被測介質(zhì)為濕煤氣的孔板流量計(jì)量裝置運(yùn)行一段時(shí)間后，拆卸孔板時(shí)，會(huì)有水從測量管道中流出來，有時(shí)孔板上游端面還會(huì)有積水痕跡，說明孔板上游測量管道中會(huì)有積水。管道積水，會(huì)改變孔板流量計(jì)量裝置的幾何特性，從而影響流量計(jì)量的準(zhǔn)確性。一般，用來測量濕煤氣的孔板流量計(jì)量裝置建立在地面之上，而城市燃?xì)夤艿婪笤O(shè)于地下，這樣，孔板流量計(jì)量裝置高于城市燃?xì)夤艿馈Ｑb置中，孔板上游測量管道較長、煤氣壓力較高，下游測量管道較短、煤氣壓力較低; 孔板上游測量管道中，煤氣在逼近孔板的沖擊壓力的影響下，易使孔板上游測量管道產(chǎn)生積水。下游測量管道不易產(chǎn)生積水，即使下游產(chǎn)生少量積水，也會(huì)被流動(dòng)的煤氣挾帶進(jìn)入地下城市燃?xì)夤艿乐?。因此，研究管道積水對(duì)流量計(jì)量的影響是十分必要的，本文從工業(yè)實(shí)際出發(fā)，主要研究孔板上游測量管道積水對(duì)流量計(jì)量的影響。

1、理論基礎(chǔ)：
  標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)是在已知流體狀態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流件尺寸和管道幾何尺寸的條件下，通過測得流體流經(jīng)孔板時(shí)，在孔板前、后產(chǎn)生的差壓求得流體流量的。該差壓與流量之間有確定的數(shù)值關(guān)系，這關(guān)系即為孔板流量計(jì)的流量方程［1］:

  孔板流量計(jì)量裝置的測量特性決定于裝置的幾何特性和流體的流動(dòng)特性［2］。在流量測量范圍內(nèi)，一定幾何特性的孔板流量計(jì)量裝置，流量與差壓之間具有確定的流量關(guān)系式。幾何特性改變，流量關(guān)系隨之改變。

  孔板流量計(jì)量裝置在測量濕煤氣流量的實(shí)際應(yīng)用中，測量管道積水，使管道內(nèi)氣體實(shí)際流通截面積減小，裝置的幾何特性發(fā)生了改變，流量關(guān)系改變。按照安裝時(shí)的流量關(guān)系式得到的計(jì)量流量 ( 即流量示值) 與實(shí)際流量發(fā)生了偏離。這種偏離，正是本文所要研究的問題。

  文獻(xiàn) ［3］ 中研究了孔板前管道積水對(duì)流量系數(shù)的影響。本文是在分析了管道積水對(duì)流量方程中各參數(shù)的影響的基礎(chǔ)上，得到測量管道積水后流量示值與實(shí)際流量之間偏離程度。
 

2、分析研究：
2. 1、管道積水對(duì)流量方程中各參數(shù)的影響：
  由流量方程可見，流量 q 為 d、C、ε、β、Δp 和ρ 等 6 個(gè)參數(shù)的函數(shù)，其中孔徑 d 為已知量，受工作溫度和材料熱膨脹系數(shù)的影響; 差壓 Δp 是孔板流量計(jì)量裝置實(shí)測量; 密度 ρ 取決于煤氣組分、工作溫度和工作壓力?？梢?，d、Δp 和 ρ 值不受管道積水的影響，不予分析。以下主要分析測量管道積水對(duì)直徑比β、可膨脹系數(shù) ε 和流出系數(shù) C 的影響。

  下面以某孔板流量計(jì)量裝置為例，通過具體計(jì)算，

來研究測量管道積水對(duì)流量方程中用于流量計(jì)算的各參數(shù)產(chǎn)生的影響。已知某孔板流量計(jì)量裝置測量管道的直徑 D 為 699. 31mm，孔徑 d 為 335. 382mm。取 壓 方 式 為 徑 距 取 壓。 結(jié) 算 狀 態(tài) 為: 15. 5℃，101. 671k Pa。該計(jì)量裝置在溫度 t 為 35℃ 、相對(duì)濕度φ 為 100% 、壓力 p 為 60k Pa、差壓 Δp 為 9k Pa 時(shí)，直徑比 β 為 0. 479629，可膨脹系數(shù) ε 為 0. 984971，流出系數(shù) C 為 0. 602500，

計(jì)量流量 qV為 38743m3/ h。分析中，以實(shí)際積水高度 h 與堰高 H 之比: h /H，表示管道積水高度，其中堰高 H = ( D － d) /2 =181. 981mm。

( 1) 管道積水對(duì)直徑比的影響：
  孔板流量計(jì)量裝置測量管道中的積水是柔性的，在煤氣壓力的作用下，管道內(nèi)積水面會(huì)發(fā)生一定的彎曲。由于管道內(nèi)煤氣壓力較低，可忽略因氣體壓力而引起的積水面的微小弧度，認(rèn)為積水面為平面。只要積水高度一定 ( 即圖 1 中陰影部分面積一定) ，就能確定氣體流通截面積。因此，選用與氣體流通截面積相同面積的圓的直徑作為等效直徑，以積水高度表示管道積水后氣體流通截面積。如圖 1 為管道截面示意圖，陰影部分為積水。經(jīng)計(jì)算得到管道積水后，等效直徑比 β'為:

  式中: β'為管道積水后，等效直徑比，無量綱; d 為孔徑，m ; D 為 測 量 管 道 直 徑，m; h 為 積 水 高度，m。

  公式 ( 2) 是在測量管道積水時(shí)，等效直徑比的計(jì)算公式。積水高度與等效直徑比的變化關(guān)系如圖 2。

  圖 2 可見: 當(dāng)積水高度為堰高的 10% 時(shí)，等效直徑比增大 0. 3553% ; 積水高度為堰高的 20% 時(shí)，等效直徑比增大 1. 007% ; 積水高度為堰高的 50% 時(shí)，等效直徑比增大 4. 058% 。因此，管道積水后，等效直徑比 增 大; 積 水 高 度 越 高，等 效 直 徑 比 增 大 越顯著。

圖 2 管道積水對(duì)直徑比的影響圖
( 2) 管道積水對(duì)可膨脹系數(shù)的影響可膨脹系數(shù)的計(jì)算公式為:

圖 3 管道積水對(duì)可壓縮系數(shù)的影響圖

  圖 4 可見: 積水高度為堰高的 10% 時(shí)，實(shí)際流出系數(shù)增加 0. 0102% ; 積水高度為堰高的 20% 時(shí)，實(shí)際流出系數(shù)增加 0. 0289% ; 積水高度為堰高的 50%時(shí)，實(shí)際流出系數(shù)增加 0. 1182% 。因此，孔板上游測量管道積水后，實(shí)際流出系數(shù)增大。積水高度越高，實(shí)際流出系數(shù)增大越顯著，呈現(xiàn)近似正向二次函數(shù)的關(guān)系。

  在分析了管道積水對(duì)直徑比、可膨脹系數(shù)和流出系數(shù)等參數(shù)的影響之后，來看一看測量管道積水對(duì)流量計(jì)量的影響。將管道積水后的各參數(shù)實(shí)際值分別代入流量方程，求出管道積水后的實(shí)際流量，并將其與計(jì)量流量 ( 流量示值) 作比較。

  圖 5 為管道積水后，對(duì)于不同的積水高度，實(shí)際流量與計(jì)量流量 ( 流量示值) 的關(guān)系。圖中 δq =( q' － q ) /q × 100% ，其中: q' 為管道積水時(shí)的實(shí)際流量，q 為流量示值。

( 1) 測量管道積水后，實(shí)際流量大于計(jì)量流量( 流量示值) 。也就是說，與實(shí)際流量相比計(jì)量流量偏小。
( 2) 在計(jì)量流量 ( 流量示值) 不變的情況下，實(shí)際流量隨管道積水高度的升高而增大。積水高度越高，實(shí)際流量增大越顯著，亦呈現(xiàn)近似正向二次函數(shù)的關(guān)系。當(dāng)積水高度為堰高的 10% 時(shí)，實(shí)際流量增大0. 0492% ; 積水高度為堰高的 20% 時(shí)，實(shí)際流量增大0. 1395% ; 積水高度為堰高的 50% 時(shí)，實(shí)際流量增大 0. 5912% 。

  當(dāng)計(jì)量流量為 38743m3/ h， 管道積水高度為堰高的 50% 時(shí)， 實(shí) 際 流 量 與 計(jì) 量 流 量 的 偏 差 為0. 5912% ，一年以 365 天計(jì)，實(shí)際流量增大了 200m3。因此，在貿(mào)易結(jié)算中，管道積水對(duì)流量的影響是不容忽視的。
 

3、實(shí)際數(shù)據(jù)：
  為驗(yàn)證理論計(jì)算結(jié)果，對(duì)某實(shí)際運(yùn)行中的人工煤氣孔板流量計(jì)量裝置定期放水，將放水前、后的計(jì)量流量作對(duì)比。先將由于用氣或供氣量發(fā)生變化，造成有明顯變化或波動(dòng)的流量數(shù)據(jù)予以剔除，對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行工況下，放水前、后計(jì)量流量的變化進(jìn)行分析。表 1中所取數(shù)據(jù)為: 穩(wěn)定的運(yùn)行工況下，放水前、后各10min 的平均時(shí)流量。

  由表 1 可見: 在穩(wěn)定的運(yùn)行工況下，放水后計(jì)量流量大于放水前的計(jì)量流量。這表明: 測量管道積水使流量示值小于實(shí)際流量。由于這些數(shù)據(jù)是孔板流量計(jì)量裝置實(shí)際運(yùn)行時(shí)采集的流量數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)或多或少會(huì)受到環(huán)境或用戶的影響，但至少可以說明: 測量管道積水使計(jì)量流量 ( 即流量示值) 小于實(shí)際流量。

4、結(jié)論：
  綜上可知，測量管道積水會(huì)導(dǎo)致計(jì)量流量 ( 流量示值) 減小，隨積水高度的升高，計(jì)量流量與實(shí)際流量之間偏離程度增大。貿(mào)易結(jié)算中，管道積水對(duì)流量計(jì)量的影響是不容忽視的。實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)特別注意定期排水。由于管道積水對(duì)流量計(jì)量的影響是同一方向的，因此可考慮對(duì)管道積水引入的流量誤差予以修正，假定測量管道以相同速率積水，根據(jù)排水周期及積水量，對(duì)未來的流量影響值進(jìn)行預(yù)測或補(bǔ)償。

  另外，孔板流量計(jì)量裝置適用于單相穩(wěn)定流，本文的分析亦是基于單相穩(wěn)定流的前提下給出了管道積水對(duì)流量計(jì)量影響的結(jié)論。有時(shí)，管道的積水會(huì)導(dǎo)致氣體流動(dòng)過程中形成脈動(dòng)流，脈動(dòng)流對(duì)流量計(jì)量的影響不在本文的研究范圍之內(nèi)。