流體參數(shù)與流體特性對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板的影響

楊爽

（江蘇大唐國(guó)際金壇熱電有限責(zé)任公司，江蘇 常州 213200）

流體參數(shù)與流體特性對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板的影響

楊爽

（江蘇大唐國(guó)際金壇熱電有限責(zé)任公司，江蘇 常州 213200）

在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中，由于測(cè)量介質(zhì)的溫度、壓力及組分時(shí)常有所變化，流體流場(chǎng)受不同管道工況時(shí)常受到不同影響，流量測(cè)量的準(zhǔn)確度也會(huì)受到不同程度干擾。本文通過標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量測(cè)量原理及公式中參數(shù)變化及不同組分、不同流場(chǎng)情況下流量的實(shí)際測(cè)量情況探究了標(biāo)準(zhǔn)孔板的測(cè)量，結(jié)果顯示溫度壓力引起的密度影響較大，而組分變化、流場(chǎng)變化及臟污介質(zhì)對(duì)測(cè)量影響較大。對(duì)工業(yè)生產(chǎn)流量測(cè)量參數(shù)修正及流量計(jì)選型有重要的參考意義。

介質(zhì)；參數(shù)；流量；測(cè)量影響；

0 引言

在工業(yè)生產(chǎn)中，標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)占整個(gè)貿(mào)易計(jì)量的50%左右，其原因在于標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便、技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定且無需標(biāo)定。這些優(yōu)點(diǎn)使得標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)在工業(yè)生產(chǎn)的計(jì)量工作中被大量使用。但是，由于流體的參數(shù)或流場(chǎng)特性時(shí)常有所變化，這會(huì)給標(biāo)準(zhǔn)孔板的測(cè)量帶來一定影響，這將是未來工業(yè)生產(chǎn)計(jì)量工作中仍然需要高度重視的方面。

目前國(guó)內(nèi)外單獨(dú)談?wù)撎烊粴庀到y(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)孔板降低誤差方面論述文獻(xiàn)較多，但對(duì)多種流體、復(fù)雜流體的闡述涉及不多，本文研究的不同變量包括臟污介質(zhì)等特殊介質(zhì)對(duì)流量測(cè)量的影響，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)有著重要的積極意義，對(duì)加大力度提高流量測(cè)量準(zhǔn)確度具有一定的參考價(jià)值。

1 不同變量對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板測(cè)量的影響

1.1 脈動(dòng)流

脈動(dòng)流干擾在工業(yè)生產(chǎn)中較為常見，當(dāng)管道內(nèi)介質(zhì)為氣體時(shí)，氣體壓力、流速發(fā)生驟變，造成脈動(dòng)流，會(huì)引起孔板差壓數(shù)值波動(dòng)，使流量數(shù)據(jù)曲線呈寬帶分布紊亂。脈動(dòng)流產(chǎn)生原因較多，但多見為如下幾種情況：

（1）長(zhǎng)距離管道積液；

（2）氣體壓縮機(jī)或輸送泵不穩(wěn)定；

（3）不同管道或氣源間壓力干擾；

（4）氣體用戶設(shè)備用氣量發(fā)生突變使得氣流急劇變化；

針對(duì)以上幾種干擾情況，可采用定期吹管、管道安裝調(diào)壓閥、提高差壓和孔徑比、在管道上加裝緩沖罐等方法對(duì)脈動(dòng)流加以抑制，這樣才能減少誤差，確保計(jì)量準(zhǔn)確度。

1.2 介質(zhì)溫度、壓力、密度變化

標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)理論計(jì)算公式

式中：Q——工作狀態(tài)下的體積流量，m3/h；α流量系數(shù)；ε——流束膨脹系數(shù)；d——孔板開孔直徑；△P——孔板差壓；ρ——流體密度。

在溫度變化不太大的場(chǎng)合，近似看做為常量，則此時(shí)體積流量只與△P與ρ有關(guān)?！鱌一般為檢測(cè)量，而ρ一般不做測(cè)量。

當(dāng)為常量時(shí)，流量公式近似為：

對(duì)于補(bǔ)償流量，由于液體的密度與溫度、壓力的關(guān)系不是很大，此處不予討論，僅討論氣體密度的流量補(bǔ)償及影響。

氣體密度公式：

式中：P、T、ρ分別為氣體實(shí)際的壓力、溫度、密度，P0、T0、ρ0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體的壓力、溫度、密度，Z為壓縮系數(shù)。壓力不太大時(shí)，Z可近似等于1，則

由此可見，測(cè)得溫度和壓力是可以對(duì)測(cè)量流量進(jìn)行相應(yīng)的流量補(bǔ)償?shù)摹?/p>

日常生產(chǎn)中，控制系統(tǒng)邏輯組態(tài)中常用如上公式對(duì)標(biāo)準(zhǔn)孔板流量進(jìn)行計(jì)算，加之溫度壓力補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)邏輯，最終得出實(shí)際測(cè)算流量值。但是，組態(tài)中所填孔板固有參數(shù)均為設(shè)計(jì)或檢定時(shí)的壓力和溫度，如設(shè)計(jì)參數(shù)角標(biāo)以n表示，那么實(shí)際通過流量為

因此，實(shí)際情況下△P有差別（T增大、P減?。瑢?shí)際通過孔板的流量大于二次儀表測(cè)量運(yùn)算值。

1.3 組分變化

工業(yè)生產(chǎn)中，談起組分對(duì)生產(chǎn)影響，自然會(huì)想到天然氣，天然氣的物性參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)定是天然氣流量計(jì)量的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，隨著天然氣發(fā)展規(guī)模的不斷擴(kuò)大，輸配氣管網(wǎng)也越來越復(fù)雜，天然氣的調(diào)配也越來越頻繁，致使同一管道在不同時(shí)間段其天然氣組分都會(huì)有不同程度的變化。

不同的氣體組分，由于密度不同，氣體自身溫壓特性不同，換算而成的標(biāo)況流量也會(huì)有所不同，由于天然氣組分的變化將造成壓縮因子附加誤差，從而增加流量計(jì)的附加誤差，密度變化造成工況流量的另一附加誤差，那么在使用標(biāo)準(zhǔn)孔板測(cè)量的同時(shí)，必須要有實(shí)時(shí)的組分參數(shù)分析儀表來配合計(jì)量，及時(shí)快速更新天然氣組分及相關(guān)實(shí)時(shí)參數(shù)是非常必要的，這樣才能大大減小流量計(jì)量的附加誤差，在工業(yè)貿(mào)易中有效減少由于氣體計(jì)量引發(fā)的種種糾紛。

1.4 流場(chǎng)情況

一般標(biāo)準(zhǔn)孔板安裝時(shí)，對(duì)前后直管段都會(huì)明確標(biāo)注需要的最小長(zhǎng)度，一般是要求直管段前10后5，即孔板前直管段長(zhǎng)度為管道直徑的10倍，孔板后直管段長(zhǎng)度為管道直徑的5倍，實(shí)際生產(chǎn)中，如無法保證這一流場(chǎng)對(duì)測(cè)量管道的要求，流量的測(cè)量將會(huì)受到較大的擾動(dòng)，甚至無法監(jiān)測(cè)。

蒸汽流量計(jì)在出廠前都經(jīng)過實(shí)流標(biāo)定。由于流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的直管段都相當(dāng)長(zhǎng)，所以流量計(jì)前管道內(nèi)流體的流速分布是對(duì)稱的，也不存在旋渦。這樣，圓形流通截面中流速最高點(diǎn)與軸心重合，一臺(tái)蒸汽流量計(jì)的流量系數(shù)就是在這樣的條件下標(biāo)定出來的。如前后較近處有管道彎頭，流體在管道內(nèi)高速流動(dòng)，由于流體的離心力作用，彎道后流場(chǎng)產(chǎn)生畸變，使流體不同部位流速不均，壓力分布不均，乃至形成區(qū)域真空，使流量孔板得不到需要的流束而輸出錯(cuò)誤的流量數(shù)據(jù)。

因此，在生產(chǎn)中如需要準(zhǔn)確測(cè)量流量，必須保證孔板前后直管段滿足測(cè)量需要，流場(chǎng)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)孔板測(cè)量要求的，應(yīng)考慮更換成需要前后直管段較小的非標(biāo)測(cè)量元件。

1.5 臟污介質(zhì)

由于標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流孔在中心，流體經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)孔板后，會(huì)在節(jié)流孔兩側(cè)形成滯流，如介質(zhì)中含有臟污物質(zhì)，則很有可能會(huì)藏匿于此處難以被后續(xù)流體沖走，也很有可能會(huì)對(duì)后續(xù)流體通過時(shí)孔板的前后差壓產(chǎn)生不良影響，使流量測(cè)量不準(zhǔn)確。工業(yè)生產(chǎn)中，一般臟污介質(zhì)不選用標(biāo)準(zhǔn)孔板也多為此種原因，對(duì)于臟污介質(zhì)的測(cè)量，大多選擇對(duì)介質(zhì)及測(cè)量環(huán)境要求較低的測(cè)量元件。

2 結(jié)論

對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)孔板的流量測(cè)量，密度、脈動(dòng)流、組分、介質(zhì)純凈度都有較大的負(fù)面影響，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)采取相應(yīng)的措施對(duì)流量測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償或加裝相應(yīng)的輔助測(cè)量設(shè)備，在特定情況下，對(duì)難以消除負(fù)面影響，則應(yīng)考慮其他測(cè)量方式以達(dá)到準(zhǔn)確測(cè)量的目的。

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