差壓式流量測量技術問答（十）節流式流量計的不確定度

天津石化煉油廠 汪玉忠

79 質量流量的基本不確定度計算包括哪些內容？

根據GB/T2624-93規定，質量流量計算公式包含的內容：

⑴δC/C —流出系數的不確定度

三種（角接、法蘭、徑距）孔板：β≤0.60時、為±0.6%；0.6＜β≤0.75、為±β%；

ISA1932噴嘴： β≤0.60時、為±0.8%；β＞0.60時、為±（2β-0.4）%；

長徑噴嘴： 0.2＜β＜0.8時、為±2.0%；

經典文丘里管：粗鑄收縮段0.3≤β≤0.75時、為±0.7%；

機加工收縮段0.4≤β≤0.75時、為±1%；粗焊螺紋收縮段0.4≤β≤0.7時、為±1.5%；

文丘里噴嘴：065≤D≤500mm、d＞50m、0.316≤β≤0.775時、為±（1.2+1.5β4）%；

⑵δε/ε—流束膨脹系數的不確定度（適用于氣體和蒸汽）

三種取壓（角接、法蘭、徑距）孔板：為±（4ΔP/P1）%；

ISA1932噴嘴和長徑噴嘴： 為±（2ΔP/P1）%；

經典文丘里管和文丘里噴嘴： 為±（4+100β8）ΔP/P1%；

⑶δD/D—管道內徑的不確定度： 為±4%；

⑷δd/d—節流件孔徑的不確定度：為±0.07%；

⑸δΔp/ΔP—差壓不確定度：由使用者確定；

⑹δρ/ρ—流體密度不確定度：由使用者確定。

80 如何評定和計算節流式流量計的不確定度？

節流式流量計的不確定度由基本不確定度和附加不確定度組成，下面以一臺測量過熱蒸汽的孔板流量計為例進行討論。已知數據取最大流量qmax=3600kg/h、最大差壓ΔP=50kPa、操作壓力P1=1.0MPa、操作溫度t=500℃、管徑D20=102mm、操作密度ρ=2.825kg/m3、采用法蘭式取壓，由此計算出β=0.5997、d20=60.821mm。根據GB/T2624-93的規定計算各部分的不確定度。

⑴ 求δC/C： ±0.6%；

⑵ 求δε/ε： ±（4ΔP/P1）%=±（4×50/10000）=±0.2%；

⑶ 求δD/D： ±0.4%；

⑷ 求δd/d： ±0.07%；

⑸ 求δΔp/ΔP：原則上包括差壓信號管路、變送器、4~20mA信號連接及顯示儀等的不確定度。當差壓管路信號正確，可按變送器和顯示儀的不確定度來估算。考慮變送器的不確定度為δΔp1/ΔP1=±0.2%、顯示儀的不確定度為δx/x=±0.2%。

⑹求δp/ρ：原則考慮采用溫壓補償方法保證密度值的準確性。設溫度變送器的不確定度δt/t=±0.2%、壓力變送器的不確定度δp/P=±0.2%、補償計算式（或查表）的不確定度為E=±0.5%。

上述六項討論的是基本不確定度，另外還有附加的不確定度。如GB/T2624-93規定在節流件上下游的直管段不能滿足規定要求，有±0.5%的不確定度，這些可以直接與δc/c代數相加。

計算基本不確定度δqmJ/ qmJ：

81 孔板邊緣尖銳度在實際運行中如何變化？此變化產生的附加不確定度怎樣評定？

⑴ 在現場連續運行4個月以上，由于受到流體的沖刷，孔板邊緣的尖銳度會明顯的變鈍。如圖18 所示 。

圖18 孔板邊緣尖銳度變化圖

縱軸為孔板入口邊緣圓弧半徑rk，橫軸為運行時間t。從圖中看出，運行剛開始曲線比較陡，以后逐漸趨緩。說明新孔板運行時沖刷的最厲害，產生的誤差比較大。

⑵ 設孔徑d=100mm，實際連續運行時間為1年，從圖中查出入口圓弧半徑rk=0.08。另根據GB/T2624對孔板入口邊緣不尖銳度的規定：修正系數bk與rk/d的關系見下列數據，可以求出修正系數bk的大小。

rk/d ≤0.0004 0.001 0.002 0.004

bk1.000 1.005 1.0071 1.022

由rk=0.08、rk/d=0.0008，用插入法求得bk=1.004。此數據說明：當孔板尖銳度由0.0004變到0.0008，則它的不確定度為±0.04%。

82 節流裝置安裝時，孔板的偏心率（或稱為不同軸度）的附加不確定度如何確定？

根據GB/T2624規定，孔板的偏心率由公式Ε≤0.015D（1/β-1 或Ε/D≤0.015（1/β-1）決定。

對于粗糙管道：只需滿足上式即可，不加任何附加不確定度；

對于光滑管道，計算附加不確定度比較復雜，用實例加以說明：

①當偏心率0.1Ε/D≤0.015D（1/β-1）時，附加不確定度為零。

設D=100mm、β≤0.6325，此時ε/D=0.001、Ε=0.1mm，附加不確定度為零。

②當Ε=2mm時，附加不確定度為：

±（0.6ε/D）（0.1+2.3β4）×100%=±（0.6×2/100）（0.1+2.3×0.63254）×100% =±0.562%

③當Ε=4mm時，附加不確定度為：

±（0.6ε/D）（0.1+2.3β4）×100%=±（0.6×4/100）（0.1+2.3×0.63254）×100% =±1.123%

83 上題確定孔板偏心率附加不確定度的方法，對于孔板的三種取壓方式那種更好？

從現場多年的經驗看，確定孔板偏心率的附加不確定度是一項非常復雜的問題。它不僅與偏心大小有關，還與偏心的方向有關，另外偏心率本身還與孔徑比相關。

有關實驗表明：

①朝向孔板取壓方向偏心的，附加不確定度最大；

②垂直孔板取壓方向偏心的，附加不確定度居中；

③背向孔板取壓方向偏心的，附加不確定度最小。

采用法蘭取壓法進行實驗，例如：孔板管徑D=100mm，β值分別為0.43、0.63、0.73，只作朝向取壓方向偏心實驗，在偏心率為4/100的實驗結果是：

β=0.43，附加不確定度+2.6%；

β=0.63，附加不確定度+1.5%；

β=0.73，附加不確定度+1.2%。

從實驗結果可以看到：在β=0.63時、附加不確定度+1.5%，與前面計算值（偏心率4/100、β=0.6325）附加不確定度為±1.123%相比，其值是增加了。

由于角接環室取壓，取壓點在孔板四周，偏心影響較小。

84 節流裝置安裝時，當發現節流裝置內徑與工藝管線的內徑不相符，如何評定附加不確定度？

由于這類問題比較復雜，根據GB/T2624關于節流件上下游側直管段突變的規定，舉例討論此類附加不確定度的評定方法。

在a/D≤0.5時（a —突變處距節流件的距離），確定下列兩種情況的附加不確定度：

⑴ 當上游工藝管線內徑D1=100.7mm、節流裝置內徑D=100mm、β=0.6325、β2=0.40、ΔD/D=0.007，由ΔD/D與β2附加不確定度的限值曲線圖（如圖19所示）上，可以求出其附加不確定度為±0.2%。

圖19 限值曲線圖

如果下游工藝管線內徑也是D1=100.7mm時，按照GB/T的規定由此產生的附加不確定度可視為零。

⑵ 當上游工藝管線內徑D1=104mm，節流裝置內徑D=100mm、β=0.6325、β2=0.40、ΔD/D=4/100，其附加不確定度為：

對于下游工藝管線內徑D1=104mm時，可以按照上游附加不確定度的1/3來考慮。

85 孔板流量計在實際使用中的不確定度如何評定？

在工業企業使用的流量計一是用于物料交接的計量，常稱為計量儀表；二是用于生產過程監視其流量變化情況，目的是穩定生產過程。

⑴ 計量儀表在設計、制造、安裝及生產維修等方面，執行GB/T2624的規定時相對要求得嚴格一些，準確度相應也要高。在上世紀八十年代，原長嶺煉油廠實際測量了流量計的不確定度，他們對五塊油品計量儀表將孔板連同直管段一起拆下來，拿到本廠水流量標定裝置進行標定。每塊儀表取十組數據，其結果如表5所示。

表5 流量計實際標定結果

其中3號孔板數據出現異常，可能是孔板孔徑加工尺寸不符或孔板裝反引起，當時在標定時沒有拆下來檢查原因。

總之，作為計量儀表只要嚴格執行GB/T2624標準，測量液體流量儀表的不確定度為1.00%～1.5%；測量氣體或蒸汽的流量儀表（采用溫壓補償）的不確定度為1.0%～2.0%。

⑵ 生產過程的流量計：測量液體流量儀表的不確定度為2.0%；測量氣體或蒸汽流量儀表（有溫壓補償）的不確定度為2.0%；測量氣體或蒸汽流量儀表（沒有溫壓補償）的不確定度為2.0%～5%；