用标准孔板流量计测量天然气流量计算实例-2012.pdf

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1、新版SY/T6143《用标准孔板流量计测量天然气流量》介绍材料之二股份公司计量测试研究所2004年3月流经孔板的流体流量基本方程推导1假设a．流体是充满圆管的、充分发展的定常流；b．阻力损失忽略不计，且流体流经孔板时为绝热过程，没有能量损失；c．管道水平安装；d．流体流经孔板的前后，其比容不变。2孔板流量计的流量基本方程推导图1孔板节流原理示意图在孔板前后取断面1和3（如图1所示）。按理第一个断面应取流体未收缩以前处，第二个断面应取孔板后收缩最小处（即断面3处，由于它的截面无法测量，故一般取孔板开孔截面2处）。实际上由于流量大小不同时两个断面位置也

2、是不固定的，因此在制造节流装置时，有意识地把取压孔安排在孔板前后固定的位置上，其误差将通过水力试验校正之。由于取压孔位置的不同，因而才有了所谓的不同取压方式，也就有了不同的校正系数（即不同的流量系数或流出系数）。根据前面假设，在绝热稳定流动过程中，圆管内沿流线水平方向，断面1和断面2上的流体质点之间将遵守下面的能量方程式：222c∫ndp+∫UdU=0(2-1)11式中：C—为了补偿任意两点的摩擦影响所引入的一个经验系数，称为流出系数，它与节流件几何形状、取压位置及雷诺数等有关，通常由试验确定；3ν—平均比容，m/kg；P—静压力，Pa；1U—流体

3、质点的线速度，m/s；2∫ndp—为从点1到点2所测量的压头变化；12∫UdU—为从点1到点2所测量的速头变化。1对式（2-1）积分后得：222-(U2-U1)C(P-P)n=212对上式整理后得：222U-U=2C(P-P)n（2-2）2112又根据连续性方程，通过各截面的体积流量恒等：A1U1=A2U2=qv（2-3）2式中：A1、A2分别为测量管横截面积和孔板开孔面积，m；U1、U2分别为A1、A2处的流速，m/s；3qv为通过测量管的体积流量，m/s。根据式（2-3）可分别求出：U1=qv/A1和U2=qv/A2将U1和U2代入式（2-2）

4、便得到：qv2qv22()-()=2C(P-P)n12AA21qv2{A222()1-()}=2C(P-P)n（2-4）12AA21令：d2d2A2b=,则b=()=DDA12将β代入式（2-4），则可求出孔板开孔面积A2处的流速：22CU=´(2P-P)n24121-b等式两边同时开平方并以平均密度ρ代替平均比容后得：CU=(2P-P)r（2-5）21241-b2根据连续性方程，质量流量有：q=qr=qr=qrmv11v22v根据式（2-3）便有：q=UAr（2-6）m22将式（2-5）代入式（2-6）并令DP=P-P后得：12Cq=·A2DPr

5、（2-7）m241-b令：4a=C/1-b称为流量系数。令：4E=/11-b称为渐近速度系数。故，流出系数C与流量系数α的关系为：C=α/E于是，方程（2-7）可改写为下面形式：p2q=CEd2DPr（2-8）m4对气体而言，在流经孔板时，由于流速和压力的改变而伴随着密度的改变（气体从P1降为P2因膨胀而使密度减小），为适应此种变化以修正因假设密度等于常量而对流量引起的偏差，固此必须加入一个系数，这个系数被称为可膨胀性系数，用符号ε表示，于是式（2-8）可改写为：p2q=CEed2DPr（2-9）m4当以上游条件为测量依据时，上式变为：p2q=CE

6、ed2DPr（2-10）m114q=q/r（2-11）vm1式（2-10），（2-11）为流体流经孔板时的流量基本方程。当流体为液体时，ε1=1；为气体时，ε1＜1。3由真实气体的相对密度求气体的真实密度：根据气体状态方程可导出工况下的密度方程。即：MPg1r=（2-14）1ZRT113式中：ρ1—实际工况下（P1、T1）流动天然气密度，kg/m；3P1—上游取压口流动天然气绝对压力，MPa；T1—上游流动天然气热力学温度，K；Mg—天然气相对分子质量，kg/kg-mol；Z1—实际工况下（P1、T1）天然气的压缩因子；3MPa.mR—通用气体常数

7、，R=0.00831448。kg-mol.k同样，我们也可写出标准状态下的（Pn、Tn）的密度方程：MPgnr=（2-15）nZRTnn3式中：ρn—标准状态下（Pn、Tn）流动天然气密度，kg/m；Pn—标准状态下绝对压力(Pn=0.101325MPa)；Tn—标准状态下热力学温度(Tn=293.15K)；Zn—标准状态下，天然气的压缩因子。其它符号解释同前。同样，对空气亦可写成与式（2-15）相同的形式：MPanr=（2-16）aZRTan3式中：ρa—标准状态下干空气密度，kg/m；Za—标准状态下，干空气的压缩因子(Za=0.99963)；

8、Ma—干空气的相对分子质量(Ma=28.9625)。其它符号同前。天然气真实相对密度定义为：在相同状态下天然气密度与干空气