孔板流量計的測量精度分析
鴻昇提醒您，如果您想了解孔板流量計的測量精度，首先我們來看看孔板流量計的組成部分。希望下面的內(nèi)容能幫到你。
一、孔板流量計的組成
孔板流量計是由標(biāo)準(zhǔn)孔板和差壓變送器組成的差壓流量裝置。它可以測量氣體、蒸汽、液體和天然氣的流量，廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、電力、供熱、供水等領(lǐng)域的過程控制和測量。如圖1所示。
圖1孔板流量計的組成
1-標(biāo)準(zhǔn)孔板2-壓力管道3-三個閥組4-差壓計
二、孔板流量計的工作原理
1.測量原理
孔板流量計是一種基于相似原理和實驗數(shù)據(jù)的瞬時流量計。天然氣孔板流量計基于流體通過設(shè)置在循環(huán)管道上的流阻元件時確定的壓差與流體流量之間的關(guān)系，通過測量壓差值來獲得流體流量。
2.流體運(yùn)動方程
如圖2所示，根據(jù)流量連續(xù)性方程(質(zhì)量守恒定律)和伯努利方程(能量守恒定律)，天然氣孔板流量計的流量方程為:
公式(1)
其中:q為體積流量；β是直徑比，β= d/d；d為工作狀態(tài)下節(jié)流元件的孔徑；d為工作狀態(tài)下上游管道的內(nèi)徑；Ao是孔口的橫截面積；c是流出系數(shù)；δ為節(jié)流裝置前后實測壓差；p是節(jié)流裝置上游的流體密度；ε是膨脹系數(shù)。
圖2流體流經(jīng)節(jié)流元件時壓力和流量的變化
3.流動狀態(tài)的要求
孔板流量計的流量系數(shù)C是在特定的實驗室參考條件下，由大量實驗數(shù)據(jù)推導(dǎo)出來的計算方法。因此，為了保證測量精度，氣流狀態(tài)應(yīng)滿足以下四個要求:
3.1流體必須是牛頓流體，在物理和熱力學(xué)上是均勻單相的，或者可以認(rèn)為是單相流體。
3.2流體流動是穩(wěn)定流動或緩慢變化的流動，隨時間變化很小。
3.3流體必須充滿管道流動。在流過節(jié)流元件之前，流體應(yīng)該是充分湍流的，流束平行于管軸不旋轉(zhuǎn)，流過節(jié)流元件時不發(fā)生相變。
3.4流體通過孔板節(jié)流裝置的流量，孔板下游靜壓與孔板上游靜壓之比必須不小于0.75，管道雷諾數(shù)Re≥5000(轉(zhuǎn)角壓力)，管道雷諾數(shù)Re≥1260β2D(法蘭壓力)。
三?？装辶髁坑嫷牟淮_定度分析
由于受取壓方式的影響(轉(zhuǎn)角取壓和法蘭取壓)；流量計算假設(shè)和其他因素的影響；孔板加工安裝技術(shù)要求?？装辶髁坑嫷氖褂煤土髁坑嬎惚仨殗?yán)格遵守規(guī)范，否則無法計算流量測量的不確定度或誤差較大。
根據(jù)天然氣孔板流量計的流量方程(公式1)，流量測量的精度主要受流出系數(shù)C、膨脹系數(shù)、壓差和天然氣物性的影響。
1.流出系數(shù)的不確定性變化
流出系數(shù)C是為了補(bǔ)償任意兩點的摩擦效應(yīng)而包含的經(jīng)驗系數(shù)。它與節(jié)流元件的幾何形狀、取壓位置和雷諾數(shù)有關(guān)，通常由實驗確定。當(dāng)直管段長度滿足SY/T6143-2004要求，節(jié)流前10天和節(jié)流后4天長度的測量管圓度滿足不大于0.3%的標(biāo)準(zhǔn)要求時，流出系數(shù)的不確定度δc/c只隨β值的不同而變化。此時，當(dāng)β≤0.6時，δc/c = 0.6%；當(dāng)β >: 0.60時，則δ c/c = β%。
2.天然氣膨脹系數(shù)的不確定性變化
當(dāng)被測天然氣流經(jīng)孔板時，由于流量和壓力的變化，密度發(fā)生變化(氣體壓力從P1下降到p2，由于膨脹，密度減小)。為了適應(yīng)這種變化，修正因假設(shè)密度等于常數(shù)而造成的偏差，必須增加一個系數(shù)，稱為膨脹系數(shù)ε。
公式(2)
對于天然氣，膨脹系數(shù)的不確定度為δ ε/ε = 4 (δ p/pi)%。
它與孔板流量計的實測壓差δ p成正比，與靜壓p1成反比。目前在天然氣測量中，差壓一般在50000Pa以內(nèi)，靜壓在1-10 MPa范圍內(nèi)，所以δ ε/ε為0.00002%和0.2%以上。
3.天然氣密度測量的不確定度δρ/ρ
密度的值根據(jù)不同的測量方法而變化。一種是直接密度測量，由密度計直接測定。天然氣密度測量的不確定度δρ/ρ從1.013%到1.571%或更高。
4.壓差P的不確定度
標(biāo)準(zhǔn)SY/T6143—2004中的實用流量公式規(guī)定了能量方程推導(dǎo)過程中測量管(包括上下游側(cè)的測量管)的液位。因此，上游和下游測壓口之間的位置差為零，壓差δ p為孔板上游和下游側(cè)指定測壓口處測得的靜壓之差。
公式(3)
式中:ξδp為差壓計的精度等級；δ PK是差壓計的量程；δpf是預(yù)定的壓差測量值。
因此，當(dāng)所用的差壓計精度為0.5級，量程為0~600kpa，預(yù)設(shè)差壓觀測值為300kpa時，置信概率為95%的天然氣孔板流量計的總測量不確定度為:
根據(jù)SY/T6143-2004，天然氣流量測量的總不確定度實際上是測量系統(tǒng)的測量值與真值比較時95%的準(zhǔn)確度，測量的總不確定度δqn/qn小于0.82%且大于4.52%或更大。
四。孔板流量計在使用中的測量誤差分析
在實際應(yīng)用中，孔板流量計使用不當(dāng)會造成很大的測量誤差，有時可達(dá)20%左右。在流量計的使用中，如何減小其測量誤差，必須考慮流量的測量原理和結(jié)構(gòu)形式，注意使用條件和被測對象的物性是否與所選流量計的性能相適應(yīng)。測量誤差分析如下:
1.流動計算方程描述了流體是充滿圓管的充分發(fā)展的穩(wěn)定流動。如果不能確定流動狀態(tài)的真實性，如果仍按原始儀器常數(shù)計算流量，就會與實際流量產(chǎn)生誤差。
2.天然氣的真實相對密度小于或等于0.75，主要成分為甲烷加上乙烷和其他少量輕烴。流量測量的不確定度受被測介質(zhì)實際特性的不確定因素的影響，以及影響儀表正常運(yùn)行的實際物性的變化。
3.孔板的結(jié)構(gòu)設(shè)計、加工、裝配、安裝、檢驗和使用必須滿足本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的所有技術(shù)要求。每個設(shè)備本身和環(huán)境條件造成的不確定性。
4.孔板安裝不正確。
管道水平安裝，如果孔板的孔中心與管道中心線不同心；如果安裝時有壓管堵塞、墊片等突出物，孔板前后壓差測量會不準(zhǔn)確，造成測量誤差。
5.孔板入口邊緣磨損。
在使用中，由于流體的磨損，孔板的總體邊緣變鈍并研磨成圓形入口邊緣。結(jié)果，在相同的流量下，節(jié)流孔收縮系數(shù)變大，導(dǎo)致壓差的變化和測量誤差。
6.孔板表面結(jié)垢
長時間使用時，孔板表面會使孔板的流通面積減小，導(dǎo)致壓差增大，使流量計的測量值大于實際值，影響測量精度。
7.差壓變送器的零點漂移和量程設(shè)置不當(dāng)
由于時間較長，變送器的零點會發(fā)生漂移，差壓變送器的輸入輸出信號會發(fā)生變化。如果不及時調(diào)整，測得的流量值會偏低或偏高。
本文的內(nèi)容是孔板流量計的測量精度分析。
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標(biāo)簽: 孔板,測量,流量,天然氣,系數(shù),流體,定度,流件,流動,差壓