瓦斯抽采準確計量是瓦斯抽采達標評價的前提。由于抽采環(huán)境極端惡劣，高塵、高濕、高負壓，多數(shù)瓦斯流量傳感器使用中存在種種問題，常常需要進行現(xiàn)場比對，而孔板流量計是***傳統(tǒng)的現(xiàn)場比對基準。通過煤礦瓦斯抽采檢測計量儀器的技術(shù)應用及研究，在流量傳感器應用過程中，發(fā)現(xiàn)孔板流量計因其結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、操作方便，在煤礦瓦斯抽采檢測計量領(lǐng)域得以普遍應用，應用其他檢測流量的傳感器時還常常以孔板測量結(jié)果作為基準[1]。在煤礦瓦斯抽采計量領(lǐng)域，煤礦普遍選擇標準孔板作為瓦斯抽采流量的計量手段，目前多依靠人工定期觀測“U”型差壓計的差壓水柱高度、用光學瓦檢儀檢測瓦斯?jié)舛取⒂?ldquo;U”型差壓計的差壓水銀柱高度測量負壓、用氣壓表測量當?shù)卮髿鈮骸⑼ㄟ^公式人工計算管道瓦斯標況流量。但多個用戶因種種原因，并不能正確使用華云孔板流量計測量瓦斯流量，致使測量結(jié)果誤差特別大，無法與其他測量方式對比，根本不能作為檢測結(jié)果計量瓦斯流量。常見問題有孔板選型、孔板制造、孔板安裝位置選取和安裝不符合要求、孔板計算等4類[4]。

 

1孔板在選型中的問題

        常見孔板流量計的量程比為1∶3～1∶4。在此之間的流量值測量準確性相對高。低于測量下限孔板自身誤差和人工讀取誤差加大，高于測量上限，孔板自身誤差加大，同時流體流過孔板的壓力損失隨流體的速度平方急劇增大，導致抽采效率降低，能耗加大。人工孔板的理想水柱高差為10～100mm?？装迳a(chǎn)商常常通過調(diào)整孔板開孔比控制水柱高差范圍。用戶在選擇孔板時，如果不清楚選型原則，將導致要么在孔板的測量下限，要么在孔板測量上限，嚴重影響計量準確度。因此選擇孔板需要根據(jù)檢測的流量大小設(shè)計合適的水柱差壓范圍。煤礦瓦斯抽采水柱差壓一般靠人工觀測，常以mm為分度值，即肉眼能分辨的刻度線為毫米。由于瓦斯抽采流量是隨時波動的，加之玻璃管內(nèi)水柱液面為凹面，所以水柱高差頂多能估讀到小數(shù)點后1位。因此5mm以下的水柱高差應避免作為計量依據(jù)。

 

        事實上，多個煤礦用戶因選型不當，或?qū)嶋H瓦斯抽采量比預期小得多時，孔板水柱高差在0～1mm，甚至在0．2mm以下，觀測工直接把水柱高差計作1mm。導致誤差特別大。在其他參數(shù)相同前提下，0．5mm水柱高被讀作1mm水柱高的誤差，經(jīng)計算約大實際值41．4％，即：

2孔板制造誤差造成的誤差

        標準孔板制造尺寸及公差有相應的標準。煤礦一般選擇的標準孔板由制造商提供。實際上部分制造商在加工孔板時認為孔板簡單，煤礦用戶也不具備檢驗和試驗條件，常常尺寸和形位公差控制不嚴格，也不具備標定條件，尺寸超差嚴重，進口處倒角誤差較大，也能通過驗收，導致制造造成孔板誤差。

 

3孔板安裝位置選擇造成的誤差

        標準孔板安裝有一定的要求：

        1）直管段要求，按計算書計算出安裝孔板時要求的前后直管段長度，通常為前20D后10D（D是指孔板的通徑）安裝節(jié)流裝置[9-10]。

        2）直流件裝置在管道中，其前端面必需與管道軸線垂直，允許的***大不垂直度不得超越±1°。

        3）節(jié)流件裝置在管道中后，其開孔必需與管道同心，其允許的***大不同心度ε不得超越：ε≤0．015D（1/β－1）。

        4）墊片不能用太厚的材料，***好不超過0．5mm，墊片不能突出管壁內(nèi)，否則會引起很大的測量誤差。

        5）調(diào)節(jié)流量用的閥門，應裝在節(jié)流件前后***小直管段長度以外。

 

        現(xiàn)場孔板常常因位置狹小，造成前后水平直管段長度滿足不了前20D后10D的要求，閥門的位置距離孔板也不滿足要求。由于井下管道安裝條件差，直流件、節(jié)流件及墊片使用誤差會超過要求。導致孔板測量誤差加大。安裝方式及要求如圖1。

 

        實際工作中，由于人工孔板監(jiān)測靠人工每隔一段時間讀數(shù)1次，把每次計算出的數(shù)據(jù)作為這個時間段的平均流量，而實際瓦斯抽采過程中抽采參數(shù)隨時存在波動，1個瞬時流量代表1個波動流量，畢竟存在較大誤差；多個煤礦逐步使用在線流量傳感器連續(xù)監(jiān)測計量瓦斯抽采參數(shù)；考慮到在線流量傳感器也也需要周期校準，一般仍保留人工孔板流量計做周期比對用。常見有以下2種安裝方式（圖2、圖3）。

 

        比較2種布置方式，可以分析出后者存在一定的問題：

        1）2種流量檢測方式做對比時必須先做其中1個，后做另外1個，無法做到同步。

        2）氣流經(jīng)過的路徑不同，沿程和局部阻力損失不一樣，造成同樣的抽采條件，經(jīng)過2種流量計的流量大小不同。

        3）做孔板計量時，只能關(guān)閉在線流量傳感器前端的閥門，在線流量傳感器監(jiān)測流量為0，且持續(xù)1個孔板對比時間，造成抽采量計量損失。

        4）需要開閉至少上下2個閥門，增加了現(xiàn)場人員的工作量。而前者即串聯(lián)式布置，不存在上述問題，因此串聯(lián)布置方式。

 

4孔板計算

        孔板計算在煤礦瓦斯抽采檢測領(lǐng)域一直有多個方法，但基本歸結(jié)2大類：

        1）MT/T642—1996管道瓦斯抽放綜合參數(shù)測定儀技術(shù)條件規(guī)定了瓦斯抽采標準狀況混合流量計量計算公式為：

         

        式中：QH為管道混合氣體流量，m3/min；Kk為孔板系數(shù)，Pa－0．5m3/min；△hk為孔板前后端壓差，Pa；δx為瓦斯?jié)舛刃Ｕ禂?shù)；δp為壓力校正系數(shù)；δT為溫度校正系數(shù)；x為混合氣體中瓦斯?jié)舛?，％；pJ為管道內(nèi)氣體壓力，Pa；t為氣體溫度，℃。

       

        式中：Qc為標況純流量。這是業(yè)內(nèi)通用的計算公式。

 

        2）在很多煤礦用戶，常常使用該公式的簡易公式計算混合流量，如下：

       

        采用該公式，如果用于測量常壓下通風管路，誤差倒不太大。但是用在瓦斯抽采的負壓側(cè)，計算出的流量值與實際標況流量值偏差將很大。

 

5案例

        案例：某礦地面泵站使用孔板流量計，孔板水柱差壓為225mmH2O（1mmH2O=9.8Pa），管道負壓為－28．4kPa，濃度23％，溫度18℃；當?shù)卮髿鈮簽?4kPa，管道為DN600，孔板系數(shù)為10．6176。試計算標況混合流量和純流量？

計算過程如下：

        1）絕壓。

        Pj＝當?shù)卮髿鈮海艿镭搲海?4－28．4＝65．6kPa

        2）壓力修正系數(shù)。

       

        3）濃度修正系數(shù)。

       

        4）溫度修正系數(shù)。

       

        5）標況混合流量。

       

        6）標況純流量。

       

        如按照簡易公式計算得到的流量值：

        

        與標況流量的誤差為：

        

        以下將壓力、濃度及溫度在流量計算中不修正引起的流量誤差做一匯總（表 1）。

        因此，對于瓦斯抽采用人工孔板計量比對，標況流量計算必須考慮壓力、濃度、溫度的修正系數(shù)。作為在線計量的各種流量傳感器，一般要求流量誤差不大于±3％F．S．。如不對孔板按照標準公式計算，其偏差將動輒在 10％以上，將失去對比意義。

 

6 人工對比常見問題

        煤礦瓦斯抽采計量常常需要對比多種儀器的測量值，以掌握傳感器的運行穩(wěn)定性和準確性。由于瓦斯抽采工況的波動性，對比工作應遵循同點同時的原則，即應將 2 種以上傳感器安裝在相近位置，同時進行取樣和對比，才能得到較真實的對比結(jié)果。

 

由于孔板流量計算涉及到壓力和濃度修正，因此應準確測量瓦斯的濃度和壓力。測量瓦斯?jié)舛瘸Ｒ姷膯栴}有：

        1）管道內(nèi)濃度低于 10％，卻選擇高濃度光學瓦斯鑒定器測量，造成測量量程誤差。

        2）高負壓狀態(tài)應用抽氣筒多次抽取氣樣，卻用常壓下使用的橡膠吸氣球取氣，造成取樣誤差。

        3）差壓較小時，用水銀柱而不是用水柱測量差壓，造成誤差。

        4）估計而非測量當?shù)卮髿鈮海嬎愎艿罋怏w絕壓時形成誤差。

 

7 孔板維護中存在的問題

孔板處于完好狀態(tài)是孔板準確計量的前提。但現(xiàn)場維護經(jīng)常存在以下幾個問題：

        1）孔板系數(shù)因管理不善被記錯誤用。

        2）由于瓦斯抽采管道塵大、水大，孔板前端常積水、積塵、積存大量雜物，使得孔板系數(shù)嚴重失真。

        3）孔板一旦安裝，大部分會在井下長期使用。

 

        孔板在瓦斯中塵粒及碎煤屑的長期高速沖刷之下，孔板內(nèi)孔前緣的銳角將會被打磨成圓角，孔板表面的粗糙度將會變大，將會造成孔板系數(shù)顯著變化。但用戶做不到定期在實驗室里重新核定孔板系數(shù)。常用進廠時孔板廠家華云儀表提供的原始孔板系數(shù)進行計算。上述情況造成孔板計量流量誤差加大。

   1 孔板差壓流量計工作原理

標準節(jié)流孔板是測量流量的差壓發(fā)生的節(jié)流裝置，配合各種差壓計或變送器可測量各種流體的流量。節(jié)流孔板流量計節(jié)流裝置包括環(huán)室節(jié)流孔板，噴嘴等，結(jié)構(gòu)見圖1。節(jié)流孔板流量計節(jié)流元件與變送器配合使用可測量液體、蒸汽、氣體的流量，孔板流量計在電力石油冶金化工、輕工等部門使用。工藝管道內(nèi)裝有一個孔板節(jié)流裝置，管道內(nèi)徑要遠大于孔板的孔徑，被測介質(zhì)經(jīng)過孔板節(jié)流裝置時通道突然縮小，即流束變小，流速變快，介質(zhì)在孔板后的靜壓降低，在孔板上、下游兩側(cè)產(chǎn)生靜壓力差（差壓）。

圖1 標準節(jié)流孔板結(jié)構(gòu)

2 標準孔板流量計的簡單分析和安裝注意事項

孔板流量計它較為直觀易維護等特點，在企業(yè)生產(chǎn)的一般過程控制中測流量的儀表會選擇孔板流量計。差壓式流量計是根據(jù)流動連續(xù)性原理和伯努利方程可以推導出差壓與流量之間的關(guān)系而求得流量。差壓與流量的平方成正比。流體在管道中通過孔板流量計產(chǎn)生壓差，孔板流量計測流量根據(jù)質(zhì)量流量，體積流量，流量系數(shù)，流束膨脹系數(shù)，孔板開孔截面積，孔板前后壓差，介質(zhì)密度等之間的關(guān)系計算出來的。

2.1 和其他的流量計比孔板流量計的長處

（1）孔板式流量計價格低廉，結(jié)構(gòu)簡單牢固，其性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長；

（2）其他類的流量計沒有孔板式流量計應用廣泛；

（3）節(jié)流元件與變送器、顯示儀表能夠由不同廠家生產(chǎn)。

2.2 缺點

（1）范圍度窄，一般僅3：1～4：1

（2）現(xiàn)場安裝條件要求高

（3）測量精度普遍偏低

（4）壓損大（指孔板、噴嘴等）

3 差壓式孔板流量計的正常使用條件

（1）工藝介質(zhì)要持續(xù)的通過孔板流量計而且要充滿導壓管管，否則流量將無法測量。例如棒磨機給水流量無指示，儀表工到現(xiàn)場檢查變送器打開排污有少量水流出，認為是導壓管堵塞了，用氮氣吹，發(fā)現(xiàn)是通的，仔細檢查后發(fā)現(xiàn)節(jié)流元件安裝在靠近出水口附近（常壓），而且管道又再高處（距地面11m）水沒有充滿工藝管道。建議把孔板流量計移位，后來把孔板移到距地面7米左右的橫管段，這時水能滿管流量指示正常。

（2）被測介質(zhì)在物理上和熱力學上必須是均勻的單相流體。

（3）被測介質(zhì)流經(jīng)節(jié)流裝置時不得發(fā)生相變；即使導壓管內(nèi)發(fā)生相變也不行。

（4）節(jié)流裝置所測得被測介質(zhì)必須是穩(wěn)定流，或被測介質(zhì)是穩(wěn)定的緩慢變化的，不適用于脈動流和臨界的流量測量。

（5）流束應與管道平行，不得有旋轉(zhuǎn)流。

4 節(jié)流裝置的安裝

（1）節(jié)流元件與管道的中心線應盡可能垂直。

（2）節(jié)流元件孔板的中心線應該和工藝管道的中心線重合。

（3）節(jié)流裝置上下游側(cè)直管段長度的確定原則是：當施工圖設(shè)計有明確規(guī)定時，應當按照設(shè)計規(guī)定執(zhí)行；當施工圖設(shè)計無具體規(guī)定，可按照節(jié)流件前后的直管段必需是直的，不得有肉眼可見的彎曲而且應該是潤滑的，如不潤滑，流量系數(shù)應乘以粗糙度修正系數(shù)?？装迩耙笥?0倍直徑長度的直管段，孔板后要求有5倍直徑的長度的直管段實施。

（4）安裝在垂直管道上的標準節(jié)流裝置的取壓口位置要取在方便檢修的方向上并且不得妨礙其他設(shè)備的檢修和工藝的操作；在水平管道節(jié)流裝置裝的取壓口的位置氣體垂直向上兩邊45°以內(nèi)。

液體水平向下45°，蒸汽水平向上45°。特殊情況下可以不按這樣取壓。例如灰水流量取壓口可以不去水平向下45°，可以垂直向上取，這樣一些固體雜質(zhì)不容易沉淀到導壓管里照成堵塞，安裝圖見圖2。

圖2 安裝圖

（5）被測介質(zhì)有腐蝕性的話就得用耐腐蝕性的材料制造導壓管，并且導壓管壓力等級要達到要求，普通介質(zhì)導壓管的傾斜度要大于等于1：12，測粘度高流體的流量時要加大導壓管的傾斜度要；導壓管的內(nèi)徑不要小于6mm，zui好它的長度在16m之內(nèi)。導壓管的長度要盡可能的短，當現(xiàn)場條件不允許近距離安裝實際安裝當長度大于30m時，要分段敷設(shè)，并在各zui高點安裝排氣閥，集氣器；各zui低點安裝排污閥，沉降器；正、負壓導壓管高度應該同樣高，而且盡可能靠近敷設(shè)，易結(jié)晶或水等介質(zhì)還需要配伴熱保溫。

（6）為防止運行時管內(nèi)金屬屑、氧化物、焊渣等損壞節(jié)流件，節(jié)流裝置安裝前管道一定要用高壓蒸汽嚴格沖洗。

（7）不能用硬物擦試節(jié)流裝置表面以免損傷節(jié)流元件。（8）為了不影響精度，吊裝節(jié)流裝置時，鋼絲、鐵絲、吊鉤等物件不能穿入節(jié)流元件喉部孔徑，以防止節(jié)流元件坡口損傷。

標準孔板流量計是將標準孔板與多參數(shù)差壓變送器(或差壓變送器、溫度變送器及壓力變送器)配套組成的高量程比差壓流量裝置，可測量氣體、蒸汽、液體及天然氣的流量，廣泛應用于石油、化工、冶金、電力、供熱、供水等領(lǐng)域的過程控制和測量。 
　　在流量和蒸汽測量中孔板流量計是較為常用的流量計，廣受市場上的好評，首次使用孔板流量計的企業(yè)中有很多對孔板流量計如何安裝以及調(diào)試還比較陌生，下面我對孔板流量計的安裝要求及如何調(diào)試做簡要的介紹，希望對大家有所幫助。 
一、孔板流量計安裝基本要求： 
(1)對于新設(shè)管路系統(tǒng)，必須先經(jīng)掃線后再安裝標準孔板，以防管內(nèi)雜物堵塞或損傷標準孔板。
(2)安裝前應仔細核對標準孔板的編號、位號、規(guī)格是否與管道情況、流量范圍等參數(shù)相符。在取壓口附近標有“+”的一端應與流體上游管段聯(lián)接，標有“—”的一端應與流體下游管段聯(lián)接。
(3)標準孔板的中心線應當與管道中心線同軸。 
二、孔板流量計的安裝對管道的要求： 

(1)孔板流量計安裝時應配有一段測量管,至少保持前10DN、后5DN的等徑直管段，以提高測量精度。
(2)在孔板流量計前后若需安裝閥門，***好選閘閥且在運行中全開；調(diào)節(jié)閥則應在下游5DN之后的管路中。
(3)引壓管路的內(nèi)徑與管路長度和介質(zhì)臟污程度有關(guān)，通常在45米以內(nèi)用內(nèi)徑為8-12mm的管子。
(4)測量液體流量時引壓管水平段應在同一水平面內(nèi)。若是在垂直管道上安裝節(jié)流件，引壓短管之間相距一定的距離(垂線方向)，這對差壓變送器的零點有影響，應通過“零點遷移”來校正。
(5)引壓管路應有牢固的支架托承，兩根取壓管路應盡可能互相*近并遠離熱源或震動源，測量水蒸汽流量時，應用保溫材料一同包扎，必須時(如氣溫0℃以下)加伴熱管防止結(jié)冰。在測量臟污流量時，應附設(shè)隔離器或沉降器。
(6)引壓管路內(nèi)必須始終保持單相流體狀態(tài)。被測流體是氣體時，引壓管路(包括差壓計的壓力腔)內(nèi)全部是氣相；被測流體是液體時，引壓管路內(nèi)全部是液相，不能有氣泡。為此應在引壓管路的較低點裝排水閥或在***高點裝排氣閥，在新裝或檢修差壓變送器時時應特別注意。 
三、孔板流量計調(diào)試方法： 
(1)接上信號線、電源線
(2)開啟進口、出口閥門，進出口閥門開度要一致
(3)打開不銹鋼三閥組平衡閥，緩慢開啟孔板高低壓端的閥門，待流體通過流量計后關(guān)閉不銹鋼三閥組平衡閥即可。

8 結(jié) 語

        孔板計量瓦斯流量結(jié)構(gòu)簡單，成本低，計量穩(wěn)定；但真正用好，做到長期準確計量，需要嚴格按照技術(shù)規(guī)范選型、安裝、使用，同時要掌握準確的孔板系數(shù)，計算必須進行各種修正。管理上必須進行正常維護，定期清理孔板及管道內(nèi)的積塵、雜物，對于容易積水的孔板位置，應安裝自動放水器。定期進行孔板系數(shù)的驗證。對于超過一定年限的孔板，應及時報廢處理。因此應引起瓦斯抽采檢測專業(yè)人員的高度重視。