流体参数与流体特性对标准孔板的影响

杨爽

（江苏大唐国际金坛热电有限责任公司，江苏 常州 213200）

流体参数与流体特性对标准孔板的影响

杨爽

（江苏大唐国际金坛热电有限责任公司，江苏 常州 213200）

在工业实际应用中，由于测量介质的温度、压力及组分时常有所变化，流体流场受不同管道工况时常受到不同影响，流量测量的准确度也会受到不同程度干扰。本文通过标准孔板计量测量原理及公式中参数变化及不同组分、不同流场情况下流量的实际测量情况探究了标准孔板的测量，结果显示温度压力引起的密度影响较大，而组分变化、流场变化及脏污介质对测量影响较大。对工业生产流量测量参数修正及流量计选型有重要的参考意义。

介质；参数；流量；测量影响；

0 引言

在工业生产中，标准孔板流量计占整个贸易计量的50%左右，其原因在于标准孔板流量计的结构简单,操作方便、技术成熟、性能稳定且无需标定。这些优点使得标准孔板流量计在工业生产的计量工作中被大量使用。但是，由于流体的参数或流场特性时常有所变化，这会给标准孔板的测量带来一定影响，这将是未来工业生产计量工作中仍然需要高度重视的方面。

目前国内外单独谈论天然气系统标准孔板降低误差方面论述文献较多，但对多种流体、复杂流体的阐述涉及不多，本文研究的不同变量包括脏污介质等特殊介质对流量测量的影响，对工业生产有着重要的积极意义，对加大力度提高流量测量准确度具有一定的参考价值。

1 不同变量对标准孔板测量的影响

1.1 脉动流

脉动流干扰在工业生产中较为常见，当管道内介质为气体时，气体压力、流速发生骤变，造成脉动流，会引起孔板差压数值波动，使流量数据曲线呈宽带分布紊乱。脉动流产生原因较多，但多见为如下几种情况：

（1）长距离管道积液；

（2）气体压缩机或输送泵不稳定；

（3）不同管道或气源间压力干扰；

（4）气体用户设备用气量发生突变使得气流急剧变化；

针对以上几种干扰情况，可采用定期吹管、管道安装调压阀、提高差压和孔径比、在管道上加装缓冲罐等方法对脉动流加以抑制，这样才能减少误差，确保计量准确度。

1.2 介质温度、压力、密度变化

标准孔板流量计理论计算公式

式中：Q——工作状态下的体积流量，m³/h；α流量系数；ε——流束膨胀系数；d——孔板开孔直径；△P——孔板差压；ρ——流体密度。

在温度变化不太大的场合，近似看做为常量，则此时体积流量只与△P与ρ有关。△P一般为检测量，而ρ一般不做测量。

当为常量时，流量公式近似为：

对于补偿流量，由于液体的密度与温度、压力的关系不是很大，此处不予讨论，仅讨论气体密度的流量补偿及影响。

气体密度公式：

式中：P、T、ρ分别为气体实际的压力、温度、密度，P0、T0、ρ0为标准状态下气体的压力、温度、密度，Z为压缩系数。压力不太大时，Z可近似等于1，则

由此可见，测得温度和压力是可以对测量流量进行相应的流量补偿的。

日常生产中，控制系统逻辑组态中常用如上公式对标准孔板流量进行计算，加之温度压力补偿的相关逻辑，最终得出实际测算流量值。但是，组态中所填孔板固有参数均为设计或检定时的压力和温度，如设计参数角标以n表示，那么实际通过流量为

因此，实际情况下△P有差别（T增大、P减小），实际通过孔板的流量大于二次仪表测量运算值。

1.3 组分变化

工业生产中，谈起组分对生产影响，自然会想到天然气，天然气的物性参数的准确测定是天然气流量计量的一个重要环节，随着天然气发展规模的不断扩大，输配气管网也越来越复杂，天然气的调配也越来越频繁，致使同一管道在不同时间段其天然气组分都会有不同程度的变化。

不同的气体组分，由于密度不同，气体自身温压特性不同，换算而成的标况流量也会有所不同，由于天然气组分的变化将造成压缩因子附加误差，从而增加流量计的附加误差，密度变化造成工况流量的另一附加误差，那么在使用标准孔板测量的同时，必须要有实时的组分参数分析仪表来配合计量，及时快速更新天然气组分及相关实时参数是非常必要的，这样才能大大减小流量计量的附加误差，在工业贸易中有效减少由于气体计量引发的种种纠纷。

1.4 流场情况

一般标准孔板安装时，对前后直管段都会明确标注需要的最小长度，一般是要求直管段前10后5，即孔板前直管段长度为管道直径的10倍，孔板后直管段长度为管道直径的5倍，实际生产中，如无法保证这一流场对测量管道的要求，流量的测量将会受到较大的扰动，甚至无法监测。

蒸汽流量计在出厂前都经过实流标定。由于流量标准装置的直管段都相当长，所以流量计前管道内流体的流速分布是对称的，也不存在旋涡。这样，圆形流通截面中流速最高点与轴心重合，一台蒸汽流量计的流量系数就是在这样的条件下标定出来的。如前后较近处有管道弯头，流体在管道内高速流动，由于流体的离心力作用，弯道后流场产生畸变，使流体不同部位流速不均，压力分布不均，乃至形成区域真空，使流量孔板得不到需要的流束而输出错误的流量数据。

因此，在生产中如需要准确测量流量，必须保证孔板前后直管段满足测量需要，流场达不到标准孔板测量要求的，应考虑更换成需要前后直管段较小的非标测量元件。

1.5 脏污介质

由于标准孔板节流孔在中心，流体经过标准孔板后，会在节流孔两侧形成滞流，如介质中含有脏污物质，则很有可能会藏匿于此处难以被后续流体冲走，也很有可能会对后续流体通过时孔板的前后差压产生不良影响，使流量测量不准确。工业生产中，一般脏污介质不选用标准孔板也多为此种原因，对于脏污介质的测量，大多选择对介质及测量环境要求较低的测量元件。

2 结论

对于标准孔板的流量测量，密度、脉动流、组分、介质纯净度都有较大的负面影响，因此，在实际生产中，应采取相应的措施对流量测量数据进行补偿或加装相应的辅助测量设备，在特定情况下，对难以消除负面影响，则应考虑其他测量方式以达到准确测量的目的。

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1671-0711（2016）10（上）-0141-02