用。
（3）應用歷史悠久，標準規定zui全。
（4）制造相對容易，價格便宜。
    為了提高孔板流量計在天然氣計量的準確度，分析和掌握測量裝置本身在使用過程中產生誤差的原因是計量工作中*的一項重要工作。　
二、測量原理
流速將在節流件處形成局部收縮，因而流速增加，靜壓力降低，于是在節流件前后便產生了壓差。流體流量愈大，產生的壓差愈大，這樣可依據壓差來衡量流量的大小。這種測量方法是以流動連續性方程（質量守恒定律）和伯努利方程（能量守恒定律）為基礎的。壓差的大小不僅與流量還與其他許多因素有關，例如當節流裝置形式或管道內流體的物理性質（密度、粘度）不同時，在同樣大小的流量下產生的壓差也是不同的。以伯努利方程式和流體流動的連續性方程式為依據。 
三、誤差因素分析
1、基本誤差
  由測量裝置本身準確度所決定的誤差。
由于孔板流量計測得的流量是根據差壓信號間接求得的。從公式可以看出，影響測量準確度的主要因素是α、F、ε等值。必須保持α、F、ε均為恒定值，才能達到差壓和流量之間有恒定的對應關系。但在實際生產中，α、F、ε都與某些因素有關，特別是流量系數α，它是一個影響因素復雜，變化范圍大的重要系數，如果在測量過程中不能保證α為恒定值，則測量誤差將會較大。
從資料和實驗證明，流量系數α值與取壓點位置、孔板的開孔截面積和管道截面積比（m= d2 /D2）、雷諾數、管壁粗糙度、孔板入口邊緣尖銳度有關。所以，標準孔板的選用應符合下列技術要求：
（1）標準孔板的技術要求
1）孔板相對于開孔直徑d的軸線中心對稱；
2）孔板上游端面A應于下游端面B平行，并且與開孔直徑d的軸線垂直；
3）孔板A面、B面應無可見的損傷；
4）孔板開孔直徑d的上游測直角入口邊緣G應銳利，無毛刺和劃痕。
5）孔板開孔直徑d的內圓柱表面長度e應符合：0.005D≤e≤0.02D；
6）孔板的厚度應符合：e≤F≤0.005D；
7）孔板下游側出口邊緣H和孔板開孔圓柱形下游側出口邊緣I應無毛刺、劃痕和可見損傷；
8）標準孔板在使用過程中，會由于天然氣的侵蝕而產生變形，從而引起流量系數增大而產生測量誤差。因此孔板的材質也是保證孔板工作可靠和測量準確的一個因素。用于天然氣測量的孔板采制一般為：Cr17、1Cr18Ni9TiC以及其他耐酸鋼。
整套流量計的度還決定于差壓變送器和流量顯示儀的度。但是當其他參數的度不高時采用高精度差壓變送器并不能起多大作用。流量顯示儀的作用主要在監視運行參數的穩定性等方面，它的數據轉換精度一般是無問題的。因此，要提高測量的度應有一個全面估計，這樣才能作出技術經濟性*方案的選擇。
    2、附加誤差
在流量計的安裝和使用過程中，沒有嚴格遵守技術要求和設計所提供的數據而找成的誤差。這種誤差的大小是無法估計的。但是通過對造成誤差因素的分析，可以將誤差降低。孔板流量測量系統安裝使用時，必須符合下列技術要求：
1）孔板安裝時，他的開孔中心和管道中心軸線同心，而且它的端面與管道軸線垂直；
2）孔板上、下游側取壓孔軸線符合距孔板上、下游端面的距離為25.4±0.8mm的要求；  
3）取壓孔的軸線應與孔板上下游側2D測量管長度的內圓柱的軸線垂直，取壓孔的軸線與孔板兩端面向外傾斜角的夾角不大于3度。取壓孔直徑不應大于0.08D；
4）孔板安裝需要前后直管段，直管段的長度與孔板上游側局部阻力件的形式和直徑比β有關。 
5）差壓信號管路的安裝
    差壓信號管路是指節流裝置與差壓變送器（或差壓計）的導壓管路。它是孔板流量計的薄弱環節，據統計孔板流量計的故障中引壓管路zui多，如堵塞、腐蝕、泄漏、凍結、假信號等等，約占全部故障率的70％，因此對差壓信號管路的配置和安裝應引起高度重視。
    （1）取壓口 取壓口一般設置在法蘭上，當測量管道為水平或傾斜時取壓口的安裝方向如圖2所示。它可以防止測液體時氣體進入導壓管或測氣體時液滴或污物進入導壓管。當測量管道為垂直時，取壓口的位置在取壓位置的平面上，方向可任意選擇。
（2）導壓管 導壓管的材質應按被測介質的性質和參數確定，其內徑不小于6mm，長度在16mm以內，各種被測介質在不同長度時導壓管內徑的建議值如下表所示。導壓管應垂直或傾斜敷設，起傾斜度不小于1：12，粘度高的流體，其傾斜度應更增大。當導壓管長度超過30mm時，導壓管應分段傾斜，并在zui高點與zui低點裝設集氣器（或排氣閥）和沉淀器（或排污閥）。正負導壓管應盡量靠近敷設，防止兩管子溫度不同使信號失真，嚴寒地區導壓管應加防凍保護，用電或蒸汽加熱保溫，要防止過熱，導壓管中流體汽化會產生假差壓。
    6）測量氣體溫度的溫度計安裝在孔板下游側直管段以外的地方，計算氣量時應將此時所測的氣流溫度換算成孔板上游側的氣流溫度，如果溫度計安裝在孔板上游側，則溫度計套管與孔板之間的直管段長度L應滿足下列規定：
當溫度計套管直徑不大于0.03D時（D為計量管內徑），L≥5D；
當溫度計套管直徑在0.03D至0.13D范圍內時（D為計量管內徑），L≥20D；
    孔板節流裝置安裝于現場嚴酷的工作場所，在長期運行后，無論管道或節流裝置都會發生一些變化，如堵塞、結垢、磨損、腐蝕等等。檢測件是依靠結構形狀及尺寸保持信號的準確度，因此任何幾何形狀及尺寸的變化都會帶來附加誤差。麻煩的是，測量誤差的變化并不能從信號中覺察到，因此定期檢查檢測件是必要的。可以根據測量介質的情況確定檢查的周期。
以上是分析的計量產生誤差的原因，目的是為了要盡可能的消除或減少誤差。我們應當根據誤差產生原因，對癥下藥，采取相應措施，提高天然氣流量計量的準確度。