瓦斯抽采準(zhǔn)確計量是瓦斯抽采達標(biāo)評價的前提。由于抽采環(huán)境極端惡劣，高塵、高濕、高負(fù)壓，多數(shù)瓦斯流量傳感器使用中存在種種問題，常常需要進行現(xiàn)場比對，而孔板流量計是最傳統(tǒng)的現(xiàn)場比對基準(zhǔn)。通過煤礦瓦斯抽采檢測計量儀器的技術(shù)應(yīng)用及研究，在流量傳感器應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)孔板流量計因其結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、操作方便，在煤礦瓦斯抽采檢測計量領(lǐng)域得以普遍應(yīng)用，應(yīng)用其他檢測流量的傳感器時還常常以孔板測量結(jié)果作為基準(zhǔn)[1]。在煤礦瓦斯抽采計量領(lǐng)域，煤礦普遍選擇標(biāo)準(zhǔn)孔板作為瓦斯抽采流量的計量手段，目前多依靠人工定期觀測“U”型差壓計的差壓水柱高度、用光學(xué)瓦檢儀檢測瓦斯?jié)舛�、用“U”型差壓計的差壓水銀柱高度測量負(fù)壓、用氣壓表測量當(dāng)?shù)卮髿鈮�、通過公式人工計算管道瓦斯標(biāo)況流量。但多個用戶因種種原因，并不能正確使用孔板流量計測量瓦斯流量，致使測量結(jié)果誤差特別大，無法與其他測量方式對比，根本不能作為檢測結(jié)果計量瓦斯流量[2-3]。常見問題有孔板選型、孔板制造、孔板安裝位置選取和安裝不符合要求、孔板計算等4類[4]。
1孔板在選型中的問題
　　常見孔板流量計的量程比為1:3～1:4。在此之間的流量值測量正確性相對高。低于測量下限孔板自身誤差和人工讀取誤差加大，高于測量上限，孔板自身誤差加大，同時流體流過孔板的永久壓力損失隨流體的速度平方急劇增大，導(dǎo)致抽采效率降低，能耗加大。人工孔板的理想水柱高差為10～100mm�？装迳�產(chǎn)商常常通過調(diào)整孔板開孔比控制水柱高差范圍[5]。
　　用戶在選擇孔板時，如果不清楚選型原則，將導(dǎo)致要么在孔板的測量下限，要么在孔板測量上限，嚴(yán)重影響計量精度。
　　因此選擇孔板需要根據(jù)檢測的流量大小設(shè)計合適的水柱差壓范圍。煤礦瓦斯抽采水柱差壓一般靠人工觀測，常以mm為分度值，即肉眼能分辨的刻度線為毫米。由于瓦斯抽采流量是隨時波動的，加之玻璃管內(nèi)水柱液面為凹面，所以水柱高差頂多能估讀到小數(shù)點后1位。因此5mm以下的水柱高差應(yīng)避免作為計量依據(jù)。
　　事實上，多個煤礦用戶因選型不當(dāng)，或?qū)嶋H瓦斯抽采量比預(yù)期小得多時，孔板水柱高差在0～1mm，甚至在0.2mm以下，觀測工直接把水柱高差計作1mm。導(dǎo)致誤差特別大。
　　在其他參數(shù)相同前提下，0.5mm水柱高被讀作1mm水柱高的誤差，經(jīng)計算約大實際值41.4％，即：

2孔板制造誤差造成的誤差
　　標(biāo)準(zhǔn)孔板制造尺寸及公差國家有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。煤礦一般選擇的標(biāo)準(zhǔn)孔板由制造商提供。實際上部分制造商在加工孔板時認(rèn)為孔板簡單，煤礦用戶也不具備檢驗和試驗條件，常常尺寸和形位公差控制不嚴(yán)格，也不具備標(biāo)定條件，尺寸超差嚴(yán)重，進口處倒角誤差較大[6]，也能通過驗收，導(dǎo)致制造造成孔板誤差。
3孔板安裝位置選擇造成的誤差
標(biāo)準(zhǔn)孔板安裝有一定的要求[7-8]：
1）直管段要求，按計算書計算出安裝孔板時要求的前后直管段長度，通常為前20D后10D（D是指孔板的通徑）安裝節(jié)流裝置[9-10]。
2）直流件裝置在管道中，其前端面必需與管道軸線垂直，允許的最大不垂直度不得超越±1°。
3）節(jié)流件裝置在管道中后，其開孔必需與管道同心，其允許的最大不同心度ε不得超越：ε≤0.015D（1/β－1）。
4）墊片不能用太厚的材料，最好不超過0.5mm，墊片不能突出管壁內(nèi)，否則會引起很大的測量誤差。
5）調(diào)節(jié)流量用的閥門，應(yīng)裝在節(jié)流件前后最小直管段長度以外�，F(xiàn)場孔板常常因位置狹小，造成前后水平直管段長度滿足不了前20D后10D的要求，閥門的位置距離孔板也不滿足要求。由于井下管道安裝條件差，直流件、節(jié)流件及墊片使用誤差會超過要求。導(dǎo)致孔板測量誤差加大。安裝方式及要求如圖1。

　　實際工作中，由于人工孔板監(jiān)測靠人工每隔一段時間讀數(shù)1次，把每次計算出的數(shù)據(jù)作為這個時間段的平均流量，而實際瓦斯抽采過程中抽采參數(shù)隨時存在波動，1個瞬時流量代表1個波動流量，畢竟存在較大誤差；多個煤礦逐步使用在線流量傳感器連續(xù)監(jiān)測計量瓦斯抽采參數(shù)；考慮到在線流量傳感器也也需要周期校準(zhǔn)，一般仍保留人工孔板流量計做周期比對用。常見有以下2種安裝方式（圖2、圖3）。


　　比較2種布置方式，可以分析出后者存在一定的問題：
1）2種流量檢測方式做對比時必須先做其中1個，后做另外1個，無法做到同步。
2）氣流經(jīng)過的路徑不同，沿程和局部阻力損失不一樣，造成同樣的抽采條件，經(jīng)過2種流量計的流量大小不同。
3）做孔板計量時，只能關(guān)閉在線流量傳感器前端的閥門，在線流量傳感器監(jiān)測流量為0，且持續(xù)1個孔板對比時間，造成抽采量計量損失。
4）需要開閉至少上下2個閥門，增加了現(xiàn)場人員的工作量。
而前者即串聯(lián)式布置，不存在上述問題，因此推薦串聯(lián)布置方式。
4孔板計算
　　孔板計算在煤礦瓦斯抽采檢測領(lǐng)域一直有多個方法，但基本歸結(jié)2大類：
1）MT/T642—1996管道瓦斯抽放綜合參數(shù)測定儀技術(shù)條件規(guī)定了瓦斯抽采標(biāo)準(zhǔn)狀況混合流量計量計算公式為[11]：

　　式中：QH為管道混合氣體流量，m3/min；Kk為孔板系數(shù)，Pa-0.5m3/min；△hk為孔板前后端壓差，Pa；δx為瓦斯?jié)舛刃Ｕ�系�?shù)；δp為壓力校正系數(shù)；δT為溫度校正系數(shù)；x為混合氣體中瓦斯?jié)舛龋�％；pJ為管道內(nèi)氣體絕對壓力，Pa；t為氣體溫度，℃。

　　式中：Qc為標(biāo)況純流量。
　　這是業(yè)內(nèi)通用的計算公式。
2）在很多煤礦用戶，常常使用該公式的簡易公式計算混合流量，如下：

　　采用該公式，如果用于測量常壓下通風(fēng)管路，誤差倒不太大。但是用在瓦斯抽采的負(fù)壓側(cè)，計算出的流量值與實際標(biāo)況流量值偏差將很大。
5案例
案例：某礦地面泵站使用孔板流量計，孔板水柱差壓為225mmH2O（1mmH2O=9.8Pa），管道負(fù)壓為－28.4kPa，濃度23％，溫度18℃；當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?4kPa，管道為DN600，孔板系數(shù)為10.6176。試計算標(biāo)況混合流量和純流量？
計算過程如下：
1）絕壓
pJ＝當(dāng)?shù)卮髿鈮海�管道�?fù)壓＝94－28.4＝65.6kPa
2）壓力修正系數(shù)。

　　以下將壓力、濃度及溫度在流量計算中不修正引起的流量誤差做一匯總（表1）。

　　因此，對于瓦斯抽采用人工孔板計量比對，標(biāo)況流量計算必須考慮壓力、濃度、溫度的修正系數(shù)。
作為在線計量的各種流量傳感器，一般要求流量誤差不大于±3％F.S.。如不對孔板按照標(biāo)準(zhǔn)公式計算，其偏差將動輒在10％以上，將失去對比意義。
6人工對比常見問題
　　煤礦瓦斯抽采計量常常需要對比多種儀器的測量值，以掌握傳感器的運行穩(wěn)定性和精度。
由于瓦斯抽采工況的波動性，對比工作應(yīng)遵循同點同時的原則，即應(yīng)將2種以上傳感器安裝在相近位置，同時進行取樣和對比，才能得到較真實的對比結(jié)果。
　　由于孔板流量計算涉及到壓力和濃度修正，因此應(yīng)準(zhǔn)確測量瓦斯的濃度和壓力。
測量瓦斯?jié)舛瘸Ｒ姷膯栴}有：
1）管道內(nèi)濃度低于10％，卻選擇高濃度光學(xué)瓦斯鑒定器測量，造成測量量程誤差。
2）高負(fù)壓狀態(tài)應(yīng)用抽氣筒多次抽取氣樣，卻用常壓下使用的橡膠吸氣球取氣，造成取樣誤差。
3）差壓較小時，用水銀柱而不是用水柱測量差壓，造成誤差。
4）估計而非測量當(dāng)?shù)卮髿鈮海�計算管道氣體絕壓時形成誤差。
7孔板維護中存在的問題
孔板處于完好狀態(tài)是孔板準(zhǔn)確計量的前提。但現(xiàn)場維護經(jīng)常存在以下幾個問題：
1）孔板系數(shù)因管理不善被記錯誤用。
2）由于瓦斯抽采管道塵大、水大，孔板前端常積水、積塵、積存大量雜物，使得孔板系數(shù)嚴(yán)重失真。
3）孔板一旦安裝，大部分會在井下長期使用�？装逶谕咚怪袎m粒及碎煤屑的長期高速沖刷之下，孔板內(nèi)孔前緣的銳角將會被打磨成圓角，孔板表面的粗糙度將會變大，將會造成孔板系數(shù)顯著變化。但用戶做不到定期在實驗室里重新核定孔板系數(shù)。常用進廠時孔板廠家提供的原始孔板系數(shù)進行計算。
上述情況造成孔板計量流量誤差加大。
8結(jié)語
　　孔板計量瓦斯流量結(jié)構(gòu)簡單，成本低，計量穩(wěn)定；但真正用好，做到長期準(zhǔn)確計量，需要嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范選型、安裝、使用，同時要掌握準(zhǔn)確的孔板系數(shù)，計算必須進行各種修正。管理上必須進行正常維護，定期清理孔板及管道內(nèi)的積塵、雜物，對于容易積水的孔板位置，應(yīng)安裝自動放水器。定期進行孔板系數(shù)的驗證。對于超過一定年限的孔板，應(yīng)及時報廢處理。因此應(yīng)引起瓦斯抽采檢測專業(yè)人員的高度重視。

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