孔板流量計(jì)計(jì)量分析
SKLG型差壓式孔板流量計(jì)優(yōu)點(diǎn)是適用于較大口徑管道的計(jì)量；結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易；無可動部件，性能可靠，耐用；應(yīng)用歷史悠久，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定全；SKLG型差壓式孔板流量計(jì)按標(biāo)準(zhǔn)制造的孔板不需要標(biāo)定；價(jià)格便宜。SKLG型差壓式孔板流量計(jì)缺點(diǎn)：壓損大時(shí)不適宜長輸管線計(jì)量；量程比小；前后直管段要求長，占地面積大；輸出信號為模擬信號，重復(fù)性不高；對整套流量計(jì)的精度影響因素多且錯(cuò)綜復(fù)雜，很難提高測量精度。
一、不確定度分析
節(jié)流式差壓流量計(jì)不確定度計(jì)算式：
（1）式中；Eqm-流量相對不確定度，% ；EC，Eε，ED，Ed，Eρ，EΔp-分別為C，ε，D，d，ρ，Δp的相對不確定度，%；β-直徑比，無量綱。
1.SKLG型孔板流量計(jì)計(jì)算方程中描述流體流動狀態(tài)真實(shí)性不確定度因素
多年來，我國的天然氣計(jì)量一直以體積流量為結(jié)算依據(jù)，即以一個(gè)大氣壓（101.325kPa）下，20℃時(shí)的天然氣的量，對應(yīng)的體積流量。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，天然氣標(biāo)準(zhǔn)體積流量計(jì)算公式為[2] 
（2） 式中：qsc-標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下天然氣體積流量，m3/s；As-秒計(jì)量系數(shù)，無量綱，As=3.1794×10-6；C-流出系數(shù)，無量綱；E-漸近速度系數(shù)，無量綱；d-孔板開孔直徑，mm；FG-相對密度系數(shù)，無量綱；ε-可膨脹性系數(shù)，無量綱；F2-超壓縮因子，無量綱；FT-流動溫度系數(shù)，無量綱；p1-孔板上游側(cè)取壓孔氣流絕對靜壓，MPa；Δp-氣流流經(jīng)孔板時(shí)產(chǎn)生的差壓，Pa。
流出系數(shù)C為通過節(jié)流裝置的實(shí)際流量值與理論流量值之比。它是在上游直管段充分長的實(shí)驗(yàn)條件下，并且孔板節(jié)流裝置在滿足規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)下進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)定的，才具計(jì)量特性。
（3）式中： 直徑比，β=d/D；D值的單位為mm；當(dāng)間距符合法蘭取壓方式時(shí)， L1=L2=25.4/D；當(dāng)間距符合角接取壓方式時(shí)，L1=L2=0。
根據(jù)規(guī)范，孔板開孔直徑d、測量管內(nèi)徑JD、直徑比β和管徑雷諾數(shù)ReD的極限值應(yīng)符合表1規(guī)定。
表1 孔徑、管內(nèi)徑、直徑比和雷諾數(shù)極限值表
| 法蘭取壓 |
角接取壓 |
D≥12.5mm |
D≥12.5mm |
50m≤D≤1000mm |
50m≤D≤1000mm |
0.20≤β≤0.75 |
0.20≤β≤0.75 |
ReD≥1260β2D |
ReD≥5000（用于0.20≤β≤0.45）ReD≥10000（用于β>0.45） |
當(dāng)氣流流束在孔板前1D處充滿管道，且為紊流狀態(tài)時(shí)，流出系數(shù)C的百分誤差為：當(dāng)β≤0.6時(shí)，為±0.6%；當(dāng)0.67πβ≤0.75時(shí)，為±β%。
2.被測介質(zhì)實(shí)際物理性質(zhì)的不確定度因素
2.1 多相、非牛頓流體[3]~[5]
標(biāo)準(zhǔn)中要求流經(jīng)流量計(jì)的流體必須是單相的牛頓流體。但是在油氣田開采中現(xiàn)場液體含有微粒雜質(zhì)或氣泡，氣體中有液滴或固體微粒是難以避免的，問題的關(guān)鍵是這些分散相的含量多少會影響到基本特性?確定這個(gè)界限是很重要的，未來界限的試驗(yàn)研究是流量計(jì)研制的一個(gè)內(nèi)容。
結(jié)果表明：（1）用孔板流量計(jì)測量氣體流量，當(dāng)氣體中夾帶少量體時(shí)，流量測量不確定度偏高，測量的濕氣流量隨β的增加而減少，在β比為0.7時(shí)，測得的流量偏差為-1.7% ；（2）當(dāng)少量液體時(shí)，在β比為0.5時(shí)表明孔板性能較好，但是將夾帶在孔板上游脫出，以獲得計(jì)量性能；（3）用舊的孔板流量計(jì)測量濕氣，流量計(jì)量值將降低3%。
2.2 天然氣相對密度的影響
密度參數(shù)是天然氣測量中極為物性參數(shù)， 密度測量的不準(zhǔn)確度對整個(gè)測量系統(tǒng)的不精度有著很大影響。根據(jù)計(jì)量條件估算密度帶來的不確定度：當(dāng)儀表精度較低運(yùn)行在下限時(shí)，不確定度為±0.818%；反之，不確定度則在±0.793%，由此可見密度在流量測量中至關(guān)重要，所以為了準(zhǔn)確進(jìn)行天然氣計(jì)量，選用在線色譜儀進(jìn)行組分在線分析是十分必要的。
3.測量中重要設(shè)備（如孔板開孔直徑及直徑比）的不確定度
規(guī)范規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)孔板是由機(jī)械加工獲得的一塊圓形穿孔的薄板。它的節(jié)流孔圓筒形柱面與孔板上游端面垂直，其邊緣是尖銳的， 孔板厚與孔板直徑比是比較小的。孔板在測量管內(nèi)的部分應(yīng)該是圓的并與測量管軸線同軸，孔板的兩端面應(yīng)始終是平整的和平行的
3.1 孔板偏心
根據(jù)GB2624-81規(guī)定，孔板應(yīng)與節(jié)流裝置中的直管段對中。實(shí)驗(yàn)表明，孔板偏心引起的計(jì)量誤差一般在2%以內(nèi)，孔徑比β值愈高，偏心率影響愈大，應(yīng)不用值高的孔板。
3.2 孔板彎曲
由于安裝或維修不當(dāng)。使孔板發(fā)生彎曲或變形， 導(dǎo)致流量測量誤差較大。在法蘭取壓的孔板上進(jìn)行測試，孔板彎曲產(chǎn)生的最大誤差約為3.5%，見圖1。
3.3 孔板邊緣尖銳度
孔板入口邊緣磨損變鈍不銳或受腐蝕發(fā)生缺口，或孔板管道內(nèi)部的焊縫或計(jì)量法蘭墊片，都將使實(shí)際流量系數(shù)增大和差壓降低，造成計(jì)算氣量偏小。
二、提高計(jì)量精度的措施
1.消除氣流中的脈動流
管道中由于氣體的流速和壓力發(fā)生突然變化，造成脈動流，它能引起差壓的波動，而節(jié)流裝置的流量計(jì)算公式是以蘭孔板的穩(wěn)定流動為基礎(chǔ)的，當(dāng)測量點(diǎn)有脈動現(xiàn)象時(shí)，穩(wěn)定原理不能成立，從而影響測量精度，產(chǎn)生計(jì)量誤差。
脈流流量總不確定度等于按GB/T2624-93計(jì)算的測量誤差與脈動附加不確定度的合成。
（4）式中：ET-脈動附加不確定度，無量綱；
-軸向時(shí)均速度，m/s；
-速度脈動分量均方根值，m/s。（公式應(yīng)用條件
≤0.32） 因此，為了保證天然氣計(jì)量精度，必須抑制脈動流。常用的措施有：
（1）在滿足計(jì)量能力的條件下，應(yīng)選擇內(nèi)徑較小的測量管，提高差壓和孔徑比；
（2）采用短引壓管線，減少管線中的阻力件，并使上下游管線長度相等，減少系統(tǒng)中產(chǎn)生諧振和壓力脈動振幅增加；
（3）從管線中消除游離液體，管線中的積液引起的脈動可采用自動清管系統(tǒng)或低處安裝分液器來處理。
2.計(jì)量裝置的設(shè)計(jì)安裝應(yīng)符合規(guī)范
由于影響孔板流量計(jì)測量精度的根本原因是節(jié)流裝置的幾何形狀和流動動態(tài)是否偏離設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。因此在使用過程中必須定期做好系統(tǒng)的校檢、維護(hù)工作，對于實(shí)際使用中的壓力、溫度、流量等工況參數(shù)的變化，應(yīng)進(jìn)行及時(shí)修正。可采用全補(bǔ)償?shù)牧髁坑?jì)算機(jī)的積算方案，以減少計(jì)量誤差，確保計(jì)量精度。
3.避免人為計(jì)量誤差
加強(qiáng)計(jì)量管理，提高操作人員技術(shù)素質(zhì)。
