導致輕烴氣流量計測量結果產生誤（wù）差的因（yīn）素有哪些
點擊次數：2041 發布時間：2020-11-06 08:20:46
一、輕烴氣流（liú）量計組成部分
輕烴氣流量計是將標準孔板與差壓變送器配套組成的差壓式流量裝置，可測量氣體（tǐ）、蒸汽、液體及天然（rán）氣的流量（liàng），廣（guǎng）泛（fàn）應用於石油、化工（gōng）、冶金、電力、供熱、供水等領域的過程控（kòng）製（zhì）和測量。如（rú）圖1所示。
輕烴氣流（liú）量計組成部分
圖1輕烴氣流量計組成部（bù）分
1-標準孔板 2-引壓管路 3-三閥組 4-差壓計
二、輕烴（tīng）氣流量計的工作原理
1、測量（liàng）原理（lǐ）
輕烴氣（qì）流量（liàng）計是以相似原理為根據，以實驗數據為基礎的瞬（shùn）時流量計。天然氣輕烴氣流量計基於（yú）流體在通過設置於（yú）流通（tōng）管道上的流動阻（zǔ）力件時產生的壓力差與流體流量之間的確定關（guān）係，通過測量差壓值求得流體流（liú）量。
2、流量方程
如圖2所示，根據流動連續性方程（質量守恒（héng）定（dìng）律）和伯努利方程（能量守恒定（dìng）律），天然氣輕烴氣流量計的流量方（fāng）程為：
輕烴氣流量計的流量方程
公式（1）
式中（zhōng）：Q為體積流（liú）量；β為（wéi）直徑比，β=d/D；d為工作條件下節流件的孔徑；D為工作（zuò）條件下上（shàng）遊管道（dào）內徑；Ao為節（jiē）流件的開孔（kǒng）截麵積； C 為流出係數；ΔP為節流裝置（zhì）前後實際測得的差（chà）壓；p為（wéi）節流裝置上（shàng）遊流體密度；ε為可膨脹係數。
流體流經節流件時壓力（lì）和流速變化情況
圖2 流體流（liú）經節流件時壓力和流速變化情況
3、流（liú）動狀態的要求
輕烴氣流量計的流出係數（shù） C 是在特定的實驗室參比條件下，通過大量的實驗（yàn）數據推導得出（chū）的計算方法。因此，為了保（bǎo）證測量精度（dù），對（duì）於氣流流動狀態（tài）應（yīng）符合如下四條要求：
3.1 流體必須是牛頓流體，在物理（lǐ）學和（hé）熱力學上是均勻的、單相的，或者可（kě）認（rèn）為是（shì）單相的流體。
3.2 流體流動是（shì）穩定流或**間變化不大的緩變流。
3.3 流體必須滿管流，流經節流件前流動應達到充分紊流，流束平行於管道軸線且無旋轉，流經節流件時不發生相變。
3.4 流體（tǐ）通過孔板節流裝置的流（liú）動，必須（xū）保持孔板下遊靜壓與孔板上（shàng）遊靜（jìng）壓之比不（bú）小於0.75，管（guǎn）道雷諾數Re≥5000（角接取壓（yā））和（hé）管道雷諾數Re≥1260β2D（法蘭取壓）。
三、輕烴（tīng）氣流量計不確定度分析
由於存在取壓方式（角接取（qǔ）壓、法（fǎ）蘭取壓）的（de）影（yǐng）響；流量計算假設條件等因素（sù）的影響；孔板加工、安裝等技術要求。輕烴氣流量計的使用和流（liú）量計算必須嚴格遵守規範規定，否則（zé），其流量測量的不確定度無（wú）法計算或誤差較大。
根據天然（rán）氣輕烴氣流量計的流量方程（chéng）（公（gōng）式1）可知，影響流量測量的精度主（zhǔ）要由流出係數C、可膨脹（zhàng）係數、差壓和天然（rán）氣的物性。
1、流出係數不確定度變化
流（liú）出係數C是為了補償任意兩點的摩擦影響所（suǒ）列入的一個經驗係數，它與（yǔ）節（jiē）流件的（de）幾何形狀、取（qǔ）壓位置及（jí）雷諾數等有關，通常由試驗確定。當直管段長度符合（hé）SY/T6143-2004的規定的節流前10D和節流（liú）後4D長的測量管，圓度滿足不大於±0.3%的標準規定，則流出係數不確（què）定度δc/c隻隨β值的不同而不同。此時，當β≤0.6時，則δc/c=±0.6%；當（dāng）β<0.60時，則δc/c=±β%。
2、天然氣可膨脹係數不確定度變化
當所測天然氣流經孔（kǒng）板時（shí），由於流速和壓力的改變而（ér）伴隨著密度的改變（氣（qì）體壓力從P1降為p2，因膨脹而使密度減（jiǎn）小），為適應此（cǐ）種變化以修正因假設密度等於常（cháng）量（liàng）而對流量引起的（de）偏（piān）差，因此（cǐ）必（bì）須加人一個係數，這個係（xì）數被稱為可膨脹係數ε。
輕烴氣流量計公式
公式（2）
對於天然氣而言，可膨脹（zhàng）性（xìng）係數的不確定度（dù）為：δε/ε=±4（Δp/pi）%
它與輕烴氣流量計實測差（chà）壓（yā）Δp成正比，與靜壓p1成（chéng）反比。目前在天然氣計量中差壓值一（yī）般在50000Pa之內，靜壓在1-1OMPa範圍內（nèi），因此 δε/ε*小為±0.00002%，*大為±0.2%或更大。
3、天然氣密度（dù）測量不確定（dìng）度δρ/ρ
密度取值按測量方法的不（bú）同而異，其一為直接密度測（cè）量，由（yóu）密度計直（zhí）接決定其值；天然氣密度（dù）測量的不確定度δρ/ρ*小為±1.013%，*大為±1.571%或更大。
4、差壓P的不確定度
標準SY/T6143—2004中的流量實用公式在（zài）應用能量方程導出過程中，規定測（cè）量管（guǎn）道水平（包（bāo）括上、下遊側的（de）測量管）。因此，其上、下遊取壓口的位置差為零，差壓Δp則是在孔板上、下遊側所規定的取壓口位（wèi）置上量得的靜壓之差。
流（liú）量計差壓公式
公式（3）
式中（zhōng）：ζΔp為差（chà）壓計的精度等級；Δpk為差壓（yā）計的量程；Δpf為預定差壓測量值。
由此可見，當所用差壓計的精度（dù）為0.5級，量程為0~600kpa，預設差壓測景值為300kpa時，對於天然氣孔板（bǎn）流景計，置信概率為95%的（de）測量總不確定度為：
天然氣流量測量的總不確定度（dù），據SY/T6143-2004規定，實際上就是（shì）測量係統的測量值與（yǔ）真值比較，置信概率為95%的準確度，其測量的總不確定度δQn/Qn*小為±0.82%，*大為±4.52%或更大。
四（sì）、輕烴氣流量計使用中的測（cè）量誤（wù）差分析
在實際應用時，對於輕烴氣流（liú）量計如果使用不（bú）當，會造成很大的測量誤差，有時可達（dá）到20%左右。在流量計（jì）的使用中，如何減少其測量誤差，必須考（kǎo）慮（lǜ）流量（liàng）的測量原理和（hé）結（jié）構形式，注（zhù）意使用（yòng）條件和測量對象的物理性質是否與所選用的流量（liàng）計性能（néng）相適應。下麵就其（qí）測（cè）量誤差進行分析：
1、流量（liàng）計算方程（chéng）描述流體是充滿圓管的、充（chōng）分發（fā）展的定常流。若流動狀態真實性無法（fǎ）確定，如果仍按照原有的儀表常數（shù）推算流量，將與實際流量存在誤差。
2、天然氣以甲烷為主加上乙烷和其（qí）他少量的輕烴，真實相對密度小（xiǎo）於或等於0.75。由於被測介質實際特性的不（bú）確定因素，以及實際物性變化影響儀表正常工（gōng）作等對流（liú）量測量的不（bú）確定度產生影響。
3、孔板的結構設計、 加工（gōng）、 裝配（pèi）、安裝、檢驗和使用必須符合標（biāo）準規定的全部技術要求。由於各（gè）個（gè）裝置自身及環境條件因素引起的不確定因素（sù）。
4、孔板安裝不正確
管道水平安裝，如果孔板開孔中心與管道中心線不同心；如果在安裝（zhuāng）過程中存在引（yǐn）壓管堵塞及（jí）墊片等凸出物，則會造成孔板前後壓差測（cè）量不準確，從而造成測量（liàng）誤差。
5、孔（kǒng）板入口（kǒu）邊緣被磨損
在使用中，由於流體的磨蝕作用，使孔板的人口邊緣變鈍，被磨成圓形入（rù）口邊緣。結果是在相同的流量下，孔口收縮係數變大，造成差壓發生變化，造成測量誤差。
6、孔板表（biǎo）麵的結垢
長期使用時，孔板表麵結據，使孔板的流通麵積變小，從而造成差壓增大，使流（liú）量計測量值大（dà）於實際值，影響計量精（jīng）度（dù）。
7、差壓變送器零（líng）點漂移和量程設置不當（dāng）
由於時間（jiān）較長，變送器的零（líng）點會發生漂移（yí），這時差壓變送器的（de）輸人和輸出（chū）信號發生（shēng）變化。若不及時調整，會造成實測流量值偏（piān）低或偏高。
輕烴氣流量計是將標準孔板與差壓變送器配套組成的差壓式流量裝置，可測量氣體（tǐ）、蒸汽、液體及天然（rán）氣的流量（liàng），廣（guǎng）泛（fàn）應用於石油、化工（gōng）、冶金、電力、供熱、供水等領域的過程控（kòng）製（zhì）和測量。如（rú）圖1所示。
輕烴氣流（liú）量計組成部分
圖1輕烴氣流量計組成部（bù）分
1-標準孔板 2-引壓管路 3-三閥組 4-差壓計
二、輕烴（tīng）氣流量計的工作原理
1、測量（liàng）原理（lǐ）
輕烴氣（qì）流量（liàng）計是以相似原理為根據，以實驗數據為基礎的瞬（shùn）時流量計。天然氣輕烴氣流量計基於（yú）流體在通過設置於（yú）流通（tōng）管道上的流動阻（zǔ）力件時產生的壓力差與流體流量之間的確定關（guān）係，通過測量差壓值求得流體流（liú）量。
2、流量方程
如圖2所示，根據流動連續性方程（質量守恒（héng）定（dìng）律）和伯努利方程（能量守恒定（dìng）律），天然氣輕烴氣流量計的流量方（fāng）程為：
輕烴氣流量計的流量方程
公式（1）
式中（zhōng）：Q為體積流（liú）量；β為（wéi）直徑比，β=d/D；d為工作條件下節流件的孔徑；D為工作（zuò）條件下上（shàng）遊管道（dào）內徑；Ao為節（jiē）流件的開孔（kǒng）截麵積； C 為流出係數；ΔP為節流裝置（zhì）前後實際測得的差（chà）壓；p為（wéi）節流裝置上（shàng）遊流體密度；ε為可膨脹係數。
流體流經節流件時壓力（lì）和流速變化情況
圖2 流體流（liú）經節流件時壓力和流速變化情況
3、流（liú）動狀態的要求
輕烴氣流量計的流出係數（shù） C 是在特定的實驗室參比條件下，通過大量的實驗（yàn）數據推導得出（chū）的計算方法。因此，為了保（bǎo）證測量精度（dù），對（duì）於氣流流動狀態（tài）應（yīng）符合如下四條要求：
3.1 流體必須是牛頓流體，在物理（lǐ）學和（hé）熱力學上是均勻的、單相的，或者可（kě）認（rèn）為是（shì）單相的流體。
3.2 流體流動是（shì）穩定流或**間變化不大的緩變流。
3.3 流體必須滿管流，流經節流件前流動應達到充分紊流，流束平行於管道軸線且無旋轉，流經節流件時不發生相變。
3.4 流體（tǐ）通過孔板節流裝置的流（liú）動，必須（xū）保持孔板下遊靜壓與孔板上（shàng）遊靜（jìng）壓之比不（bú）小於0.75，管（guǎn）道雷諾數Re≥5000（角接取壓（yā））和（hé）管道雷諾數Re≥1260β2D（法蘭取壓）。
三、輕烴（tīng）氣流量計不確定度分析
由於存在取壓方式（角接取（qǔ）壓、法（fǎ）蘭取壓）的（de）影（yǐng）響；流量計算假設條件等因素（sù）的影響；孔板加工、安裝等技術要求。輕烴氣流量計的使用和流（liú）量計算必須嚴格遵守規範規定，否則（zé），其流量測量的不確定度無（wú）法計算或誤差較大。
根據天然（rán）氣輕烴氣流量計的流量方程（chéng）（公（gōng）式1）可知，影響流量測量的精度主（zhǔ）要由流出係數C、可膨脹（zhàng）係數、差壓和天然（rán）氣的物性。
1、流出係數不確定度變化
流（liú）出係數C是為了補償任意兩點的摩擦影響所（suǒ）列入的一個經驗係數，它與（yǔ）節（jiē）流件的（de）幾何形狀、取（qǔ）壓位置及（jí）雷諾數等有關，通常由試驗確定。當直管段長度符合（hé）SY/T6143-2004的規定的節流前10D和節流（liú）後4D長的測量管，圓度滿足不大於±0.3%的標準規定，則流出係數不確（què）定度δc/c隻隨β值的不同而不同。此時，當β≤0.6時，則δc/c=±0.6%；當（dāng）β<0.60時，則δc/c=±β%。
2、天然氣可膨脹係數不確定度變化
當所測天然氣流經孔（kǒng）板時（shí），由於流速和壓力的改變而（ér）伴隨著密度的改變（氣（qì）體壓力從P1降為p2，因膨脹而使密度減（jiǎn）小），為適應此（cǐ）種變化以修正因假設密度等於常（cháng）量（liàng）而對流量引起的（de）偏（piān）差，因此（cǐ）必（bì）須加人一個係數，這個係（xì）數被稱為可膨脹係數ε。
輕烴氣流量計公式
公式（2）
對於天然氣而言，可膨脹（zhàng）性（xìng）係數的不確定度（dù）為：δε/ε=±4（Δp/pi）%
它與輕烴氣流量計實測差（chà）壓（yā）Δp成正比，與靜壓p1成（chéng）反比。目前在天然氣計量中差壓值一（yī）般在50000Pa之內，靜壓在1-1OMPa範圍內（nèi），因此 δε/ε*小為±0.00002%，*大為±0.2%或更大。
3、天然氣密度（dù）測量不確定（dìng）度δρ/ρ
密度取值按測量方法的不（bú）同而異，其一為直接密度測（cè）量，由（yóu）密度計直（zhí）接決定其值；天然氣密度（dù）測量的不確定度δρ/ρ*小為±1.013%，*大為±1.571%或更大。
4、差壓P的不確定度
標準SY/T6143—2004中的流量實用公式在（zài）應用能量方程導出過程中，規定測（cè）量管（guǎn）道水平（包（bāo）括上、下遊側的（de）測量管）。因此，其上、下遊取壓口的位置差為零，差壓Δp則是在孔板上、下遊側所規定的取壓口位（wèi）置上量得的靜壓之差。
流（liú）量計差壓公式
公式（3）
式中（zhōng）：ζΔp為差（chà）壓計的精度等級；Δpk為差壓（yā）計的量程；Δpf為預定差壓測量值。
由此可見，當所用差壓計的精度（dù）為0.5級，量程為0~600kpa，預設差壓測景值為300kpa時，對於天然氣孔板（bǎn）流景計，置信概率為95%的（de）測量總不確定度為：
天然氣流量測量的總不確定度（dù），據SY/T6143-2004規定，實際上就是（shì）測量係統的測量值與（yǔ）真值比較，置信概率為95%的準確度，其測量的總不確定度δQn/Qn*小為±0.82%，*大為±4.52%或更大。
四（sì）、輕烴氣流量計使用中的測（cè）量誤（wù）差分析
在實際應用時，對於輕烴氣流（liú）量計如果使用不（bú）當，會造成很大的測量誤差，有時可達（dá）到20%左右。在流量計（jì）的使用中，如何減少其測量誤差，必須考（kǎo）慮（lǜ）流量（liàng）的測量原理和（hé）結（jié）構形式，注（zhù）意使用（yòng）條件和測量對象的物理性質是否與所選用的流量（liàng）計性能（néng）相適應。下麵就其（qí）測（cè）量誤差進行分析：
1、流量（liàng）計算方程（chéng）描述流體是充滿圓管的、充（chōng）分發（fā）展的定常流。若流動狀態真實性無法（fǎ）確定，如果仍按照原有的儀表常數（shù）推算流量，將與實際流量存在誤差。
2、天然氣以甲烷為主加上乙烷和其（qí）他少量的輕烴，真實相對密度小（xiǎo）於或等於0.75。由於被測介質實際特性的不（bú）確定因素，以及實際物性變化影響儀表正常工（gōng）作等對流（liú）量測量的不（bú）確定度產生影響。
3、孔板的結構設計、 加工（gōng）、 裝配（pèi）、安裝、檢驗和使用必須符合標（biāo）準規定的全部技術要求。由於各（gè）個（gè）裝置自身及環境條件因素引起的不確定因素（sù）。
4、孔板安裝不正確
管道水平安裝，如果孔板開孔中心與管道中心線不同心；如果在安裝（zhuāng）過程中存在引（yǐn）壓管堵塞及（jí）墊片等凸出物，則會造成孔板前後壓差測（cè）量不準確，從而造成測量（liàng）誤差。
5、孔（kǒng）板入口（kǒu）邊緣被磨損
在使用中，由於流體的磨蝕作用，使孔板的人口邊緣變鈍，被磨成圓形入（rù）口邊緣。結果是在相同的流量下，孔口收縮係數變大，造成差壓發生變化，造成測量誤差。
6、孔板表（biǎo）麵的結垢
長期使用時，孔板表麵結據，使孔板的流通麵積變小，從而造成差壓增大，使流（liú）量計測量值大（dà）於實際值，影響計量精（jīng）度（dù）。
7、差壓變送器零（líng）點漂移和量程設置不當（dāng）
由於時間（jiān）較長，變送器的零（líng）點會發生漂移（yí），這時差壓變送器的（de）輸人和輸出（chū）信號發生（shēng）變化。若不及時調整，會造成實測流量值偏（piān）低或偏高。
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