摘要：本文分析了孔板流量计使用在不同 β 值时, 对流量计量准确度的影响, 根据实际应用和理论分析, 提出了合理选择 β 值的原则。

一 、引言:
  孔板流量计(标准孔板节流装置和阀式孔板节流装置)是目前使用广泛的一种流量计 ,在我国的工业计量和天然气计量中占有相当大的比例, 因此选好孔板流量计就成了计量人员研究的主要课题之一。众所周知, 影响孔板流量计准确计量的因素较多,仅对孔板节流装置而言, 孔板上下游端面粗糙度、孔板平整度 、孔板开口直角入口边缘尖锐度 、直径比(β)、孔板下游边缘粗糙度、取压口开孔尺寸等都将影响流量计量, 特别是直径比对流量计量准确度的影响往往被设计和使用人员忽视, 片面认为直径比只要满足相关标准(如 GB T2624 —93)要求就可以了;我们调查了现场的使用情况,发现很多孔板的开孔尺寸在设计时都选得比较大(β 在 0 .6 ～ 0 .75 之间)。本文就天然气流量计量中直径比对流量测量不确定度的影响进行分析讨论 。

二、孔板流量计测量系统的典型组成:
  孔板流量计系统组成根据不同的使用场合和计量要求,其系统配置差别较大 ,用于天然气流量测量的孔板流量计系统典型组成如图 1 所示 。节流装置通常选用阀式结构, 天然气流体经温度 、压力补偿换算为标准状态下的体积流量 , 由于该系统组成部件(仪表)较多,因此影响计量的因素较多 ,在估算不确定度时都应分别考虑 。

三、流量测量不确定度分析:
  有测量就有不确定度因素存在, 天然气流量测量也是如此,它的测量不确定度主要来自三个方面流量计算方程描述流动真实性的不确定因素;被测介质实际物理性质的不确定因素 ;测量中主要设备(如孔板流量计安装及直径比等)的不确定因素。SY T 6143 标准《天然气流量的标准孔板计量方法》中给出的估算天然气体积流量测量不确定度公式为:

δQn

C 2

δε

2

=

δ

+

+

Qn

C

ε

2 β4

2

δD

2

1 -β4

D

+

2

2

δd

2  +

4

1 -β

d

δZ1

δT

1

δGr

2

1

2

1

2

+

+

+

4

Gr

4

Z1

4

T

1

δp 1

2

1

p

2

0 .5

p1

+

δΔp

4

4

δC

式中 :

为流出系数不确定度 ,其值:当 β ≤0 .6 时,

C

为±0 .6%时 ,当 β>0 .6,为±β%;

δε为可膨胀性系数不确定度, 其值为 ±4

ε

p

%(Δp 、p1 应为相同单位);

p1

δD

为测量管内径的不确定度 , 其值为 ±

D

0.4 %;

δd

为孔板开孔直径的不确定度, 其值为 ±

d

0.07 %;

δΔp

为差压测量的不确定度;

p

δGr

为天然气相对密度测量的不确定度, 取值

Gr

±0 .5%; ^δ_Z^Z₁¹ 为天然气压缩因子测量的不确定度 , 取值
 
±0 .5%;
 
^δ_T^T 为天然气流动热力学温度测量的不确定度。

由上式可见 ,当其他参数不变的情况下, 直径比 β 的变化对测量不确定度影响是很大的 , 在现场使用中 ,为了清洗更换孔板方便 ,普遍使用阀式孔板节流装置,而为了扩大孔板流量计的量程比,使用者常常根据输气量的变化更换不同开孔直径的孔板来满足其要求 ,在这种情况下 ,孔板开孔直径就成了影响测量准确度的主要可变因素。关于直径比对流出系数的影响和对经验流出系数的影响国外已有相关研究,对雷诺数为无穷大时经验流出系数的不确定度是随 β 变化而变化的 ,图 2 表征了 β 与流出系数不确定度的关系, 由图可见 , β 值在 0 .55 时,不确定度***小 , β从0 .65变化到0 .75时 , 不确定度几乎成直


线上升。
 
直径比与流量测量综合不确定度的关系如图 3 所示 ,从图中见 , β >0 .6 时, 随着 β 的增大 ,不确定度迅速增大, 当直径比 β 为 0 .75 时 ,不确定度可达±1 .8%左右 。这个值是相当大的 。



五、结论：
  由上述分析可知 , 直径比超过 0 .6 对流量计量的影响是很大的 ,因此 ,在选用孔板流量计时 , 直径比也是必须考虑的因素之一 , 不能仅按标准规定的直径比在 0 .2～ 0 .75 都认为是理想值 ,除特殊情况外,建议直径比选择在对流量测量不确定度影响较小的区域 ,避开对边缘尖锐度、速度分布、粗糙度等***敏感的区域 ,降低孔板流量计的计量误差 ,提高计量准确度。