标准孔板的设计发展历程

标准孔板的设计发展历程

标准孔板（以下简称“孔板”）流量计由孔板节流装置、信号引线和二次仪表组成。孔板流量计是国内外研究得最早、最细、试验数据最多、使用经验最丰富、标准化程度最高的计量手段。目前，在国际上仍无统一的国际标准用于天然气流量计量，利用孔板流量计测量流体流量存在两个平行标准ISO5167-1和API2530。由于通用和专门用于测量天然气的方法存在一定差异，给我国制定天然气孔板计量标准带来了一定的困难。

一、标准文件更新的三个阶段

    1.第一个阶段

    我国在天然气流量计量方面一直以孔板流量计作为主要的流量测量手段，然而在20世纪60年代以前，还没有一个正式的、统一的计量标准。为了统一计量方法，结合我国天然气的特点制定了《测量天然气流量的孔板计量装置安装检定使用管理规程（草案）》，把它作为国内计量天然气流量的依据。该草案对当时的天然气开采、输配和销售等起到了指导和监督作用。但由于没有一个国家正式的、权威的天然气流量计量标准可依循，在天然气用户中出现了随意选用计量公式和计算参数、不合理的积算方法和取值方法、孔板加工粗糙、安装不合理、不统一等混乱现象，继而导致供需双方因计量误差大而产生纠纷。

    1983年3月正式批准，1983年10月发布实施的SYL04-1983《天然气流量的标准孔板计量方法》是我国第一个天然气流量的计量标准。该标准的颁布与实施，结束了我国天然气流量计量，特别是商品天然气流量计量长期无正式标准可循的局面，减少了计量纠纷。

   2.第二个阶段

    SYL04-1983标准实施后，尽管在促进孔板流量计设计、制造和使用的标准化等方面起到了推动作用，取得了一定的成绩、积累了宝贵的经验，但是也出现了一些问题。为适应我国天然气流量计量技术的不断发展，经过3年多的修订工作，新的计量标准于1995年11月审查通过。标准的名称仍采用《天然气流量的标准孔板计量方法》，标准编号改为SY/T6143-1996。

3.第三个阶段

    我国的天然气流量计量90%以上采用标准孔板，其标准SY/T6143-1996《天然气流量的标准孔板计量方法》是以ISO5167为依据，参考AGANO3报告和相关标准编制的。国际上这两个孔板流量计量标准的重大变化，特别是ISO5167标准的重大变化，影响到我国的SY/T6143标准的修订。为了适应计量技术、计量标准的不断发展，加快我国天然气计量与国际惯例接轨，逐步实行按质论价，针对国际上近年来在天然气孔板流量计量技术和标准方面的新变化，为缩短我国天然气计量技术和标准与国际水平的差距，采用国外近20年来的最新试验研究成果，充分考虑天然气介质的特殊性和我国天然气计量长期的实践经验，对SY/T6143-1996标准进行了修订，修改后标准名称改为《用标准孔板流量计测量天然气流量》，编号改为SY/T6143-2004。

二、二次仪表的发展阶段

    孔板流量计的二次仪表是压力、差压和温度检测元件直至显示和记录等计量仪表的总称。孔板流量计所使用的二次仪表的发展可分为两个阶段：

  1.第一个阶段——以手工计算为主的阶段

    20世纪70年代现场应用得最多的是CWD-430双波纹管差压静压记录仪。

    CWD-430双波纹管差压计除了能显示记录节流装置前后的差压信号外，还能记录孔板上游侧取压孔处的静压力。CWD-430型双波纹管差压计记录仪作为孔板流量计的二次仪表，目前在计量站场仍有使用，尤其是我国，它采用人工计量温度、求取日平均温度，用径向方根求积仪求出日平均差压和静压，用计算器计算一天的日流量。CWD-430型双波纹管差压计属机械仪表，它准确度低、可动部件多、无法进行数据远传且受人为因素影响大和计算方式不统一等缺点，经常引起计量纠纷。

2.第二个阶段——以电动变送器和计算机在线实时计算的阶段

    采用电动变送器和计算机在线实时计算流量值的计量技术20世纪90年代末才迅速发展起来。第二代产品就是利用电动仪 表加电子计算机配节流装置计量天然气流量的计量技术。第二代产品的二次测量仪表经历了三个发展阶段，表1列出了电动变送器发展的过程。我国生产的电动单元组合仪表DDZ-Ⅱ和DDZ-Ⅲ属于第二代产品的二、三阶段，这两种仪表由于采用力平衡原理，限制了它的小型化。它们不但结构复杂，而且在准确度、稳定性方面都不高（准确度为±0.5％～±1％），调零、调量程和调迁移会相互影响。它最重要的缺点是温度漂移，静压误差没有得到解决，直接影响测量的准确度。

    第三阶段变送器是基于微位移检测和转换技术相结合的原理。该类仪表主要优点是装配、使用、调整方便；体积小、重量轻、结构简单；同时测量准确度高，性能可靠。表2为力平衡式、微位移式典型产品的比较。

    从表1、表2可知，第三阶段产品取代第二阶段产品作为天然气流量测量的二次仪表是必然趋势。近年来， 又研制出智能差压变送器和智能压力变送器，具有准确度高，稳定性好等优点。可利用它的通讯功能进行在线 故障诊断、组态和校验。为了更为准确计量，条件许可时宜采用这种变送器。

表1 电动变送器发展史

表2 力平衡式、微位移式产品比较表（以中差压为例）

三、新技术的推广

    采用电动变送器和三笔记录仪记录流量参数与采用双波纹管差压静压记录仪记录流量参数，其计算方法相似，计算流量仍要人工取值，进行查表、插值计算（这种方法基本淘汰）。近年来，无论国外还是国内都出现了以微处理器为基础的流量计算机，它们均按天然气流量计量标准和天然气计量特点研制软件和硬件，并实行在线测量和实时补偿运算，省去了繁琐的计算和人工取值带来的误差，因而得到迅速推广。

1.FloBoss103流量管理器特点

    美国Fisher-RoseMount公司生产的FloBoss103流量管理器是为使用孔板流量计提供单表测量、监视和管理气体流量的流量管理器，准确度为±0.075%FS。它除了具有一体化多参数测量功能外，还具有流量计算、数据归档、现场控制以及远距离通信等功能。

  2.天然气自动计量管理系统组成

    本系统采用标准孔板节流装置配FloBoss103流量管理器对天然气流量自动进行计量，现场采集的信号通过RS485协议与工业控制机进行传输通信，各种与计量有关的参数由上位机进行设置，从而实现了天然气流量计量的全过程自动计量（图1为天然气自动计量管理系统图）。

图1 天然气自动计量管理系统图

  四、结束语

    随着社会的发展、科学的进步和技术的不断创新，还有国内外流量测量机构和专家的不懈努力，相信孔板流量计将不断发挥其优势，减少计量误差和贸易纠纷，在流量计量领域继续发挥其重要作用。 

孔板流量计http://www.jslkyb.com/
雷达物位计http://www.jhlkyb.com/
投入式液位变送器http://www.lk-yb.com/
电磁流量计www.rpyb.net