1 前言
我公司第二套化肥生产装置是以陕甘宁盆地的天然气为原料、年产30万吨合成氨、52万吨尿素的化肥生产装置，第一套化肥生产装置也已于2003年10月份实施改造，由过去以渣油为主要原料改造成以天然气为主要原料，改造后每天消耗天然气约180多万立方米。准确计量天然气流量不仅关系到供需双方进行公平贸易结算，又是关系到我公司进行经济分析、降低运行成本的关键一环，直接影响着本企业的效益，因此天然气计量备受公司重视。
2 我公司天然气计量现状
目前流量计量仪表种类多，计算模型各具特色，如标准孔板流量计、涡街流量计、漩涡流量计、超声流量计等等。其中孔板流量计的主要特点为结构易于复制、简单牢固、性能稳定可靠、使用期限长、价格低廉等，整套流量计由节流装置、差压变送器和流量显示仪（或流量计算机）组成。由于借助于国际上长期的试验研究及实践经验总结，孔板流量计早在20世纪30年代开始实行仪表干校，从而获得了广泛应用，现已成为全世界最主要的天然气流量计（据估计，国外约占60%，国内占90%以上）。目前，我公司天然气流量计量采用的就是孔板流量计。1996年我国制定了天然气行业标准《天然气流量的标准孔板计量方法》（SY/6143-1996），规定了标准孔板的结构形式、技术要求、节流装置的取压方式、使用方法以及给出了流量计算及其不确定度等方面的资料，为天然气流量计量提供了标准依据。孔板计量原理见图1。
如图1所示，流体流经内径为D、截面为F1的圆形管道，节流元件开孔直径为d，截面积为F0，流束收缩到截面积较小处Ⅱ的截面积为F2，在I截面处流速为V1，在Ⅱ截面处流速为V2。现假设：
（1）流体流经I、Ⅱ处密度不变，为常数ρ，且没有粘度；
（2）流体为稳定流动；
（3）管道内壁对流体没有摩擦阻力，且流体流经孔板时为绝热过程，与外界不进行热交换，没有能量损失；
（4）节流元件上、下游管段在同一水平面上。
得到恒密度流体的理论流量方程式（公式推导从略）：
式中：△P-Ⅰ、Ⅱ处流体的绝对静压差；
β -直径比，即d/D；
在实际测量中，只有当推导理论方程式的全部假设条件成立时，才能用理论流量方程，这实际上是不可能的。因此引入流出系数C：
C=真实流量/理论流量
这样便得到真实流量方程式：
对于气体流（或蒸气）要引入膨胀系数ε修正密度引起的偏差，得到气体流量方程式：
（1）
流量方程式中被称为渐近速度系数，用符号E表示，流出系数C与之合并，定义为流量系数，用符号α示，即α=CE
式（1）改写成：
使用方程式（1）计算出的是工作状态下的体积流量。因为气体可压缩，体积流量随压力、温度不同而其数值各异。只有在确定的状态下，体积流量才具有确切的量值，才便于比较气体体积流量的大小。我国在天然气计量中选取的这个确定的状态，亦即标准状态为1个标准物理大气压力（0.101325NPa），20℃（293.15K）。推导实用流量方程，就是将式（1）算出的工作状态下的体积流量换算成标准状态下的体积流量Qn（公式推导从略），这就是天然气孔板流量实用方程：
（2）
式中：Pn、Tn、Zn— 分别表示在标准状态下气体的绝对压力、温度、压缩系数；
T1、Z1— 分别表示在工作状态下孔板上游气体的绝对温度、压缩系数；
R — 气体常数，其值为8.31441×103J/（KgmolK）；
Mk — 千空气相对分子质量，其值为28.96413；
Zkn— 空气在标准状况下的压缩系数，其值为0.99963；
Gr — 气体真实相对密度，Gr=MZkn/MkZn（M—天然气相对分子质量）；
令
式（2）改写成：
式中：Qn— 标准状态下的体积流量（m3/d）；
Ad— 日流量系数；
Fz— 天然气的超压缩系数；
为了减小与供气方在气量计量上的误差，确保我公司经济效益，公司投资50万元，由同一家设计院设计，使我公司天然气计量系统在计量手段、计量原理、计量方法上等与供气方基本一致，为切实保证公司大宗原料计量数据准确，提供了有力保障。
3 计量误差产生原因及解决办法
由于孔板流量计量方法是建立在实验基础上的，在使用这种方法时，必须保持与实验时节流装置的几何相似和流体动力学相似。因此，在实验室可以得到很高的测量准确度，而在使用现场，实际条件往往偏离实验条件，产生较大误差。例如孔板的输出信号为模拟信号，重复性不高，对整套流量计的精确度影响因素多且错综复杂，另外范围度窄、压损大、现场安装条件要求高等，都使得孔板计量精度提高的难度很大，具体分析如下：
3.1 仪器本身产生的误差
（1）孔板入口直角锐利度。
（2）管径尺寸与计算不符。
（3）孔板厚度误差。
（4）节流件附件产生台阶、偏心。
（5）孔板上游端面平度。
（6）环室尺寸产生台阶、偏心。
（7）取压位置。
（8）焊接、焊缝突出。
（9）取压孔加工不规范或堵塞。
（10）节流件不同轴度。
3.2 安装误差
管线布置的偏离，管线布置的偏离造成的安装误差是普遍性的，其产生的主要原因是现场不能满足直管段要求的长度。
3.3 参数测量误差
（1）孔板弯曲（变形）。
（2）上游测量管沉积脏物。
（3）上游端面沉积脏物。
（4）孔板入口直角边缘变钝、破损。
（5）雷诺数范围不符合标准规定。
（6）管道粗糙度影响，管道粗糙度增加，管道粗糙度变化不定。
（7）压力表、温度表等仪表测量过程中及流量计算机中一些参数设定引入的误差。
以上影响计量精度的各项误差，或使流量指示增大，或减小，或不定。有些误差可通过对计量系统日常的精心维护保养来消除，有些则是系统本身误差，无法消除。表1、表2给出了天然气孔板流量计量过程中误差源的主要影响及处理方法。
表1
误差源序号影响量对流量的影响处理方法
节
流
装
置
的
安
装
使
用
1.粗糙度修正；2.更换孔板，使β值安装在0.3～0.5之间，减小对流量的影响；
3.周期检查、清洗； 4.更换为新管。
1.周期检查，更换密封垫；
2.孔板与夹持环间的垫子用尽量薄的青壳纸制作； 3.制作密封垫子时使垫子内径比计量管内径大3mm～5mm。
表2
误差源序号影响量对流量的影响处理方法节
流
装
置
的
安
装
使
用1压力调节不稳，差压同时波动 压力、差压同向-
1.采用先调压后计量流程，同时加强压力调节器维护管理，使之始终正常工作。 2.选大差压、高质量调节器，避免多级调节。
压力、差压反向+2天然气相对密度偏离设计值，未按实测值修正。 不定及时按实测值计算并输入计算机对流数量进行修正。 3差压计静压误差 不定1.更换孔板； 2.改变仪表量程，使仪表工作在测量上限的1/5～4/5之间。 4差压计静压误差不定1.静压误差≤2mm时带静压校准零住；2.静压误差>2mm时更换差压计
5仪表零住漂移 不定1.定期校准零位；2.采用零位漂移小仪表。4 结束语
本文仅从生产实际过程中分析了标准孔板在天然气流量测量中可能的、主要的误差源及处理方法。目前孔板流量测量误差的分析尚有许多未知领域有待人们去探讨。在日常运行中，一方面要求计量管理及操作人员要有较高敬业精神及专业技术素养，强化《天然气流量的标准孔板计量方法》（SY/6143-1996）标准的执行力度，一方面要对这种测量方法的理论和实际有比较透彻的理解，就可能找出各种误差根源，并抓住主要问题给予解决，从而把流量测量误差控制在符合要求的范围内。
参考文献
[1] 天然气流量的标准孔板计量方法.（SY/6143-1996）四川石油管理局。天然气计量管理规定
