[摘要]在利用孔板流量計(jì)量裝置進(jìn)行煤氣流量計(jì)量時(shí)，管道積水會(huì)改變孔板流量計(jì)量裝置的幾何特性，從而影響流量計(jì)量的準(zhǔn)確性。文章通過分析管道積水對(duì)孔板流量計(jì)流量方程中各參數(shù)的影響，得出管道積水對(duì)流量計(jì)量產(chǎn)生的影響，最后以工業(yè)上某實(shí)際孔板流量計(jì)量裝置定期放水的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作驗(yàn)證。
　　被測(cè)介質(zhì)為濕煤氣的孔板流量計(jì)量裝置運(yùn)行一段時(shí)間后，拆卸孔板時(shí)，會(huì)有水從測(cè)量管道中流出來，有時(shí)孔板上游端面還會(huì)有積水痕跡，說明孔板上游測(cè)量管道中會(huì)有積水。管道積水，會(huì)改變孔板流量計(jì)量裝置的幾何特性，從而影響流量計(jì)量的準(zhǔn)確性。一般，用來測(cè)量濕煤氣的孔板流量計(jì)量裝置建立在地面之上，而城市燃?xì)夤艿婪笤O(shè)于地下，這樣，孔板流量計(jì)量裝置高于城市燃?xì)夤艿�。裝置中，孔板上游測(cè)量管道較長(zhǎng)、煤氣壓力較高，下游測(cè)量管道較短、煤氣壓力較低;孔板上游測(cè)量管道中，煤氣在逼近孔板的.沖擊壓力的影響下，易使孔板上游測(cè)量管道產(chǎn)生積水。下游測(cè)量管道不易產(chǎn)生積水，即使下游產(chǎn)生少量積水，也會(huì)被流動(dòng)的煤氣挾帶進(jìn)入地下城市燃?xì)夤艿乐�。因此，研究管道積水對(duì)流量計(jì)量的影響是十分必要的，從工業(yè)實(shí)際出發(fā)，主要研究孔板上游測(cè)量管道積水對(duì)流量計(jì)量的影響。
1理論基礎(chǔ)
　　標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)是在已知流體狀態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流件尺寸和管道幾何尺寸的條件下，通過測(cè)得流體流經(jīng)孔板時(shí)，在孔板前、后產(chǎn)生的差壓求得流體流量的。該差壓與流量之間有確定的數(shù)值關(guān)系，這關(guān)系即為孔板流量計(jì)的流量方程

　　式中:qy為流經(jīng)孔板流量計(jì)的流體流量，m3/s;d為孔徑，m;C為流出系數(shù)，無量綱;ε為可膨脹系數(shù)，無量綱;β為直徑比，孔徑d與管道內(nèi)徑D之比，即β=d/D，無量綱;Ap為孔板前、后取壓孔處被測(cè)流體的差壓，Pa;ρ為流體密度，kg/m3.
　　孔板流量計(jì)量裝置的測(cè)量特性決定于裝置的幾何特性和流體的流動(dòng)特性日。在流量測(cè)量范圍內(nèi)，一定幾何特性的孔板流量計(jì)量裝置，流量與差壓之間具有.確定的流量關(guān)系式。幾何特性改變，流量關(guān)系隨之改變。
　　孔板流量計(jì)量裝置在測(cè)量濕煤氣流量的實(shí)際應(yīng)用中，測(cè)量管道積水，使管道內(nèi)氣體實(shí)際流通截面積減小，裝置的幾何特性發(fā)生了改變，流量關(guān)系改變。按照安裝時(shí)的流量關(guān)系式得到的計(jì)量流量即流量示值)與實(shí)際流量發(fā)生了偏離。這種偏離，正是所要問題。
2分析研究
2.1管道積水對(duì)流量方程中各參數(shù)的影響
　　由流量方程可見，流量q為d、C、ε、β、△p和ρ等6個(gè)參數(shù)的函數(shù)，其中孔徑d為已知量，受工作.溫度和材料熱膨脹系數(shù)的影響;差壓Δp是孔板流量計(jì)量裝置實(shí)測(cè)量;密度ρ取決于煤氣組分、工作溫度和工作壓力�？梢�，d、Δp和ρ值不受管道積水的影響，不予分析。以下主要分析測(cè)量管道積水對(duì)直徑比β、可膨脹系數(shù)ε和流出系數(shù)C的影響。
　　通過具體計(jì)算，測(cè)量管道積水對(duì)流量方程中用于流量計(jì)算的各參數(shù)產(chǎn)生的影響。已知某孔板流量計(jì)量裝置測(cè)量管道的直徑D為699.31mm，孔徑d為335.382mm。取壓方式為徑距取壓。結(jié)算狀態(tài)為:15.5℃，101.671kPa。該計(jì)量裝置在溫度t為35℃、相對(duì)濕度φ為100%、壓力p為60kPa、差壓Δp為9kPa時(shí)，直徑比β為0.479629，可膨脹系數(shù)ε為0.984971，流出系數(shù)C為0.602500，計(jì)量流量qv為38743m3/h。分析中，以實(shí)際積水高度h與堰高H之比:h/H，表示管道積水高度，其中堰高H=（D-d)/2=181.981mm。
(1)管道積水對(duì)直徑比的影響
　　孔板流量計(jì)量裝置測(cè)量管道中的積水是柔性的，在煤氣壓力的作用下，管道內(nèi)積水面會(huì)發(fā)生一定的彎曲。由于管道內(nèi)煤氣壓力較低，可忽略因氣體壓力而引起的積水面的微小弧度，認(rèn)為積水面為平面。只要積水高度一定即圖1中陰影部分面積一定)，就能確定氣體流通截面積。因此，選用與氣體流通截面積相同面積的圓的直徑作為等效直徑，以積水高度表示管道積水后氣體流通截面積。如圖1為管道截面示意圖，陰影部分為積水。經(jīng)計(jì)算得到管道積水后，等效直徑比β為:

式中:β′為管道積水后，等效直徑比，無量綱;d為孔徑，m;D為測(cè)量管道直徑，m;h為積水高度，m。
公式2)是在測(cè)量管道積水時(shí)，等效直徑比的計(jì)算公式。積水高度與等效直徑比的變化關(guān)系如圖2。
　　圖2可見:當(dāng)積水高度為堰高的10%時(shí)，等效直徑比增大0.3553%;積水高度為堰高的20%時(shí)，等效直徑比增大1.007%;積水高度為堰高的50%時(shí)，等效直徑比增大4.058%。因此，管道積水后，等效直徑比增大;積水高度越高，等效直徑比增大越顯著。

式中:p1、p2為孔板前、后取壓孔處被測(cè)流體的壓力，Pa。

管道積水高度與可膨脹系數(shù)的變化關(guān)系見圖3�？芍�:管道積水使可膨脹系數(shù)減小，并且影響很小。
（3)管道積水對(duì)流出系數(shù)的影響
　　國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料對(duì)于孔板在實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生的偏離標(biāo)準(zhǔn)的程度，皆用流出系數(shù)的偏差來衡量甲。孔板前管道積水會(huì)改變流出系數(shù)目，下面看一下管道積水對(duì)流出系數(shù)的影響。
IS05167-2006推薦流出系數(shù)的計(jì)算公式采用里德-哈利斯/加拉赫公式:4

　　Re,為管道雷諾數(shù)，無量綱;L為孔板上游端面到上游取壓口的距離除以管道直徑得出的商，無量綱;認(rèn)為孔板下游端面到下游取壓口的距離除以管道直徑得出的商，無量綱。
　　計(jì)算管道積水后的實(shí)際流出系數(shù)和實(shí)際流量時(shí)，應(yīng)以等效直徑比β′代替直徑比β、以實(shí)際可膨脹系數(shù)ε′代替可膨脹系數(shù)ε′，可求出管道積水后相應(yīng)的C′和q′V值。如圖4為積水高度對(duì)流出系數(shù)的影響。

　　圖4可見:積水高度為堰高的10%時(shí)，實(shí)際流出系數(shù)增加0.0102%;積水高度為堰高的20%時(shí)，實(shí)際流出系數(shù)增加0.0289%;積水高度為堰高的50%時(shí)，實(shí)際流出系數(shù)增加0.1182%。因此，孔板上游測(cè)量管道積水后，實(shí)際流出系數(shù)增大。積水高度越高，實(shí)際流出系數(shù)增大越顯著，呈現(xiàn)近似正向二次函數(shù)的關(guān)系。
2.2管道積水對(duì)流量計(jì)量的影響
　　在分析了管道積水對(duì)直徑比、可膨脹系數(shù)和流出系數(shù)等參數(shù)的影響之后，來看一看測(cè)量管道積水對(duì)流量計(jì)量的影響。將管道積水后的各參數(shù)實(shí)際值分別代入流量方程，求出管道積水后的實(shí)際流量，并將其與計(jì)量流量流量示值)作比較。
　　圖5為管道積水后，對(duì)于不同的積水高度，實(shí)際流量與計(jì)量流量(流量示值)的關(guān)系。圖中δq=(q′-q)/q×100%，其中:q′為管道積水時(shí)的實(shí)際流量，q為流量示值。

由圖5可見:
(1)測(cè)量管道積水后，實(shí)際流量大于計(jì)量流量流量示值)。也就是說，與實(shí)際流量相比計(jì)量流量偏小。
(2)在計(jì)量流量流量示值)不變的情況下，實(shí)際流量隨管道積水高度的升高而增大。積水高度越高，實(shí)際流量增大越顯著，亦呈現(xiàn)近似正向二次函數(shù)的關(guān)系。當(dāng)積水高度為堰高的10%時(shí)，實(shí)際流量增大0.0492%;積水高度為堰高的20%時(shí)，實(shí)際流量增大0.1395%;積水高度為堰高的50%時(shí)，實(shí)際流量增大0.5912%。.
　　當(dāng)計(jì)量流量為38743m'/h，管道積水高度為堰高的50%時(shí)，實(shí)際流量與計(jì)量流量的偏差為0.5912%，一年以365天計(jì)，實(shí)際流量增大了200m3因此，在貿(mào)易結(jié)算中，管道積水對(duì)流量的影響是不容忽視的。
3實(shí)際數(shù)據(jù)
　　為驗(yàn)證理論計(jì)算結(jié)果，對(duì)某實(shí)際運(yùn)行中的人工煤氣孔板流量計(jì)量裝置定期放水，將放水前、后的計(jì)量流量作對(duì)比。先將由于用氣或供氣量發(fā)生變化，造成有明顯變化或波動(dòng)的流量數(shù)據(jù)予以剔除，對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行工況下，放水前、后計(jì)量流量的變化進(jìn)行分析。表1中所取數(shù)據(jù)為:穩(wěn)定的運(yùn)行工沉下，放水前、后各10min的平均時(shí)流量。
　　由表1可見:在穩(wěn)定的運(yùn)行工況下，放水后計(jì)量流量大于放水前的計(jì)量流量。這表明:測(cè)量管道積水使流量示值小于實(shí)際流量。由于這些數(shù)據(jù)是孔板流量計(jì)量裝置實(shí)際運(yùn)行時(shí)采集的流量數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)或多或少會(huì)受到環(huán)境或用戶的影響，但至少可以說明:測(cè)量管道積水使計(jì)量流量即流量示值)小于實(shí)際流量。

4結(jié)論
　　綜上可知，測(cè)量管道積水會(huì)導(dǎo)致計(jì)量流量流量示值)減小，隨積水高度的升高，計(jì)量流量與實(shí)際流量之間偏離程度增大。貿(mào)易結(jié)算中，管道積水對(duì)流量計(jì)量的影響是不容忽視的。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)特別注意定期排水。由于管道積水對(duì)流量計(jì)量的影響是同一方向的，因此可考慮對(duì)管道積水引入的流量誤差予以修正，假定測(cè)量管道以相同速率積水，根據(jù)排水周期及積水量，對(duì)未來的流量影響值進(jìn)行預(yù)測(cè)或補(bǔ)償。另外，孔板流量計(jì)量裝置適用于單相穩(wěn)定流，基于單相穩(wěn)定流的前提下給出了管道積水對(duì)流量計(jì)量影響的結(jié)論。有時(shí)，管道的積水會(huì)導(dǎo)致氣體流動(dòng)過程中形成脈動(dòng)流，脈動(dòng)流對(duì)流量計(jì)量的影響不在范圍之內(nèi)。

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