在分析孔板流量計(jì)類(lèi)型的基礎(chǔ)上，探討了孔板流量計(jì)的工作原理，并重點(diǎn)就孔板流量計(jì)的選型和安裝中需要注意的問(wèn)題進(jìn)行分析，并就其中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，***后提出有效的解決方法，希望對(duì)于進(jìn)一步應(yīng)用孔板流量計(jì)具有一定意義。

引 言

就當(dāng)前的流量計(jì)量?jī)x表的應(yīng)用情況來(lái)說(shuō)，孔板流量計(jì)則是用途***為廣泛的一種，其可以用來(lái)測(cè)量相應(yīng)的所用單相流體。其應(yīng)用的歷史也比較長(zhǎng)，在大量的試驗(yàn)過(guò)程中，積累了豐富的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及寶貴的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)有效的干標(biāo)的方法，能夠有效保證流量計(jì)的計(jì)量精度，這個(gè)特點(diǎn)具有一定的特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)筆者的多年應(yīng)用實(shí)踐證明，經(jīng)過(guò)多種流量計(jì)的應(yīng)用對(duì)比，孔板流量計(jì)具有較為可靠的工作性能。針對(duì)天然氣計(jì)量的相應(yīng)領(lǐng)域，孔板流量計(jì)應(yīng)用非常多，一般情況下，針對(duì)長(zhǎng)輸管道、油氣田的天然氣交接中的計(jì)量情況下，都是采用孔板流量計(jì)進(jìn)行有效的計(jì)量，截至目前，已經(jīng)具備較為完善的大量應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，值得進(jìn)一步進(jìn)行總結(jié)和思考。

1.孔板流量計(jì)類(lèi)型

當(dāng)前使用的孔板流量計(jì)一次裝置來(lái)說(shuō)，主要包括兩個(gè)方面的形式：①利用簡(jiǎn)易孔板而形成的節(jié)流裝置；②孔板閥。對(duì)于簡(jiǎn)易孔板節(jié)流裝置來(lái)說(shuō)，并不存在一定的孔板升降機(jī)構(gòu)，在進(jìn)行孔板的檢查和更換過(guò)程中，則應(yīng)該保證停止介質(zhì)輸送的情況下進(jìn)行，具有造價(jià)低且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)；對(duì)于孔板閥來(lái)說(shuō)，比簡(jiǎn)易孔板截流的精度要高一些，可以實(shí)現(xiàn)在不停止生產(chǎn)的情況下進(jìn)行孔板的檢查、維修和更換操作，能夠?qū)崿F(xiàn)在線操作，流量計(jì)中存在孔板升降機(jī)構(gòu)，能夠有效進(jìn)行在線的孔板檢查工作，更換操作方便。

2.工作原理

在一定的工況要求下，流動(dòng)的流體能夠相互轉(zhuǎn)化自身的靜壓能和動(dòng)能，同時(shí)，還能有效利用上述關(guān)系進(jìn)行流體流量的測(cè)量工作。當(dāng)介質(zhì)流過(guò)管道中的孔板位置時(shí)，遇到突然縮小的截面情況，這種縮小的流通面積能夠讓流束產(chǎn)生一定的局部收縮情況，造成流速進(jìn)一步加快，靜壓力而有所降低，這樣就會(huì)使得壓力差在孔板前后出現(xiàn)。根據(jù)一定的函數(shù)關(guān)系，對(duì)于此壓差進(jìn)行測(cè)量，就可以計(jì)算得出流量值。根據(jù)流體連續(xù)性原理以及能量守恒定律，可以得到節(jié)流裝置的運(yùn)動(dòng)、能量方程如下：

式中：Q-體積流量，單位為 m3/s；M-質(zhì)量流量，單位為 kg/s；F0 -節(jié)流裝置的開(kāi)孔面積，單位為 m2；ε -流量膨脹系數(shù)；α -流量系數(shù)；ρ1 -流體經(jīng)過(guò)節(jié)流元件之前的密度，單位為 kg/m3；△p=p1 -p2 ，為經(jīng)過(guò)節(jié)流件的前后壓力差，單位為 Pa。

經(jīng)過(guò)上式，可以看出，天然氣經(jīng)過(guò)節(jié)流孔板的情況下，質(zhì)量、體積流量和產(chǎn)生的平方根所成正比關(guān)系，在此原理的基礎(chǔ)上，可以對(duì)于孔板前后的差壓利用孔板流量測(cè)量，經(jīng)過(guò)一定的函數(shù)關(guān)系換算，可以得到天然氣的流量。

3.孔板流量計(jì)的選型和安裝思考

3.1孔板流量計(jì)的選型

所謂的孔板流量計(jì)，則是涉及到相應(yīng)的儀表所組成的整體，對(duì)于其的選型過(guò)程中，主要涉及到的選型內(nèi)容包括溫度變送器、差壓變送器、孔板閥、壓力變送器等的選型。

在進(jìn)行孔板流量計(jì)的選型過(guò)程中，涉及到的基本內(nèi)容則是通過(guò)有效的換算，能夠得到孔板片標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)口尺寸以及孔板片前后的壓差值。根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)所編制的應(yīng)用軟件，主要涉及到的計(jì)算內(nèi)容和步驟如下：①輔助計(jì)算。首先，應(yīng)該由設(shè)計(jì)人員根據(jù)管道介質(zhì)要求進(jìn)行直徑的確定，也就是在 20℃的條件下，對(duì)于測(cè)量管直徑（孔板閥孔徑）的檢測(cè)工作，應(yīng)該注意，在保證能夠具有一定的計(jì)量能力的要求下，應(yīng)盡量選用內(nèi)徑較小的測(cè)量管，這樣能夠有助于孔徑比、差壓的提升，然后，依次進(jìn)行天然氣的壓縮因子、密度、相對(duì)密度以及超壓縮系數(shù)的計(jì)算，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行天然氣的動(dòng)力粘度、嫡指數(shù)的計(jì)算，并計(jì)算得到雷諾數(shù)。②計(jì)算順序。計(jì)算順序，先把 β 近似值帶入應(yīng)用工況中，可以得到相應(yīng)的開(kāi)孔直徑和孔徑比，這樣就會(huì)得到 d20，也就是在 20℃下的孔板測(cè)出的孔徑值。一般情況下，單片孔板量程比僅能達(dá)到 1：3 的比例，而不能超過(guò) 1：4，所以，如果涉及到流量范圍較大的問(wèn)題，則應(yīng)該進(jìn)行分段處理，這樣，口徑從大到小的 2~3 片孔板進(jìn)行分別計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合具體的工況、孔板開(kāi)孔直徑以及孔板閥孔徑參數(shù)，能夠有效計(jì)算，進(jìn)行適合工況要求的孔板片、孔板閥的設(shè)計(jì)計(jì)算，有效保證差壓檢測(cè)范圍的確定，在一定的條件下，保證溫度、壓力補(bǔ)償儀表的測(cè)量范圍，就完成孔板閥的選型。

3.2  孔板流量計(jì)的安裝

應(yīng)該根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行安裝和調(diào)?？装辶髁坑?jì)。

（1）在直管段方面的要求上，對(duì)于速度式流量計(jì)來(lái)說(shuō)，前后都應(yīng)該安裝直管段，這樣才能較好保證穩(wěn)流效果。在一定的工況要求下，在進(jìn)行孔板流量計(jì)的直管段前端安裝過(guò)程中，根據(jù)阻流件的結(jié)構(gòu)和要求，經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)查詢(xún)，獲得直流管的長(zhǎng)度，可以得到各種阻流件要求的***短直管段長(zhǎng)度，但是，如果整流器安裝在孔板上游的時(shí)候，則能有效保證直管段得到縮短，所以，這樣的標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)用整流器。

根據(jù)具體的規(guī)范，在具體的設(shè)計(jì)中，把流動(dòng)調(diào)整器設(shè)置在孔板上游中，根據(jù)規(guī)定，整流器安裝在孔板上游 13D 的位置，這樣就能有效保證 30D 的前直管段要求，能夠?qū)崿F(xiàn)上游阻流件下的安裝的要求，當(dāng)前，在設(shè)計(jì)中已經(jīng)普遍采用此項(xiàng)設(shè)計(jì)。另外，確定后直管段則比較容易，通過(guò)直徑比就可以確定。

需要注意的問(wèn)題則是，直管段安裝在阻流件以及孔板上游則是由兩種管段所組成：①工程上所提供；②孔板配套，這樣就會(huì)導(dǎo)致可能出現(xiàn)不一樣的內(nèi)徑配套情況，造成凸臺(tái)的出現(xiàn)，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，要求 10D 之外的凸臺(tái)臺(tái)階控制在 2%內(nèi)的圓度。

應(yīng)該要求管段的直的要求，如果存在管道直線的偏移不超過(guò)長(zhǎng)度的0.4%的情況，就可以認(rèn)為則是直的。在進(jìn)行相應(yīng)的目測(cè)檢驗(yàn)過(guò)程中，上下游直管段所引起的管道直線偏差也應(yīng)該控制在長(zhǎng)度的 0.4%范圍內(nèi)。

（2）在對(duì)于孔板安裝方面，應(yīng)該保證孔板和節(jié)流裝置中的直管段進(jìn)行對(duì)中處理。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可以得到，孔板偏心問(wèn)題所引起的誤差一般在2%左右，孔徑比值越高，則會(huì)越容易造成偏心率影響，不應(yīng)該采用比值過(guò)大的孔板。應(yīng)該杜絕出現(xiàn)孔板的變形或者彎曲情況，這樣會(huì)造成流量誤差的增加。在測(cè)試法蘭取壓的孔板過(guò)程中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)榭装鍙澢斐傻?**大誤差大約為 3.5%。

（3）在變送器安裝方面，應(yīng)該保證不影響儀表安裝的基礎(chǔ)上，盡量縮短差壓和壓力引壓的管段，這樣有利于防凍以及保溫處理，在一定的斜度情況下，不會(huì)出現(xiàn)天然氣所產(chǎn)生的凝液在變送器進(jìn)行匯集的情況。

（4）其他方面的安裝要求。要求不能使用厚度太大的墊片，要求控制在 0.5mm 范圍，要求墊片不能突出管壁要求，控制有效的測(cè)量誤差。對(duì)于流量調(diào)節(jié)的閥門(mén)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該保證節(jié)流件后***小直管段長(zhǎng)度以外。在工藝管道上安裝節(jié)流裝置，則應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的管道清洗吹掃工作。

4.存在問(wèn)題及解決方法

4.1存在的問(wèn)題

（1）計(jì)量?jī)x表本身的精度方面的問(wèn)題。當(dāng)前的孔板流量計(jì)自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)發(fā)展速度很快，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，還存在一定的測(cè)量?jī)x表本身以及自動(dòng)計(jì)量的限制性問(wèn)題，針對(duì)數(shù)據(jù)處理以及提高計(jì)量準(zhǔn)確性方面的問(wèn)題，還需要進(jìn)一步探討。在測(cè)量的度以及重復(fù)性方面，孔板流量計(jì)屬于中等水平，對(duì)于較為干凈的流體，且滿足具有較長(zhǎng)的直管段、流體處于紊流狀態(tài)下，這樣的測(cè)量精度較高。但是，上述要求沒(méi)有達(dá)到，以及存在損壞的孔板入口銳角、孔板表面的固體污物的堆積問(wèn)題，都會(huì)造成孔板表面粗糙度增加，使得測(cè)量誤差增加。

（2）在量程比方面存在問(wèn)題。在此種流量計(jì)應(yīng)用方面，主要表現(xiàn)在孔板流量計(jì)測(cè)量范圍有限的問(wèn)題，考慮到儀表信號(hào)和流量的平方關(guān)系，一般的測(cè)量范圍都是為 3：1~4：1 范圍內(nèi)。

（3）在安裝方面的問(wèn)題。由于現(xiàn)場(chǎng)的安裝條件要求較高，需要的直管段的長(zhǎng)度比較大，在實(shí)際中難以滿足。另外，對(duì)于壓力檢測(cè)儀表和孔板閥之間的引壓管線容易出現(xiàn)凍堵、泄露等方面的問(wèn)題。

（4）在使用過(guò)程中的問(wèn)題，主要是包括彎曲變形的孔板，以及臟物在上游端面上沉積，出現(xiàn)破損的孔板入口直角邊緣等問(wèn)題，這些都會(huì)造成計(jì)量精度受到影響。

4.2  解決天然氣計(jì)量問(wèn)題的途徑

（1）保證安裝質(zhì)量，定期進(jìn)行維護(hù)處理。在分析影響孔板流量計(jì)測(cè)量精度的過(guò)程中，涉及到很多維護(hù)和安裝方面的因素，所以，在具體的安裝過(guò)程中，應(yīng)該保證通過(guò)嚴(yán)格施工，努力消除安裝誤差。在具體的使用中，操作人員應(yīng)該做好系統(tǒng)的保養(yǎng)和維護(hù)工作，以便能夠保證使用壽命的延長(zhǎng)，應(yīng)該關(guān)注實(shí)際工況下的流量、溫度、壓力等參數(shù)的變化，通過(guò)有效的處理，盡量控制計(jì)量誤差。

（2）應(yīng)用多種有效方法來(lái)保證量程比的進(jìn)一步提高。①可以利用雙差壓變送器配置在同一臺(tái)的孔板閥中，能夠有效根據(jù)差壓的變化值，進(jìn)行信號(hào)的切換工作，使得量程比有效擴(kuò)大，保證測(cè)量范圍的提升，有效保證計(jì)量準(zhǔn)確性；②利用寬量程差壓變送器，這樣能夠有效保證量程比的提升，利用有效的軟件方式能夠保證實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整量程，通過(guò)軟維護(hù)方式擴(kuò)大量程比，使得測(cè)量有效范圍和準(zhǔn)確度進(jìn)一步提升；③利用多路計(jì)量的方式，根據(jù)進(jìn)行天然氣流量檢測(cè)范圍的具體要求，保證進(jìn)行不同口徑的兩套孔板流量計(jì)設(shè)計(jì)，根據(jù)流量低谷以及峰值的時(shí)間特點(diǎn)，進(jìn)行有效的介質(zhì)流路的切換工作，保證寬量程計(jì)量的實(shí)現(xiàn)。

5.結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于已經(jīng)應(yīng)用多年的孔板流量計(jì)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該充分的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，總結(jié)出更加有效的科學(xué)設(shè)計(jì)方法。隨著信息技術(shù)、組分分析儀、流量計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)的應(yīng)用，孔板流量計(jì)具有自身的經(jīng)濟(jì)、方便、可靠、耐用的特點(diǎn)，依然活躍在能量交接的計(jì)量工作中，具有一定的應(yīng)用潛力。