差压式孔板流量计误差影响因素的研究

1差压式孔板流量计的计量系统工作原理①差压式孔板流量计是根据流体流经过孔板时，流束在
孔板处形成收缩，流速增加，静压力降低，在孔板前后产生差压。

流体流速越大，差压越大，两个压力的压差与流体的流量成正相关的关系。

通过测量差压，计算出流体的流量大小。

这种测量方法是以能量守恒定律和流动连续性方程为基础的。

②差压式孔板流量计系统主要是由一次装置（标准孔板）、二次装置（差压测量仪表）、静压测量仪表、温度测量仪表、信号引线及流体组分分析仪表和流量计算机系统（硬件和软件）组成。

流量计算机系统将流体的不同成分组合，集合测量仪表检测到流体的实时差压、静压、温度等数据，通过变送器转换为4-20mA的标准信号，以及采集流体所有相关的工况数据进行处理，最后以标况体积流量显示出来。

③天然气在标准条件下体积流量计算公式：
q vn=A vn CEd2F GεF z F T P1ΔP
√
Q vn——
—天然气在标准参比条件下的体积流量，m3/s；
A vn——
—体积流量计量系数，取3.1794×10-6；
C——
—流出系数，与节流装置的结构、取压方式、孔口截面积与管道截面积之比、雷诺数Re、孔口边缘锐度、粗糙度有关，在一定的安装条件下，对于给定的节流装置，该值仅与雷诺数Re有关；
E——
—渐进速度系数，E=11-β4
√，β———孔板开孔直径与上游测量管内径之比；
d——
—孔板开孔直径，mm；
F G——
—相对密度系数，F G=1G r√，G r=ρn1.204449，其中G r 为天然气真实相对密度，ρn为天然气真实密度；
ε——
—可膨胀性系数，与孔板前后压力的相对变化量、流体等熵指数、孔口截面积与管道截面积之比等因素有关，用以修正天然气通过孔板时因密度变化而引起的流量变化；
F z—超压缩系数，F z=Z n Z
1
√=，Z n———天然气标准条件下的压缩因子，Z1——
—天然气操作条件下的压缩因子；
F T——
—流动温度系数，F T=293.15T1
√，T1=t1+273.15，t1为
节流装置实测温度，℃；
P1——
—孔板上游侧取压孔气流绝对静压，MPa；
ΔP———气流流经孔板时产生的差压，该压力值为差压变送器在线实时测量，kPa。

2被测介质实际物理性质的影响因素
2.1天然气相对密度对孔板流量计的影响
①天然气相对密度的确定方法有两种：一是用真实相对密度计测量，二是利用气分析仪，分析和计算出天然气的全部组分含量，然后人工输入流量计的计算机系统。

组分对计量结果的影响为：如果轻质成分（如甲烷）含量增加，则天然气密度
差压式孔板流量计误差影响因素的研究Research on the Influencing Factors of Error of Differential Pressure Orifice Flowmeter
孙宁
（重庆燃气集团股份有限公司，重庆400020）
SUN Ning
(Chongqing Gas Group Co.Ltd.,Chongqing400020,China)
【摘要】论文通过对孔板流量计在日常使用中的实践经验进行总结，分析了差压式孔板流量计的各种计量特性、导致计量产生误差的作用机理、影响程度以及应对措施，以便更好地为生产服务。

【Abstract】Through summarizing the practical experience of orifice flowmeter in dailyuse,this paper analyzes various metering characteristics of the differential pressure orifice flowmeter,the mechanism of measurement errors,the degree of influence and countermeasures,so as to better serve the production.
【关键词】差压式孔板流量计；相对密度；压缩因子
【Keywords】differential pressure orifice flowmeter;relative density;compressibilityfactor
【中图分类号】TH814【文献标志码】A【文章编号】1673-1069（2019）07-0153-02
【作者简介】孙宁（1972-），男，江苏南京人，工程师，从事燃气计量
技术应用、仪器仪表管理研究。

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ρn会减小，相对密度相应减小，根据公式q vn=A vn CEd2F GεF z F T P1ΔP
√，相对密度系数F G则减小，计量结果与真实值相比会减小，造成少计量的情况。

②孔板流量计是人工输入气体组分含量来计算天然气相对密度这一中间量的，对于压力变化导致密度变化，通常采取的办法是引入温度、压力补偿予以解决，该补偿实质是补偿因流体温度、压力变化导致的流体密度变化对流量测量结果的影响。

被测管道内天然气各组分含量随时都可能发生变化，对于多气源的集输站更是如此。

如果气体组分含量没有实时更新，那么参与流量计算的天然气相对密度系数F G也不是实时更新的，这也会导致计量出现误差。

2.2天然气压缩因子对孔板流量计的影响
应按照GB/T17747—2011要求，天然气标准参比条件下的压缩因子和操作条件下的压缩因子应计算超压缩系数F z。

当被测天然气的相对密度小于或等于0.75，氮气N2、二氧化碳CO2的摩尔分数小于或等于0.15时，可以直接按照公式F z= Z n
Z1
√计算。

否则，应按照GB/T17747P1ΔP√2011分别计算
Z n和Z1，再按照公式F z=Z n Z
1
√计算出F z[1]。

其准确度可用GB/T21446—2008附录A提供的《超压缩系数F Z值表》进行检验。

严格按照GB/T13609—2017进行天然气气质采样，定期更新气质组分，避免压缩因子计算失当，造成计量准确度产生偏差。

2.3可膨胀系性数对孔板流量计的影响
①可膨胀系性数是气体流经孔板时，因密度产生变化而引入的修正系数，这也是计量产生误差的一个重要来源。

②当天然气流量低于设计流量时，实际的可膨胀系性数低于设计的可膨胀系性数，造成计量结果偏小；反之，计量结果偏大。

③当实际流量与设计流量一致，而静压低于设计压力，实际的可膨胀系性数小于设计的可膨胀系性数，使计量结果偏大；反之，计量结果偏小。

④由于压力及ΔP的变化而引起ε的变化，我们往往对此重视不够。

流体通过节流装置时，节流件上下游产生一定的差压，下游静压降低，出现流束膨胀，流束的膨胀会使差压装置的输出（差压）与输入（流量）关系同不可压缩的流体之间存在一定的偏差[2]。

⑤实际使用中如果不校正这种偏差，将会造成流量严重偏高，可膨胀系性数就是为修正该偏差而引入的变量，其校正方法如下：准确输入各参数，CPU的应用可使通过计算可膨胀系性数的校正系数K实现自动校正：
K=ε1ε
2，ε1——
—可膨胀性系数使用值；ε2——
—可膨胀性系数设计
值。

自动校正后，为保证校正的精度，可人工计算K的应有值
和理论值后进行校验；查阅GB/T2624—2006中的可膨胀系
性数值进行校验。

3孔板对计量结果的影响因素
①根据GB/T21446—2008《用标准孔板流量计测量天然
气流量》要求，孔板应与节流装置前后直管段同轴，避免孔板
偏心，孔板偏心引起的计量误差通常在2%以内。

②直径比β
值（孔板开孔直径/上游测量管内径）愈高，偏心率影响愈大。

β值在0.55时，不确定度最小；β从0.65变化到0.75时，不
确定度几乎成直线上升趋势，可见直径比β值对计量结果的
影响是很大的。

③孔板孔径偏大、流量偏小，造成大孔板测小
流量，使差压值偏小、差压变送器工作在量程的10%以下，继
而产生误差，造成计量气量偏小。

④当孔板入口边缘磨损变
钝、不锐或受腐蚀发生缺口，其结果是：在相同的流量下，孔
口后流体的收缩程度减弱，差压不断降低，造成计量气量偏
小。

⑤孔板表面结垢和污物杂质堆积在孔板上游，会造成差
压信号不准，甚至堵塞孔板前后的取压环室，造成较大的计
量误差。

4在实际工作中常见的问题
①差压变送器长期使用后，零点会发生一定程度的漂移。

正漂移会引起差压变送器输出电流大于4mA，造成计量偏高；
负漂移则引起差压变送器输出电流小于4mA，造成计量偏低。

这两种情况在气温变化较大时常有发生，在实际工作中要定
期进行检查，及时消除零点漂移现象。

②失误操作，如孔板装
反、系统参数输入有误、变送器三阀组操作不当等，都会产生
附加误差。

③用气负荷的变化也会造成孔板流量计出现误差，
如用气负荷降低，使差压变送器在低限运行，会造成计量偏
低；反之，会使差压变送器超限运行，造成计量不准。

5结语
影响差压式孔板流量计计量出现误差的原因非常多，难
以进行综合定量分析。

在天然气流量测量过程中，计量误差是
不可避免的。

使用中，对于差压式孔板流量计的一次装置（标
准孔板）和二次装置（差压、静压、温度、计量参数、计量器具
等）和配套装置的选择、设计、安装和运行，应严格按照相关标
准执行，定期对差压式孔板流量计进行检测、调校、和维护，及
时修正不相符之处，以确保计量仪表的准确度。

【参考文献】
【1】GB/T17747-2011天然气压缩因子的计算[S].
【2】孙江平,戴铮,蔡方明,等.气体的膨胀性对流量测量的影响及对策研
究[J].石油化工自动化,2018,54(05):62-65.
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