利用常壓氣體作為流動介質(zhì)，以流出系數(shù)平均相對誤差、線性度和不確定度為評價指標，通過實流實驗，研究上游組合管件對孔板流量計測量性能的影響。根據(jù)不同的上游阻流件對孔板流量計測量精度的影響進行了實流實驗研究。根據(jù)實驗結(jié)果，為保證相對誤差在可接受范圍，給出對于不同形式的上游組合管件孔板流量計對前直管段長度的建議。

0.引言

根據(jù)海洋平臺上特有的工藝處理模式和安裝習慣，本文分別對中海油 2006 年以后投產(chǎn)的 9 個新建海洋平臺 JZ25-1 CEP、JZ25-1S CEP、JZ25-1S WHPB、BZ26-3WHPA、BZ26-3  WHPB、SZ36-1  CEPK、JX1-1  CEPA、BZ19-4 WHPB、LD32-2 PSP 的三維模型進行了流量計安裝上游的管件形式的整理，發(fā)現(xiàn)在上述平臺上孔板流量計用于對天然氣的計量占 76% ，少數(shù)是用于對消防水和回注水的計量?？偨Y(jié)出 4 種常見的組合阻流件形式，開展上游組合管件對孔板流量計性能影響的研究，主要包括球閥 + 90°彎頭、球閥 + 90°彎頭 + 漸縮管 + 90°彎頭、球閥 + 90°彎頭 + 漸縮管、球閥 + 漸縮管。

1.實驗平臺的設計研究

如圖 1 所示為本文實驗所采用的實驗裝置，此實驗裝置為天津大學過程檢測和控制實驗室的高精度常壓氣體流量實驗裝置。圖中的風機通過外部的變頻器裝置不斷地調(diào)節(jié)風機的風速，從管道入口抽取空氣，為實驗提供穩(wěn)定的空氣流體，通過穩(wěn)壓罐來達到穩(wěn)壓的目的。圖中的渦輪流量計為標準表，空氣流體通過渦輪流量計時，可以測得空氣流體的標準流量。當空氣流體通過孔板流量計時，在流量計的上游和下游會產(chǎn)生壓差，這種壓差可以經(jīng)過高精度的差壓變送器檢測并轉(zhuǎn)化成4 ～ 20 mA 信號，然后通過 16 位的 A / D 轉(zhuǎn)換芯片，將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號送到計算機進行處理，穩(wěn)壓罐上的溫度傳感器將電壓信號轉(zhuǎn)換成對應的溫度信號，送到16 位的模擬量信號采集卡 A / D 芯片進行處理; 同時模擬量信號采集卡 A / D 芯片還對標準表的頻率進行采集。在計算機中安裝實驗標定系統(tǒng)軟件，該軟件是用

VB 進行編寫的，支持多線程實時通信，通過這種軟件，可以在計算機中實現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)的顯示與分析。

下面對實驗裝置中用到的儀器設備的性能參數(shù)進行說明:

標準表采用天津的華水渦輪流量計，測量范圍在25 ～ 1 400 m3 / h 之間，精度為 0． 5% ，重復性為 0． 06% ; 溫度傳感器采用的是昆侖海岸溫度傳感器，精度為0． 1% ; 壓力傳感器為 ＲOSEMOUNT 3051 型號，精度為0． 075% ; 差壓變送器為日本橫河的 EJA110A，可測量的差壓范圍為 0 ～ 10 kPa，精度為 0． 075% ; 模擬量信號采集卡采用的是研華 PCI-1716，精度為 16 位。本次實驗對象選擇了 DN100 孔板流量計。

2.阻流件對孔板流量計測量精度影響的實驗研究

2． 1  孔板流量計的基準實驗

用于孔板流量計的基準實驗的前直管段長 50D，后直管段長 10D，管道內(nèi)流體流動為充分發(fā)展的湍流狀態(tài) 。前期大量文獻表明 前直管段長度達到 50D 時，可以認為流場已經(jīng)充分發(fā)展; 同時，后直管段達到 10D，不會影響孔板流量計流出系數(shù)。阻流件實驗均按照前直管段 50D，后直管段 10D 的直管段為基準進行比較，從而得到流出系數(shù)和流出系數(shù)相對誤差的變化情況。

2． 2 上游阻流件對孔板流量計測量精度影響的實驗研究

2． 2． 1 上游阻流件類型—DN100 球閥 + DN100 單彎頭的實驗研究

上游阻流件類型為 DN100 球閥 + DN100 單彎頭的雷諾數(shù)-流出系數(shù)曲線圖如圖 2 所示，從圖中可以看出，前直管段長度為 50D、30D 的流出系數(shù)與基準實驗極為接近，從 10D 開始，隨著前直管段長度的縮短，流出系數(shù)呈遞減趨勢。

從表 1 可以看出，相對于基準實驗，前直管段長度為 50D 和 30D 時平均相對誤差為正值，其他工況下為負值; 比較而言，50D 較 30D 的平均相對誤差略大，但量值僅差 0． 06% ; 從 30D 開始，隨著直管段長度的縮短，流出系數(shù)的相對誤差呈遞增趨勢，此變化趨勢也可見圖 3 所示。

2． 2． 2 上游阻流件類型—DN150 球閥 + DN150 變 DN100 漸縮管的實驗研究

阻流件類型為 DN150 球閥 + DN150 變 DN100 漸縮管的雷諾數(shù)-流出系數(shù)曲線圖如圖 4 所示，從圖中可以看出，隨著前直管段長度的縮短，流出系數(shù)呈遞減趨勢。

從表 2 可以看出，相對于基準實驗，前直管段長度為 30D、10D 的平均相對誤差為正值，前直管段長度為4D 的平均相對誤差為負值; 從值上看，前直管段長度為 4D 時相對誤差***大，此變化趨勢也可見圖 5所示。

2． 2． 3   上游阻流件類型—DN150 球閥 + 90° 單彎頭+ DN150變 D100 漸縮管的實驗研究

阻流件類型為 DN150 球閥 + 90°單彎頭 + DN150變 DN100 漸縮管的雷諾數(shù)-流出系數(shù)曲線圖如圖 6 所示，從圖中可以看出，隨著前直管段長度的縮短，流出系數(shù)呈遞減趨勢。

從表 3 可以看出，相對于基準實驗，前直管段長度為 50D 和 30D 時平均相對誤差為正值，其他工況下為負值; 前 50D 與前 30D 的平均相對誤差較為接近，從前 30D 開始，縮短前直管段，平均相對誤差呈增大趨勢，此趨勢也可見圖 7 所示。

2.2.4阻流件類型—DN150 球閥 + 90°單彎頭 + DN150變 DN100 漸縮管 + 90°單彎頭的實驗研究

阻流件類型為 DN150 球閥 + 90°單彎頭 + DN150變 DN100 漸縮管 + 90°單彎頭的雷諾數(shù)-流出系數(shù)曲線圖如圖 8 所示，從圖中可以看出，隨著前直管段長度的縮短，流出系數(shù)呈遞減趨勢。

DN100 漸縮管 + 90°單彎頭的雷諾數(shù)-流出系數(shù)曲線

從表 4 可以看出，相對于基準實驗，前直管段長度為 50D 和 30D 時平均相對誤差為正值，其他工況下為負值; 前直管段長度為 50D 與 30D 的平均相對誤差較為接近，從前 30D 開始，縮短前直管段，平均相對誤差整體呈增大趨勢，此趨勢也可見圖 9 所示。

3.結(jié)論

安裝條件的不同對孔板流量計有著很大的影響，根據(jù)不同的安裝條件，對孔板流量計的測量精度的影響進行了實驗研究。研究發(fā)現(xiàn):

1)  當孔板流量計上游存在阻流件時，對于不同形式的阻流件，當后直管段長度不變時，隨著前直管段長度變短，流出系數(shù)相對誤差隨之變大。

從實驗結(jié)果分析，討論的 4 種組合式阻流件情況所需的前直管段長度均比 ISO5167 中規(guī)定的前直管段長度短。說明標準中規(guī)定的比實際應用時更嚴格苛刻，而有了本文的研究數(shù)據(jù)作支撐，以后在實際設計應用時可以適當減小前直管段長度，既保證了精度也節(jié)省了空間。