华恒仪表

　　在用孔板流量计精确测量和测算瓦斯抽采量的全过程中，发觉孔板流量计计算方法多种多样;指数标值不尽相同;精确测量和测算出的总流量不精确;一些关系式沒有标出所计算的总流量是负荷情况下的量还是标准状态下的量等很多难题。因此，根据对孔板流量计构造、精确测量基本原理、关系式来源于的剖析，寻找有效精确的关系式，回应工作上碰到的难题，有利于实际上运用。那到底孔板流量计流量计算受哪些因素影响呢？
　　影响孔板流量计流量计算因素：
　　孔板流量计公式来源：
　　根据单位质量能量守恒方程有:p1ρ1+12v21+gZ1=p2ρ2+12v22+gZ2(1)流动连续性方程:v2S1ρ1=v2S2ρ2式中:p1、p2分别为截面Ⅰ－Ⅰ和截面Ⅱ－Ⅱ处的绝对压力，Pa;v1、v2分别为截面Ⅰ－Ⅰ和截面Ⅱ－Ⅱ处的平均流速，m/s;ρ1、ρ2分别为截面Ⅰ－Ⅰ和截面Ⅱ－Ⅱ处流体的密度，kg/m3;S1为管道的截面积，
　　S2为流体收缩到最小处的截面积，
　　S0为孔板中心圆孔面积，
　　g为重力加速度，
　　m/s2。对于不可压缩流体，
　　ρ1=ρ2=C(常数)。对于可压缩流体，暂设ρ为常数，推导出流量方程后，再引入膨胀系数。因此，由式(1)可得:p1－p2+12(ρ1v21－ρ2v22)+g(ρ1Z1－ρ2Z2)=0;ρ1v1S1=ρ2v2S2;ρ1=ρ2=ρ;μ=S2S0=d2D2;Z1－Z2=0。所以:p1－p2=12(ρ2v22－ρ1v21);v1=v2μm12ρ(v22－v21)=p1－p2v22－v21=2(p1－p2)ρv2=11－μ2槡m22(p1－p2)槡ρ流体通过截面Ⅱ－Ⅱ的流量为:Q=v2S2=v2μS0Q=μS01－μ2槡m22(p1－p2)槡ρ式中:a为孔板结构特性系数，a=μ1－μ2槡μ为流速收缩系数，
　　μ=S2S0;m为孔板中心圆孔面积与管道面积之比，m=S0S1=d2D2;d为孔板中心圆孔直径，
　　m;D为管道直径，
　　m;Q为流量，
　　m3/s。则:Q=aS02(p1－p2)槡ρ对于可压缩气体，因p2＜p1，所以ρ2＜ρ1，引入膨胀系数，方程式为:Q=εaS02(p1－p2)槡ρ。由于压力对密度影响很小，ρ2与ρ1近似相等。所以对于可压缩流体，膨胀系数ε可以省略。又:S0=πd24，p1－p2=△p所以:Q=aπd242△p槡ρπ槡24ad2△p槡ρQ=1．11ad2△p槡ρ又因:p0V0T0=pVT;M0=M;V0=M0ρ0;V=Mρ式中:p0、V0、T0、ρ0、M0为标准状态下气体的压力、体积、温度、密度和质量;p、V、T、ρ、M为工况状态下气体的压力、体积、温度、密度和质量。p0M0T0ρ0=pMTρρ=T0ρ0pp0T所以工况状态下气体的体积流量计算公式为:
　　设:p3、Q3、T3为常温状态(一个标准大气压，
　　20℃)下的压力、体积、温度;则:p3=p0=101325Pa;T3=273+20=293K。p3Q3T3=pQTQ3=T3pQp3T所以:Q3=T3pQp3TQ3=1．11ad2T3pp3T△pp0TT0ρ0槡pQ3=1．11ad2T3pp0T△pp0TT0ρ0槡pQ3=1．11ad2△pp0TT23p2T0ρ0pp20T槡2Q3=1．11ad2△pT23PT0ρ0p0槡TQ3=1．11ad2△pT3T0槡ρ0T3槡Tpp槡0又因:ρ0=(1－0．00446C)×1．293Q3=1．11ad2△pT3T0槡ρ0T3槡Tpp槡0Q3=1．11ad2△pT3T0(1－0．00446C)×1．槡293T3槡T·pp槡0Q3=1．11ad211槡－0．00446C槡△p·T3T0×1．槡293T3槡Tpp槡0设:b=11－0．00446C;δp=pp槡0=p槡101325;δt=T3槡T=293槡T。所以:Q3=1．11ad2b槡△pT3T0×1．槡293δtδpQ3=1．11×T3T0×1．槡293ad2b槡△pδtδpQ3=1．11×293273槡×1．293ad2b槡△pδtδpQ3=1．01129×ad2b槡△pδtδpm3/sQ3=60．677ad2b槡△pδtδpm3/min设:k=60．677ad2，则:Q3=kb槡△pδtδp(4)上述各式中:Q为常温状态下管道内气体体积流量，m3/min;△p为孔板流量计测出的压差，
　　Pa;C为瓦斯浓度;p为管道内气体的绝对压力，
　　Pa;T为管道内气体的绝对温度，
　　K;k为实际孔板流量特性系数;a为孔板结构特性系数，可查《采矿工程设计手册》中表8－7－69得到;d为孔板中心圆孔直径，m;b为瓦斯浓度校正系数;δp为压力校正系数;δt为温度校正系数。
　　3、常见问题分析：
　　3.1、测压点位置选择不合理：
　　实际应用中和许多书籍中，孔板流量计测压点的位置选择在管道截面Ⅰ－Ⅰ和Ⅱ－Ⅱ处，这是不正确的，应选在截面Ⅱ－Ⅱ和Ⅲ－Ⅲ处。理由如下:
　　从上述公式推导过程可知，孔板流量计计算公式的理论基础是伯努利原理、能量守衡定律、质量守衡定律(运动连续性方程)。流体在管道截面Ⅰ－Ⅰ以前，以一定的速度v1流动，管内静压力为p1。在接近孔板时，由于遇到节流元件孔板的阻挡，靠近管壁处流体的有效流速降低，一部分动压能转换成静压能，静压迅速升高至p'1，大于管道中心处的压力，从而在孔板入口端面处产生径向压差，使流体产生收缩运动。流体在孔板前后突然缩小和扩大，产生局部涡流损耗和摩擦阻力损失，这使得流体流过孔板后，静压不能回复到原来的数值，即孔板前后有静压损失，实际应用证明，瓦斯抽采管路中安装孔板流量计后，会造成很大的瓦斯抽采阻力，p1ρ1+12v21+gZ1≠p2ρ2+12v22+gZ2。所以选用孔板前后截面Ⅰ－Ⅰ和Ⅱ－Ⅱ上的各参数，用来推导孔板流量计计算公式是不正确的，它不符合能量守衡定律。
　　孔板流量计流量计算
　　从上述分析可知，选截面Ⅱ－Ⅱ和Ⅲ－Ⅲ处的各参数，用来推导孔板流量计计算公式，是正确的。因为，截面Ⅱ－Ⅱ和Ⅲ－Ⅲ在节流元件的同一侧，流体从截面Ⅱ－Ⅱ流到截面Ⅲ－Ⅲ，基本没有能量损失，其机械能符合能量守衡定律，完全符合伯努利原理和质量守衡定律。
　　3.2、式(3)作为最终公式进行使用：
　　气体在管道内流动时，管内各截面的压力、体积、温度和密度有一定的对应关系，即:pQT=C;V=Mρ。但在数学推导过程中，由公式p1ρ1+12v21+gZ1=p2ρ2+12v22+gZ2变为p1－p2+12(ρ1v21－ρ2v22)+g(ρ1Z1－ρ2Z2)=0，进而再变为Q=1．11ad2△p槡ρ后，△p已经与Q失去了对应关系，也就是说，通过△p已经不通确定Q是工况状态下的流量还是标准状态下的流量。ρ是工况状态下管道内混合气体的密度，也是唯一1个确定Q状态特性的参数，所以在ρ没有求出之前，式(3)不能做为最终公式进行使用。
　　3．3、把ρ0=(1－0．00446C)×1．293当做ρ：
　　在实际应用中，常会把ρ0=(1－0．00446C)×1．293当做ρ，代入式(3)进行计算，这是不正确的。ρ0=(1－0．00446C)×1．293是标准状态(1个标准大气压，0℃)下混合气体的密度，ρ为工况状态下混合气体的密度，不能混淆。
　　3．4、在很多计算公式中增加g：
　　1)一种是用p1ρ1+12gv21=p2ρ2+12gv22做为能量守衡方程，进行公式推导，此公式来源不明。根据伯努利原理和能量守衡定律有:p1ρ1+12v21+gZ1=p2ρ2+12v22+gZ2，在等高(Z2－Z1=0)情况下，p1ρ1+12v21=p2ρ2+12v22，以此公式为基础，在孔板流量计公式推导过程中不会出现g。
　　2)另一种是k=60．677ad2突然变成k=60．6779．槡8ad2=189．95ad2，而Q=kb△槡pδtδp中△p的单位仍然还是Pa，公式中突然增加槡9．8没有道理。
　　孔板流量计是过程流量检测仪表的一种节流装置，是将标准孔板与多参数差压变送器（或差压变送器、温度变送器及压力变送器）配套组成的高量程比差压流量装置，可测量气体、蒸汽、液体及引的流量，广泛应用于石油、化工、冶金、电力、供热、供水等领域的过程控制和测量。由于其具有悠久的应用历史，在使用中建立了完善的设计、计算、规格、选型数据库表并形成了标准规范。工程设计中孔板作为一种标准的节流元件得到广泛的应用，是工程人员进行流量检测设计的方案。