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[摘要]在利用孔板流量計量裝置進(jìn)行煤氣流量計量時，管道積水會改變孔板流量計量裝置的幾何特性，從而影響流量計量的準(zhǔn)確性。文章通過分析管道積水對孔板流量計流量方程中各參數(shù)的影響，得出管道積水對流量計量產(chǎn)生的影響，最后以工業(yè)上某實際孔板流量計量裝置定期放水的實驗數(shù)據(jù)作驗證。
　　被測介質(zhì)為濕煤氣的孔板流量計量裝置運行一段時間后，拆卸孔板時，會有水從測量管道中流出來，有時孔板上游端面還會有積水痕跡，說明孔板上游測量管道中會有積水。管道積水，會改變孔板流量計量裝置的幾何特性，從而影響流量計量的準(zhǔn)確性。一般，用來測量濕煤氣的孔板流量計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，孔板流量計量裝置高于城市燃?xì)夤艿�。裝置中，孔板上游測量管道較長、煤氣壓力較高，下游測量管道較短、煤氣壓力較低;孔板上游測量管道中，煤氣在逼近孔板的.沖擊壓力的影響下，易使孔板上游測量管道產(chǎn)生積水。下游測量管道不易產(chǎn)生積水，即使下游產(chǎn)生少量積水，也會被流動的煤氣挾帶進(jìn)入地下城市燃?xì)夤艿乐�。因此，研究管道積水對流量計量的影響是十分必要的，從工業(yè)實際出發(fā)，主要研究孔板上游測量管道積水對流量計量的影響。
1理論基礎(chǔ)
　　標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計是在已知流體狀態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流件尺寸和管道幾何尺寸的條件下，通過測得流體流經(jīng)孔板時，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)系即為孔板流量計的流量方程

　　式中:qy為流經(jīng)孔板流量計的流體流量，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、后取壓孔處被測流體的差壓，Pa;ρ為流體密度，kg/m3.
　　孔板流量計量裝置的測量特性決定于裝置的幾何特性和流體的流動特性日。在流量測量范圍內(nèi)，一定幾何特性的孔板流量計量裝置，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。
　　孔板流量計量裝置在測量濕煤氣流量的實際應(yīng)用中，測量管道積水，使管道內(nèi)氣體實際流通截面積減小，裝置的幾何特性發(fā)生了改變，流量關(guān)系改變。按照安裝時的流量關(guān)系式得到的計量流量即流量示值)與實際流量發(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是孔板流量計量裝置實測量;密度ρ取決于煤氣組分、工作溫度和工作壓力�？梢姡琩、Δp和ρ值不受管道積水的影響，不予分析。以下主要分析測量管道積水對直徑比β、可膨脹系數(shù)ε和流出系數(shù)C的影響。
　　通過具體計算，測量管道積水對流量方程中用于流量計算的各參數(shù)產(chǎn)生的影響。已知某孔板流量計量裝置測量管道的直徑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。該計量裝置在溫度t為35℃、相對濕度φ為100%、壓力p為60kPa、差壓Δp為9kPa時，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，計量流量qv為38743m3/h。分析中，以實際積水高度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)管道積水對直徑比的影響
　　孔板流量計量裝置測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為測量管道直徑，m;h為積水高度，m。
公式2)是在測量管道積水時，等效直徑比的計算公式。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，等效直徑比增大0.3553%;積水高度為堰高的20%時，等效直徑比增大1.007%;積水高度為堰高的50%時，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)管道積水對流出系數(shù)的影響
　　國內(nèi)外有關(guān)資料對于孔板在實際應(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�？装迩肮艿婪e水會改變流出系數(shù)目，下面看一下管道積水對流出系數(shù)的影響。
IS05167-2006推薦流出系數(shù)的計算公式采用里德-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。
　　計算管道積水后的實際流出系數(shù)和實際流量時，應(yīng)以等效直徑比β′代替直徑比β、以實際可膨脹系數(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為積水高度對流出系數(shù)的影響。

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

由圖5可見:
(1)測量管道積水后，實際流量大于計量流量流量示值)。也就是說，與實際流量相比計量流量偏小。
(2)在計量流量流量示值)不變的情況下，實際流量隨管道積水高度的升高而增大。積水高度越高，實際流量增大越顯著，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，實際流量增大0.0492%;積水高度為堰高的20%時，實際流量增大0.1395%;積水高度為堰高的50%時，實際流量增大0.5912%。.
　　當(dāng)計量流量為38743m'/h，管道積水高度為堰高的50%時，實際流量與計量流量的偏差為0.5912%，一年以365天計，實際流量增大了200m3因此，在貿(mào)易結(jié)算中，管道積水對流量的影響是不容忽視的。
3實際數(shù)據(jù)
　　為驗證理論計算結(jié)果，對某實際運行中的人工煤氣孔板流量計量裝置定期放水，將放水前、后的計量流量作對比。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的流量數(shù)據(jù)予以剔除，對穩(wěn)定運行工況下，放水前、后計量流量的變化進(jìn)行分析。表1中所取數(shù)據(jù)為:穩(wěn)定的運行工沉下，放水前、后各10min的平均時流量。
　　由表1可見:在穩(wěn)定的運行工況下，放水后計量流量大于放水前的計量流量。這表明:測量管道積水使流量示值小于實際流量。由于這些數(shù)據(jù)是孔板流量計量裝置實際運行時采集的流量數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)或多或少會受到環(huán)境或用戶的影響，但至少可以說明:測量管道積水使計量流量即流量示值)小于實際流量。

4結(jié)論
　　綜上可知，測量管道積水會導(dǎo)致計量流量流量示值)減小，隨積水高度的升高，計量流量與實際流量之間偏離程度增大。貿(mào)易結(jié)算中，管道積水對流量計量的影響是不容忽視的。實際應(yīng)用中，應(yīng)特別注意定期排水。由于管道積水對流量計量的影響是同一方向的，因此可考慮對管道積水引入的流量誤差予以修正，假定測量管道以相同速率積水，根據(jù)排水周期及積水量，對未來的流量影響值進(jìn)行預(yù)測或補(bǔ)償。另外，孔板流量計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流量計量影響的結(jié)論。有時，管道的積水會導(dǎo)致氣體流動過程中形成脈動流，脈動流對流量計量的影響不在范圍之內(nèi)。

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