[摘 要] 民用天然氣小流量計(jì)量，既要流量計(jì)選型準(zhǔn)確，滿足民用氣用氣壓力、流量的要求，又要防止下游私開口造成漏計(jì)的隱患?；诿裼脷庥?jì)量的特點(diǎn)以及管理難度，本文著重介紹了限流孔板的工作原理、計(jì)算方法等，同時(shí)分析了限流孔板在民用氣計(jì)量應(yīng)用的可行性。

  民用天然氣有其自身的用氣特點(diǎn)，如用氣量較小，但日間波動(dòng)較大，用氣壓力較低等，故民用氣計(jì)量多選用量程比寬安裝方便的智能流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量。另一方面，因智能流量計(jì)在超量程后計(jì)量值失真（計(jì)量偏?。┣叶喟惭b在閥室等無(wú)人值守點(diǎn)，亦存在下游私自開口隱患。如何在選定流量計(jì)口徑后，在無(wú)人值守情況下防止下游用戶流量超過(guò)儀表量程范圍且能滿足下游用戶供氣壓力的問(wèn)題，一般采用調(diào)壓閥降壓，采用數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳來(lái)監(jiān)控氣量變化，這不僅提高了經(jīng)濟(jì)成本，也增加了工作強(qiáng)度。若采用限流孔板，即一定工況條件下，在流量計(jì)下游安裝限流孔板，可以達(dá)到降壓和限流的雙重目的。
 
1、限流孔板的設(shè)置：
 限流孔板是非標(biāo)孔板的一種，既可以作為流量測(cè)量元件用來(lái)測(cè)量流量，也可作為節(jié)流元件用于限定流量和降低壓力。
 
1.1、工作原理：
 在圓形截面管安裝一塊端面與管軸線相垂直并帶有圓形穿孔的薄板，當(dāng)天然氣流過(guò)圓孔時(shí)，產(chǎn)生的壓差與流量成正比，但當(dāng)壓差超過(guò)某一數(shù)值（稱為臨界壓差）時(shí)，其流速達(dá)到音速，此時(shí)，無(wú)論壓差如何增加，流經(jīng)孔板的流量（質(zhì)量流量）將維持在一定數(shù)值而不再增加。限流孔板就是根據(jù)這一原理來(lái)限定流體的流量和降低壓力的。

1.2、工藝計(jì)算：
  限流孔板可按開孔數(shù)分為多孔板和單孔板，按板數(shù)分為單板和多板。根據(jù)SLDI 233A25-98 
《管路限流孔板設(shè)置》的規(guī)定：管道公稱直徑小于或等于150 mm的管路，通常采用單孔孔板。我處民用氣計(jì)量均屬此范圍，故僅對(duì)單孔單板的限流孔板進(jìn)行分析。
 
1.2.1、理論基礎(chǔ)：
 氣體的質(zhì)量流量公式為m=ρ•u•A，其中ρ表示氣體密度，u表示氣體速度，A表示限流孔板圓孔直徑。根據(jù)工程流體力學(xué)相關(guān)知識(shí)，用滯止溫度T0、滯止壓強(qiáng)P₀及速度系數(shù)λ來(lái)表示ρ和u，則：

  根據(jù)氣體動(dòng)力學(xué)函數(shù)隨速度系數(shù)的變化規(guī)律（見圖1），可知λ=1時(shí)，q（λ）=1，為***大，此時(shí)馬赫數(shù)M=1，氣體為音速流；又根據(jù)工程流體力學(xué)中對(duì)拉瓦爾噴管管道截面面積變化與馬赫數(shù)的關(guān)系（見圖2），可知?dú)饬鞯膲簭?qiáng)、密度的變化只取決于馬赫數(shù)M，即氣流密度的下降與速度的增加相互抵消^[1]。故當(dāng)氣流速度為音速時(shí)，其流量達(dá)到***大值mmax。

1.2.2、計(jì)算方法：
 在HG/T 20570.15-1995《管路限流孔板的設(shè)置》中，給出了限流孔板在氣體中的計(jì)算公式：W = 4 3 . 7 8 • C • d 0 2 • P ₁ •

  式中：W -流體的質(zhì)量流量，kg/h；C -孔板的流量系數(shù)，（可查取）；d0 -孔板孔徑，m；P₁-孔板前壓力，Pa；P₂ -孔板后壓力或臨界限流壓力，取大值，Pa；M -分子量；Z -壓縮系數(shù)，（可查?。?；T -孔板前流體溫度，K；K -絕熱系數(shù)。
 由上式可知，通過(guò)需要得到的流量、氣體物性以及孔板前后的壓力、溫度等條件，可確定限流孔板的孔徑。反之，也可根據(jù)其他條件來(lái)確定限流孔板后的壓力。
 需注意的是，要使氣體流量限定在某一要求的數(shù)值，必須滿足P₂/P₁≤γc（臨界流率壓力比）=

，其γc既可查取也可計(jì)算。否則，計(jì)算的d0無(wú)效，需改變壓強(qiáng)和管道管徑重新計(jì)算合格為止。當(dāng)滿足要求時(shí)，氣體屬于臨界流動(dòng)，W僅與P₁有關(guān)。
 
HG/T 20570.15-1995未給出絕熱系數(shù)K的計(jì)算公式，其可由下式計(jì)算^[2]：

  式中：K -混合氣體（共n個(gè)組分）的絕熱系數(shù)；C_{pi -i}組分的定壓比熱容，kJ/(kg•k)；M_{i -i}組分的摩爾質(zhì)量，kg/kmol；X_{i -i}組分的體積分?jǐn)?shù)；K_{i -i}組分的絕熱系數(shù)。
也可用下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算K值^[3]：

經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算K值

式中符號(hào)含義同上式。
 比較這兩個(gè)絕熱系數(shù)計(jì)算公式，后式未涉及定壓比熱容和摩爾質(zhì)量，計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單。經(jīng)相關(guān)論證，其計(jì)算誤差在0.1%。
 
2、結(jié)論：
 在選定適合當(dāng)前工況條件的智能流量計(jì)后，為防止下游用氣量增大致使超流量計(jì)范圍而漏計(jì)少計(jì)的隱患，可在流量計(jì)下游直管段外加裝限流孔板。通過(guò)計(jì)算，選用適合孔徑的限流孔板，不僅可限定流量（減少無(wú)人值守點(diǎn)瞬時(shí)超高限流量，防下游私開口等隱患），也可降低下游的壓力（孔板后壓力不小于孔板前壓力的55%，否則應(yīng)設(shè)置多板），因此在輸氣管網(wǎng)小流量計(jì)量控制方面具有理論和實(shí)踐的可行性。