一种提高标准孔板流量计计量精度的方法

　　0　引　言

　　目前,天然气的计量在我国以体积计量为主,并且以孔板差压式流量计作为计量天然气流量的主要手段,具有结构简单、制造容易,安装、使用和维护都很方便,可靠性高的特点。

　　但是,自30年代起广为应用的机械式的双波纹管差压计,由于检测精度低(0.1级)、人工取值、计算烦琐、不能远传、不便管理,后来的差压、压力、温度三笔记录仪方案,也需要人工通过求积仪取值计算,而且记录仪也是机械式的,精度不高(0.5级)。随着微电子技术和计算技术的发展,可以通过采用专用流量计算机或流量计量系统,来克服机械式计量方式以及孔板计量本身的量程比较小、检定周期短、维护环节多、准确度低的弊端,同时也可以尽量减少各种非正常因素对计量精度的影响。

　　下面本文从采用新型变送器、相关参数的在线实时补偿技术/算法、非正常情况的在线补偿三个方面对采用SY/T6143-1996标准进行天然气流量计量时如何提高精度加以论述。并以某天然气配气站计量系统为例加以对比说明。

　　1　测量原理及数学模型

　　天然气流过节流装置时,流束在孔板处形成局部收缩,从而使流速增加,静压力降低,在孔板前后产生压降。气流的速度越大,孔板前后产生的差越大,从而可通过测量压差来衡量天然气流过节流装置的流量大小。天然气标准体积流量计算公式为:

式中Qn—标准状态下天然气体积流量,m3/s

　　As—秒计量系数,视采用计量单位而定

　　C—流出系数

　　E—渐进速度系数

　　d—孔板开孔直径,mm

　　FG—相对密度系数

　　ε—可膨胀性系数

　　FZ—超压缩因子

　　FT—流动温度系数

　　P1—孔板上游侧取压孔气流绝对静压,Mpa

　　△p—气流流经孔板时产生的差压,Pa

　　2　提高精度的方法/算法

　　(1)采用新型变送器

　　传统的机械式(准确度一般为1.5%)差压流量计精度不高,流量与差压信号的平方根成正比例关系。根据标准,如差压精度为1.0%,差压仪表信号为量程的10%,则不确定度为

　　当差压信号小于10%时,不确定度更大。反之,由于微处理器技术引入变送器,测量精度得到了极大的提高。目前的智能变送器(如YOKOGAWA、FISHER-ROSEMOUNT、HONEYWELL等公司)的精度均优于0.1%,经开方后,输出信号4~20mA仍保持在0.1%的精度。按照式(2),在差压仪表信号为量程的10%时,得出的不确定度为

　　显然,采用智能变送器在同等情况下大大降低了不确定度,或在同一不确定度时,大大地延伸了差压信号的使用极限范围。假如仍然保持在3.33%的不确定度的情况下,差压极限范围则可达到满量程的1%。