孔板計量標(biāo)準(zhǔn)的新研究

時間：2009-3-12閱讀：852

目前，在上仍無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)用于天然氣流量計量，利用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計測量流體流量存在兩個平行標(biāo)準(zhǔn)ISO 5167-1、API 2530 （AGA No.3）。由于通用和專門用于測量天然氣存在一定差異，而給我國制定天然氣孔板計量標(biāo)準(zhǔn)帶來一定困難。但標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計是國內(nèi)外研究的zui早、zui細(xì)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)zui多、使用經(jīng)驗(yàn)zui豐富、標(biāo)準(zhǔn)化程度zui高的計量手段。因此近二十年，歐美的流量計量專家以學(xué)術(shù)研究方式進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究工作，積累了大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了有16376個試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的API+EEC數(shù)據(jù)庫，并逐步取得共同認(rèn)識，統(tǒng)一的流出系數(shù)計算采用API+NEL公式。1998年ISO 5167-1標(biāo)準(zhǔn)修訂補(bǔ)充件已頒布，它主要將流出系數(shù)計算公式用API+NEL公式替代原StoIz公式，并根據(jù)對安裝條件及整流器的進(jìn)一步研究，于1999年3月出版了CD文件，這對GB/T2624-93、AGA No.3報告均有重要影響。API 2530（AGA No.3）于2000年8月發(fā)布了新版本，安裝條件有較大變化，兩個標(biāo)準(zhǔn)均考慮了近20年來的大量數(shù)據(jù)，流出系數(shù)計算公式采用API+NEL公式形式。上兩個標(biāo)準(zhǔn)將逐漸趨于統(tǒng)一，主要技術(shù)要求的文本也將發(fā)至各成員國，這次修訂對國內(nèi)外流量計量有著較大影響，也為我國制定天然氣孔板流量計量的國家標(biāo)準(zhǔn)提供了基礎(chǔ)條件。

為加快我國天然氣計量技術(shù)與慣例接軌，跟上標(biāo)準(zhǔn)的變化，充分利用*標(biāo)準(zhǔn)的成果與經(jīng)驗(yàn)，針對上近幾年來在大規(guī)模試驗(yàn)基礎(chǔ)上上天然氣孔板流量計量標(biāo)準(zhǔn)中流出系數(shù)及安裝條件和直管段長度要求的變化，本文對此進(jìn)行了分析研究，這對我國天然氣計量標(biāo)準(zhǔn)盡快與*標(biāo)準(zhǔn)接軌有著十分重要的意義。

流出系數(shù)的變化分析

ISO 5167、AGA No.3、SY/T6143標(biāo)準(zhǔn)是國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的天然氣流量計量標(biāo)準(zhǔn)，GB/T2624-93等效采用了標(biāo)準(zhǔn)ISO5167-1。經(jīng)過十余年的試驗(yàn)建立起嶄新的數(shù)據(jù)庫，在此數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上用數(shù)理統(tǒng)計方法回歸出新的流出系數(shù)公式——Reader.Harries.GaIIagher公式（RG公式90版），而后API聯(lián)合NEL對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)重新處理，推出API+NEL公式（RG公式98版）。2000年8月頒布的AGA No.3流出系數(shù)計算公式采用90版RG公式，1999年ISO/CD5167文件流出系數(shù)計算公式采用的是98版RG公式。90版、98版RG公式和StoIz公式的表達(dá)式如下：

2. 對于角接取壓，當(dāng)管徑小于DN71.12時，流出系數(shù)C在小β比低雷諾數(shù)時StoIz公式計算的流出系數(shù)C偏小較大，達(dá)1.63%；常用段偏小在0.60%以下；當(dāng)大β比高雷諾數(shù)時StoIz公式計算的流出系數(shù)C有的偏小，有的偏大，正負(fù)交錯在千分級內(nèi)；

3. 對于角接取壓，當(dāng)管徑大于DN71.12時，流出系數(shù)C在小β比低雷諾數(shù)時StoIz公式計算的流出系數(shù)C偏小較小，極限點(diǎn)為0.78%；常用段偏大偏小在千分級內(nèi)，zui大值是偏大0.34%；在大β比高雷諾數(shù)時StoIz公式計算的流出系數(shù)C有的偏小，有的偏大，為正負(fù)交錯，zui大值是偏大0.61%；

4. 對于法蘭取壓，當(dāng)管徑小于DN71.12時，流出系數(shù)C在小β比時StoIz公式計算的流出系數(shù)C偏小，極限點(diǎn)為1.50%；在常用段β=0.5時，在整個雷諾數(shù)范圍內(nèi)偏小0.03%-0.39%以下；當(dāng)大β比高雷諾數(shù)時StoIz公式計算的流出系數(shù)C偏大，極限點(diǎn)為1.07%；

5. 對于法蘭取壓，當(dāng)管徑大于DN71.12時，流出系數(shù)C在小β比低雷諾數(shù)時StoIz公式計算的流出系數(shù)C偏小0.3%左右；常用段偏大偏小在千分級內(nèi)，總的來說偏大0.1%；在大β比高雷諾數(shù)時StoIz公式計算的流出系數(shù)C則偏大1.10%左右。

安裝條件和直管段長度要求的變化和要求

*，正是由于歷史的原因，美國和歐洲各國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安裝條件有較大差別，導(dǎo)致80年代美國對ISO 5167持否定態(tài)度。由于安裝條件是保證節(jié)流式差壓流量計現(xiàn)場測量精度的關(guān)鍵因素，如何科學(xué)地規(guī)定此條件必須進(jìn)行大量的試驗(yàn)才能確定，正是API和EEC近十幾年的試驗(yàn)才使這個問題獲得解決，目前就大量的試驗(yàn)結(jié)果表明，它將導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)孔板安裝要求的*修改。

該項(xiàng)研究雖然涉及到標(biāo)準(zhǔn)孔板本身的技術(shù)及各種類型流動調(diào)整器（整流器）的整流效果內(nèi)容，但是這些試驗(yàn)成果體現(xiàn)在AGA No.3和ISO/CD 5167標(biāo)準(zhǔn)中主要是沒有整流器的安裝要求（見表1與表3）和帶19管管束式整流器的安裝要求（見表2與表4）是很不同的。ISO/CD 5167的安裝要求（表3及表4）與表1、表2基本相同，但對于帶19管管束式整流器的安裝規(guī)定由17D≤A≤29D變?yōu)?8D≤A≤30D時的數(shù)值。另外ISO/CD 5167有較詳細(xì)的阻力件型式，而且對應(yīng)的zui短直管段長度要求略有不同。

表1：AGA No.3標(biāo)準(zhǔn)孔板（不配整流器）上下游直管段長度（以管徑D的倍數(shù)表示）

β值	上游直管段										下游直管段
β值	A	B	C	E	F	G	H	L	M	N	下游直管段
≤0.20	6	10	10	50	19	9	30	17	6	70	2.8
0.30	11	10	12	50	32	9	30	19	6	108	3.0
0.40	16	10	13	50	44	9	30	21	6	145	3.2
0.50	30	30	18	95	44	19	30	25	7	145	3.5
0.60	44	44	30	95	44	29	30	30	9	145	3.9
0.67	44	44	44	95	44	36	44	35	11	145	4.2
0.75	44	44	44	95	44	44	44	44	13	145	4.5
注；表中A表示：1、單個90°彎頭；2、在同一平面上兩個間距S大于30D的90°彎頭；3、在不同平面上的兩個間距S大于15D的90°彎頭。 B 表示：在同一平面上兩間距S不大于10D的90°彎頭。 C 表示：在同一平面上的兩個間距為10D≤S≤30D的彎頭。 E 表示：再不同平面上的兩間距為S≤5D的90°彎頭。 F 表示：再不同平面上的兩間距為5D≤S≤15D的90°彎頭。 G 表示：作為彎頭使用的單個90°三通。 H 表示：1單個45°彎頭、2、在同一平面上的兩間距S大于22D的45°彎頭。 L 表示：開度至少為50%的閘閥。 M 表示：漸縮管或漸擴(kuò)管。 N 表示：任何形式管件及管路布置。

對于角接取壓：L1=L2=0；對于法蘭取壓：L1=L2=25.4/D ；對于D和D/2取壓：L1=1，L2=0.47。

公式（1）為在大規(guī)模試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上用數(shù)理統(tǒng)計方法回歸出的新的流出系數(shù)公式，即98版RG公式，該公式的特點(diǎn)：

a、具有嚴(yán)格的物理基礎(chǔ)，斜率項(xiàng)物理意義更明確，并被分為兩個部分；

b、符合程度甚佳，數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差比其它公式??；

c、公式與現(xiàn)行的API的RG公式僅在常數(shù)及冪上略有不同，因此可保證上孔板流出系數(shù)公式的一致性；

d、與其它公式（如StoIz公式）比較，同樣具有基本部分、取壓部分和管道雷諾數(shù)相關(guān)性部分，并且是由實(shí)驗(yàn)研究的1萬多個由水、油、氣實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合的。較StoIz公式更*、更準(zhǔn)確，更具代表性。

2.90版RG與98版RG公式只是某些參數(shù)有差別，表達(dá)式如下：

對于法蘭取壓，當(dāng)0.0900L1≥0.0390時，0.0900L1取0.0390值。

通過對三個流出系數(shù)公式的計算（省略），得出如下結(jié)論：

1.98板RG公式充分考慮了小口徑管段的計量，以DN71.12為分界點(diǎn)，擬合過后增加了一項(xiàng)小口徑修正項(xiàng)即式（2），而StoIz公式對此未予考慮故計算的流出系數(shù)C均偏小，因此98板RG公式更加符合實(shí)際情況。

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