使用孔板流量計(jì)應(yīng)當(dāng)注意的問(wèn)題以及誤差表
一 、引言:
孔板流量計(jì)(標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置和閥式孔板節(jié)流裝置)是目前使用廣泛的一種流量計(jì) ,在我國(guó)的工業(yè)計(jì)量和天然氣計(jì)量中占有相當(dāng)大的比例, 因此選好孔板流量計(jì)就成了計(jì)量人員研究的主要課題之一。眾所周知, 影響孔板流量計(jì)準(zhǔn)確計(jì)量的因素較多,僅對(duì)孔板節(jié)流裝置而言, 孔板上下游端面粗糙度、孔板平整度 、孔板開(kāi)口直角入口邊緣尖銳度 、直徑比(β)、孔板下游邊緣粗糙度、取壓口開(kāi)孔尺寸等都將影響流量計(jì)量, 特別是直徑比對(duì)流量計(jì)量準(zhǔn)確度的影響往往被設(shè)計(jì)和使用人員忽視, 片面認(rèn)為直徑比只要滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(如 GB T2624 —93)要求就可以了;我們調(diào)查了現(xiàn)場(chǎng)的使用情況,發(fā)現(xiàn)很多孔板的開(kāi)孔尺寸在設(shè)計(jì)時(shí)都選得比較大(β 在 0 .6 ～ 0 .75 之間)。本文就天然氣流量計(jì)量中直徑比對(duì)流量測(cè)量不確定度的影響進(jìn)行分析討論 。
二、孔板流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)的典型組成:
孔板流量計(jì)系統(tǒng)組成根據(jù)不同的使用場(chǎng)合和計(jì)量要求,其系統(tǒng)配置差別較大 ,用于天然氣流量測(cè)量的孔板流量計(jì)系統(tǒng)典型組成如圖 1 所示 。節(jié)流裝置通常選用閥式結(jié)構(gòu), 天然氣流體經(jīng)溫度 、壓力補(bǔ)償換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積流量 , 由于該系統(tǒng)組成部件(儀表)較多,因此影響計(jì)量的因素較多 ,在估算不確定度時(shí)都應(yīng)分別考慮 。
三、流量測(cè)量不確定度分析:
有測(cè)量就有不確定度因素存在, 天然氣流量測(cè)量也是如此,它的測(cè)量不確定度主要來(lái)自三個(gè)方面流量計(jì)算方程描述流動(dòng)真實(shí)性的不確定因素;被測(cè)介質(zhì)實(shí)際物理性質(zhì)的不確定因素 ;測(cè)量中主要設(shè)備(如孔板流量計(jì)安裝及直徑比等)的不確定因素。SY T 6143 標(biāo)準(zhǔn)《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計(jì)量方法》中給出的估算天然氣體積流量測(cè)量不確定度公式為:
| 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 : | 為流出系數(shù)不確定度 ,其值:當(dāng) β ≤0 .6 時(shí), | ||||||||||||||||||||||||||||
| C | |||||||||||||||||||||||||||||
| 為±0 .6%時(shí) ,當(dāng) β>0 .6,為±β%; | |||||||||||||||||||||||||||||
| δε為可膨脹性系數(shù)不確定度, 其值為 ±4 | |||||||||||||||||||||||||||||
| ε | |||||||||||||||||||||||||||||
| p | %(Δp 、p1 應(yīng)為相同單位); | ||||||||||||||||||||||||||||
| p1 | |||||||||||||||||||||||||||||
| δD | 為測(cè)量管內(nèi)徑的不確定度 , 其值為 ± | ||||||||||||||||||||||||||||
| D | |||||||||||||||||||||||||||||
| 0.4 %; | |||||||||||||||||||||||||||||
| δd | |||||||||||||||||||||||||||||
| 為孔板開(kāi)孔直徑的不確定度, 其值為 ± | |||||||||||||||||||||||||||||
| d | |||||||||||||||||||||||||||||
| 0.07 %; | |||||||||||||||||||||||||||||
| δΔp | 為差壓測(cè)量的不確定度; | ||||||||||||||||||||||||||||
| p | |||||||||||||||||||||||||||||
| δGr | 為天然氣相對(duì)密度測(cè)量的不確定度, 取值 | ||||||||||||||||||||||||||||
| Gr |
±0 .5%; δZZ11 為天然氣壓縮因子測(cè)量的不確定度 , 取值
±0 .5%;
δTT 為天然氣流動(dòng)熱力學(xué)溫度測(cè)量的不確定度。
由上式可見(jiàn) ,當(dāng)其他參數(shù)不變的情況下, 直徑比 β 的變化對(duì)測(cè)量不確定度影響是很大的 , 在現(xiàn)場(chǎng)使用中 ,為了清洗更換孔板方便 ,普遍使用閥式孔板節(jié)流裝置,而為了擴(kuò)大孔板流量計(jì)的量程比,使用者常常根據(jù)輸氣量的變化更換不同開(kāi)孔直徑的孔板來(lái)滿(mǎn)足其要求 ,在這種情況下 ,孔板開(kāi)孔直徑就成了影響測(cè)量準(zhǔn)確度的主要可變因素。關(guān)于直徑比對(duì)流出系數(shù)的影響和對(duì)經(jīng)驗(yàn)流出系數(shù)的影響國(guó)外已有相關(guān)研究,對(duì)雷諾數(shù)為無(wú)窮大時(shí)經(jīng)驗(yàn)流出系數(shù)的不確定度是隨 β 變化而變化的 ,圖 2 表征了 β 與流出系數(shù)不確定度的關(guān)系, 由圖可見(jiàn) , β 值在 0 .55 時(shí),不確定度***小 , β從0 .65變化到0 .75時(shí) , 不確定度幾乎成直
線(xiàn)上升。
直徑比與流量測(cè)量綜合不確定度的關(guān)系如圖 3 所示 ,從圖中見(jiàn) , β >0 .6 時(shí), 隨著 β 的增大 ,不確定度迅速增大, 當(dāng)直徑比 β 為 0 .75 時(shí) ,不確定度可達(dá)±1 .8%左右 。這個(gè)值是相當(dāng)大的 。
| 日期 | 供方計(jì)量(m3 d) | 用方計(jì)量(m3 d) | 差值 | 相對(duì)誤差% | 備注 | |||
| 3 | 月 3 日 | 3928235 | 3924430 | 0 | .3805 | 0 .1 | 孔板內(nèi)徑套 160mm , | |
| 3 | 月 4 日 | 3950200 | 3946520 | 0 | .3680 | 0 | .09 | 第二套 140mm |
| 3 | 月 5 日 | 3954444 | 3947061 | 0 | .7383 | 0 | .19 | |
| 3 | 月 6 日 | 3985634 | 3987733 | -0.2099 | -0.05 | |||
| 3 | 月 7 日 | 4049750 | 4042868 | 0 | .6882 | 0 | .17 | |
| 3 | 月 8 日 | 3973333 | 3980374 | -0.7041 | -0.18 | |||
| 3 | 月 9 日 | 3958520 | 3948992 | 0 | .9528 | 0 | .24 | |
| 3 | 月 10 日 | 3290247 | 3293882 | -0.3635 | -0.11 | |||
| 3 | 月 11 日 | 3597522 | 3604308 | -0.6786 | -0.19 | |||
| 3 | 月 12 日 | 3602560 | 3608187 | -0.5627 | -0.16 | |||
| 3 | 月 13 日 | 3579791 | 3583684 | -0.3893 | -0.11 | |||
| 3 | 月 14 日 | 3307098 | 3309837 | -0.2739 | -0.08 | |||
| 3 | 月 15 日 | 3089036 | 3069433 | 1.9603 | 0.63 | |||
| 3 | 月 16 日 | 3107981 | 3072597 | 3.5384 | 1.14 | 14 時(shí)換孔板 | ||
| 3 | 月 17 日 | 3372139 | 3320315 | 5.1824 | 1.54 | 內(nèi)徑 180mm | ||
| 3 | 月 18 日 | 3414085 | 3356496 | 5.7589 | 1.69 | |||
| 3 | 月 19 日 | 3850672 | 3797379 | 5.3293 | 1.38 | |||
| 3 | 月 20 日 | 3906666 | 3842252 | 6.4414 | 1.65 | |||
| 3 | 月 21 日 | 3664016 | 3607774 | 5.6242 | 1.53 | |||
| 3 | 月 22 日 | 3837958 | 3800760 | 3.7198 | 0.97 | 9 時(shí)換孔板 | ||
| 3 | 月 23 日 | 3761932 | 3739220 | 2.2712 | 0 .6 | 150mm , 160mm | ||
| 3 | 月 24 日 | 3689273 | 3670312 | 1.8961 | 0.51 | |||
| 3 | 月 25 日 | 3837094 | 3818110 | 1.8984 | 0.49 | |||
| 3 | 月 26 日 | 3267492 | 3251652 | 1.5840 | 0.48 | |||
| 3 | 月 27 日 | 3151621 | 3143860 | 0.7761 | 0.25 | |||
| 3 | 月 28 日 | 3029424 | 3025083 | 0.4341 | 0.14 | |||
| 3 | 月 29 日 | 3320634 | 3313877 | 0.6757 | 0.20 | |||
五、結(jié)論：
由上述分析可知 , 直徑比超過(guò) 0 .6 對(duì)流量計(jì)量的影響是很大的 ,因此 ,在選用孔板流量計(jì)時(shí) , 直徑比也是必須考慮的因素之一 , 不能僅按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的直徑比在 0 .2～ 0 .75 都認(rèn)為是理想值 ,除特殊情況外,建議直徑比選擇在對(duì)流量測(cè)量不確定度影響較小的區(qū)域 ,避開(kāi)對(duì)邊緣尖銳度、速度分布、粗糙度等***敏感的區(qū)域 ,降低孔板流量計(jì)的計(jì)量誤差 ,提高計(jì)量準(zhǔn)確度。
