浅析孔板流量计在油田天然气计量上的应用
在分析孔板流量计类型的基础上，探讨了孔板流量计的工作原理，并重点就孔板流量计的选型和安装中需要注意的问题进行分析，并就其中存在的问题进行分析，***后提出有效的解决方法，希望对于进一步应用孔板流量计具有一定意义。
引 言
就当前的流量计量仪表的应用情况来说，孔板流量计则是用途***为广泛的一种，其可以用来测量相应的所用单相流体。其应用的历史也比较长，在大量的试验过程中，积累了丰富的统计数据以及宝贵的经验，通过有效的干标的方法，能够有效保证流量计的计量精度，这个特点具有一定的特点。经过笔者的多年应用实践证明，经过多种流量计的应用对比，孔板流量计具有较为可靠的工作性能。针对天然气计量的相应领域，孔板流量计应用非常多，一般情况下，针对长输管道、油气田的天然气交接中的计量情况下，都是采用孔板流量计进行有效的计量，截至目前，已经具备较为完善的大量应用经验，值得进一步进行总结和思考。
1.孔板流量计类型
当前使用的孔板流量计一次装置来说，主要包括两个方面的形式：①利用简易孔板而形成的节流装置；②孔板阀。对于简易孔板节流装置来说，并不存在一定的孔板升降机构，在进行孔板的检查和更换过程中，则应该保证停止介质输送的情况下进行，具有造价低且结构简单的特点；对于孔板阀来说，比简易孔板截流的精度要高一些，可以实现在不停止生产的情况下进行孔板的检查、维修和更换操作，能够实现在线操作，流量计中存在孔板升降机构，能够有效进行在线的孔板检查工作，更换操作方便。
2.工作原理
在一定的工况要求下，流动的流体能够相互转化自身的静压能和动能，同时，还能有效利用上述关系进行流体流量的测量工作。当介质流过管道中的孔板位置时，遇到突然缩小的截面情况，这种缩小的流通面积能够让流束产生一定的局部收缩情况，造成流速进一步加快，静压力而有所降低，这样就会使得压力差在孔板前后出现。根据一定的函数关系，对于此压差进行测量，就可以计算得出流量值。根据流体连续性原理以及能量守恒定律，可以得到节流装置的运动、能量方程如下：
式中：Q-体积流量，单位为 m3/s；M-质量流量，单位为 kg/s；F0 -节流装置的开孔面积，单位为 m2；ε -流量膨胀系数；α -流量系数；ρ1 -流体经过节流元件之前的密度，单位为 kg/m3；△p=p1 -p2 ，为经过节流件的前后压力差，单位为 Pa。
经过上式，可以看出，天然气经过节流孔板的情况下，质量、体积流量和产生的平方根所成正比关系，在此原理的基础上，可以对于孔板前后的差压利用孔板流量测量，经过一定的函数关系换算，可以得到天然气的流量。
3.孔板流量计的选型和安装思考
3.1孔板流量计的选型
所谓的孔板流量计，则是涉及到相应的仪表所组成的整体，对于其的选型过程中，主要涉及到的选型内容包括温度变送器、差压变送器、孔板阀、压力变送器等的选型。
在进行孔板流量计的选型过程中，涉及到的基本内容则是通过有效的换算，能够得到孔板片标准开口尺寸以及孔板片前后的压差值。根据相应的标准所编制的应用软件，主要涉及到的计算内容和步骤如下：①辅助计算。首先，应该由设计人员根据管道介质要求进行直径的确定，也就是在 20℃的条件下，对于测量管直径（孔板阀孔径）的检测工作，应该注意，在保证能够具有一定的计量能力的要求下，应尽量选用内径较小的测量管，这样能够有助于孔径比、差压的提升，然后，依次进行天然气的压缩因子、密度、相对密度以及超压缩系数的计算，在此基础上，进行天然气的动力粘度、嫡指数的计算，并计算得到雷诺数。②计算顺序。计算顺序，先把 β 近似值带入应用工况中，可以得到相应的开孔直径和孔径比，这样就会得到 d20，也就是在 20℃下的孔板测出的孔径值。一般情况下，单片孔板量程比仅能达到 1：3 的比例，而不能超过 1：4，所以，如果涉及到流量范围较大的问题，则应该进行分段处理，这样，口径从大到小的 2~3 片孔板进行分别计算。在此基础上，结合具体的工况、孔板开孔直径以及孔板阀孔径参数，能够有效计算，进行适合工况要求的孔板片、孔板阀的设计计算，有效保证差压检测范围的确定，在一定的条件下，保证温度、压力补偿仪表的测量范围，就完成孔板阀的选型。
3.2 孔板流量计的安装
应该根据相应的标准，进行安装和调校孔板流量计。
（1）在直管段方面的要求上，对于速度式流量计来说，前后都应该安装直管段，这样才能较好保证稳流效果。在一定的工况要求下，在进行孔板流量计的直管段前端安装过程中，根据阻流件的结构和要求，经过标准查询，获得直流管的长度，可以得到各种阻流件要求的***短直管段长度，但是，如果整流器安装在孔板上游的时候，则能有效保证直管段得到缩短，所以，这样的标准也应用整流器。
根据具体的规范，在具体的设计中，把流动调整器设置在孔板上游中，根据规定，整流器安装在孔板上游 13D 的位置，这样就能有效保证 30D 的前直管段要求，能够实现上游阻流件下的安装的要求，当前，在设计中已经普遍采用此项设计。另外，确定后直管段则比较容易，通过直径比就可以确定。
需要注意的问题则是，直管段安装在阻流件以及孔板上游则是由两种管段所组成：①工程上所提供；②孔板配套，这样就会导致可能出现不一样的内径配套情况，造成凸台的出现，根据实践经验，要求 10D 之外的凸台台阶控制在 2%内的圆度。
应该要求管段的直的要求，如果存在管道直线的偏移不超过长度的0.4%的情况，就可以认为则是直的。在进行相应的目测检验过程中，上下游直管段所引起的管道直线偏差也应该控制在长度的 0.4%范围内。
（2）在对于孔板安装方面，应该保证孔板和节流装置中的直管段进行对中处理。通过实验，可以得到，孔板偏心问题所引起的误差一般在2%左右，孔径比值越高，则会越容易造成偏心率影响，不应该采用比值过大的孔板。应该杜绝出现孔板的变形或者弯曲情况，这样会造成流量误差的增加。在测试法兰取压的孔板过程中，通过实验，因为孔板弯曲所造成的***大误差大约为 3.5%。
（3）在变送器安装方面，应该保证不影响仪表安装的基础上，尽量缩短差压和压力引压的管段，这样有利于防冻以及保温处理，在一定的斜度情况下，不会出现天然气所产生的凝液在变送器进行汇集的情况。
（4）其他方面的安装要求。要求不能使用厚度太大的垫片，要求控制在 0.5mm 范围，要求垫片不能突出管壁要求，控制有效的测量误差。对于流量调节的阀门来说，应该保证节流件后***小直管段长度以外。在工艺管道上安装节流装置，则应该进行相应的管道清洗吹扫工作。
4.存在问题及解决方法
4.1存在的问题
（1）计量仪表本身的精度方面的问题。当前的孔板流量计自动计量系统发展速度很快，随着信息技术的发展，还存在一定的测量仪表本身以及自动计量的限制性问题，针对数据处理以及提高计量准确性方面的问题，还需要进一步探讨。在测量的度以及重复性方面，孔板流量计属于中等水平，对于较为干净的流体，且满足具有较长的直管段、流体处于紊流状态下，这样的测量精度较高。但是，上述要求没有达到，以及存在损坏的孔板入口锐角、孔板表面的固体污物的堆积问题，都会造成孔板表面粗糙度增加，使得测量误差增加。
（2）在量程比方面存在问题。在此种流量计应用方面，主要表现在孔板流量计测量范围有限的问题，考虑到仪表信号和流量的平方关系，一般的测量范围都是为 3：1~4：1 范围内。
（3）在安装方面的问题。由于现场的安装条件要求较高，需要的直管段的长度比较大，在实际中难以满足。另外，对于压力检测仪表和孔板阀之间的引压管线容易出现冻堵、泄露等方面的问题。
（4）在使用过程中的问题，主要是包括弯曲变形的孔板，以及脏物在上游端面上沉积，出现破损的孔板入口直角边缘等问题，这些都会造成计量精度受到影响。
4.2 解决天然气计量问题的途径
（1）保证安装质量，定期进行维护处理。在分析影响孔板流量计测量精度的过程中，涉及到很多维护和安装方面的因素，所以，在具体的安装过程中，应该保证通过严格施工，努力消除安装误差。在具体的使用中，操作人员应该做好系统的保养和维护工作，以便能够保证使用寿命的延长，应该关注实际工况下的流量、温度、压力等参数的变化，通过有效的处理，尽量控制计量误差。
（2）应用多种有效方法来保证量程比的进一步提高。①可以利用双差压变送器配置在同一台的孔板阀中，能够有效根据差压的变化值，进行信号的切换工作，使得量程比有效扩大，保证测量范围的提升，有效保证计量准确性；②利用宽量程差压变送器，这样能够有效保证量程比的提升，利用有效的软件方式能够保证实现自动调整量程，通过软维护方式扩大量程比，使得测量有效范围和准确度进一步提升；③利用多路计量的方式，根据进行天然气流量检测范围的具体要求，保证进行不同口径的两套孔板流量计设计，根据流量低谷以及峰值的时间特点，进行有效的介质流路的切换工作，保证宽量程计量的实现。
5.结束语
对于已经应用多年的孔板流量计来说，应该充分的经验基础上，总结出更加有效的科学设计方法。随着信息技术、组分分析仪、流量计算机等高新技术的应用，孔板流量计具有自身的经济、方便、可靠、耐用的特点，依然活跃在能量交接的计量工作中，具有一定的应用潜力。