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避免孔板流量计在低压力差下的测量误差
1.0随着近年的天然气行业管制的撤销，密闭输送和清讫成为为降低成本的领域。
确定在天然气流量计量误差的原因，可以减少与计量偏差有关的成本，有利于整个天然气行业。想想看，在美国每年约有20至70万亿立方英尺的天然气需要计量。假设被测气体的平均价值是2美元每千立方英尺，由于测量的误差漏掉的气体中降低仅为0.01％，每年将节省500万至2000万美元。
2.0最近在西南研究院（SWRI）的设立的研究项目旨在帮助降低传统的流量计的测量误差的成本。GTI（天然气技术研究所）主办的该项目，试图量化由于异常条件和已知的操作影响产生的测量误差。对于孔板流量计，感兴趣的话题之一是在压力波动和测量误差引起的低压差下流量系数的误差。许多孔板流量计的用户设置一个较低的流量限制， 即天然气流量最大范围的10％。此限制通常相当于10至20英寸水柱差产生的压差。（10英寸水柱到20英寸水柱）。然而，低如0.1英寸水柱的差压经常可变生产设施显著时期被采集，或在其他领域的 孔板不能轻易更换以适应天然气气量的变化。
3.0天然气工业的成员已对低压差测量误差关注多年。本文介绍了最近在西南研究院的测试，并提供了低压差下的误差来源和数量的深刻说明。
压差限制的历史
当第一机械钢笔和图表记录用来记录在孔板处的压差，当前的压差限定在20英寸到100英寸水柱（注释5）。这些边界职以记录仪的机械限制为基础。

下限受多数参考数据（资料）用于形成Reader-Harris/Gallagher 方程这个事实影响，这个方程所采用的时在20英寸以上水柱的压差时的流量系数。由于20英寸以下水柱时的数据缺乏，从而降低了低压差对RG方程的影响，既不是固体流量也不是气体流量。
4.0在20世纪80年代，电子测量设备使孔板流量计能适用与更大压差范围 。
具有更高压差参数的孔板流量计的拓展已经被最近美国天然气协会工作组解决（注释6）

多数用于生产RG方程（注释4）的数据都采用100英寸到1000英寸间水柱所产生的压差来支持这个拓展。
5.0相比之下，再10英寸的水柱之下RG回归数据只有一小部分被采用，对于低压差数据不存在指南。

在此范围内测量精度应更受关注，否则压差测量中可接受误差可能干扰准确性。

由于压差在0到250英寸水柱间变化，满量程的0.1％标准误差 等同与0.25英寸的水柱。再变送器工作范围内，0.25英寸的水柱是令人满意的。然而，对于一个测量过的10英寸水柱差压， 0.25英寸水柱的误差转化成压差的2.5％的误差和1.25%的流率，现在变得显著了。

中期预测实验
1.0非常少的数据用在在20英寸以下水柱的压差的孔板流量测量精度上。
为了填补这一空白，GTI计量研究设施（MRF）在西南研究所进行了测试。
一个直径4英寸的孔板流量计对设施低压回路中的天然气进行了测试，
这项设施确定使用的实际质量流量校准音速喷嘴可追溯到美国国家标准与技术研究院 标准。
2.0选用产生范围从大约1英寸到200英寸的水压差的流速，，都低于和高于当前孔板流量计测量范围。

在测试过程中使用商业差压变送器（“智能”变送器）。

基准测试的配置 包括以 直径为100直的质量计管和一个三通先导的孔板流量计，
一个专有的三通上游流量调节器 调节进入流量计导管的流量。

3.0对于每个测试，都会发现一个来于参考质量流量率和实测的压差参数的经验流量系数Cd。通过对一个给定的流量率的重复测量，并比较经验Cd和源于RG方程的参数，低压力差下Cd参数的误差被测定。
这里公布的流量系数的百分误差
也适用于测量设施的质量流量率。
误差的来源
1.0在流量系数（或质量流量）的误差来源于 压差测量中的几个误差。测量误差的 三个来源 很容易地量化。
（1） 变送器不精密，在响应一个给定的压差的变送器的电流输出的误差，这可
能是由于传送滞后，设备偏差或其他物理原因。
（2）校准不准确，把电流输出转换成压力的压力变送器的校准曲线的误差。这种误差源于其校准程序。
（3）由于压差的波动，气流的动态特性。
2.0然而前两个误差可以室内试验测定，第三个误差取决于所用变送器的工作环境。这些个别的误差，可以用 根的总和平方的方法进行合并用以确定整体测量误差。
3.0前两个试验中误差的来源根据制造商指定的变送器的精度和MRF校准数据进行了量化。这些都可以用来寻找单一流量系数中的误差，仅限于所测压差的误差。

制造商的误差（0.25英寸水柱）这种组合参数中占大多数，是典型的工业变送器。
这个静态测量误差的大小是恒定的，但它在较低的压力差下会变大，如图1所示。
由此Cd产生的百分误差
的变化范围从约100英寸水柱 的0.1％至半英寸水柱的25％。

4.0第三个误差的来源是由于动态压差的波动，与流动环境有关，必须 对重复的流量计量 进行估计。

天然气管道内的局部动荡不稳定的气流很容易通过气流计或其他实验室仪器观察到。

这些波动也放映在 压差的时间轨迹上，影响个别压差测量值和平均值。
如果 质量流率 的测量依赖于校准过程（例如，音速喷嘴）​​，这些波动会增加标定的流量系数。
5.0图2给出了所有测试压差数据组的标准差的大小

这些动态压力波动估值和流速的降低值相伴，并且在最低流速时远小于0.1 PSI。

请注意，这些波动独立于变速器和调试误差，是不变的。

但在低端，这些不稳定性影响仍然被放大。

当压差的标准差用压差的百分比来表示时这变得很明显。

图3显示了在所有测试的压差的百分比标准偏差。而且，SDP在低压差下变化最大，在10英寸水柱以下时变化经常超过±0.5%。当b =0.5时，

由波动引起的百分比散射测量与静态测量误差具有相同的顺序

6.0与压差标准差一样，在最低压差下，孔板流量计测量流量的波动会增加。尽管在低流速时，流动的动态波动最小，流量测量对动力最敏感和在这个地方最易产生误差。
测试结果
1.0 b比率为0.50，0.67和0.75的三个孔板决定了流量系数和误差。测试过程包括雷诺数范围，从0.2英寸的水柱到215英寸的水柱的压差。图 4 显示了流量系数和雷诺系数下及b = 0.67 孔板测试的散点分布。与方程对应的曲线也显示了的数据的相似性。RG方程的95％置信界限，这是大约±0.5％，也说明了平均测量Cd参数下的误差的相似性。
2.0对于6.4英寸以下的水柱压差，数据点的分布远远超出了RG置信区间，
在最低流量下变化以±2%不等。
这表明了在压力差的波动可能发生在低流速时，

来自本区的数据需要谨慎是显而易见的。
然而，平均流量系数的置信栏开始超出的RG方程±0.5％在更高的压差（17英寸）的置信区间。

这表明，误差变送器的精度，校准和压差动态变化的综合比与RG方程相关的液体和气体数据更大。因此，孔板流量计对17英寸及以下水柱的计量不应被盲目的接受。

3.0在所有b比率测试中发现了误差相似的趋势，并预期将b比率扩展到小于0.50。b =0.50，0.67和0.75时的测试结果与DP的测量下限相似，如表1所示。
些实测的Cd的置信区间的边界大致为± 0.5％，关于RG方程的置信区间。
中期预测数据支持传统的较低的20英寸水柱的测量范围，并表示，此值将保证 整体流量测量的误差 在 当前的孔板流量计标准之内（注释1）。
4.0更重要的是，由于b比率的减少和孔板引起的流动阻塞，数据显示，误差和潜在的错误的主要原因从变送器精确度 转移到流体波动上。在静态条件下测的校准器和变送器误差用于估算在孔板流量计测量误差是不够的，这些结果强调了动态条件下的测量误差。

结论
1.0虽然目前的孔板流量计标准没有明确限制穿过孔板的压差，但在西南研究院最近的研究表明，对压差的细心关注 有助于降低 与误差，测量偏差，测量偏差和清讫相关的成本。涉及大约小于10英寸水压差的流量测量，应该是可以避免的，由于来自流量波动或高测量误差（或两者兼而有之），低于这个10英寸水柱压差所采集的大多数数据已经过度分散。错误的分析和观察到的压力波动，表明了20英寸水柱的实际压差下限，虽然其确切数值与b比率略有不同。三个误差的来源 传感器输出的精度，传感器校准错误和动态压力的波动 可以影响在低压力差下的 整体误差不同比例。
2.0 在这项工作中也发现低压差测量期间压差传感器的精度不总是受关注。
市售的智能变送器在静态条件下测量低压力差精度足够用。
在动态条件下必须提高关注度，特别是对传感器的灵敏度，或对于这个问题，任何传感器 足够区分低压差下的压力噪声。
3.0这项研究清楚地指出了在低压力差下操作法兰螺纹孔板流量计增加的风险，（低于标定量程的10％）。尤其是在b比率小于或等于0.6时，任何误差的分析都应当量化动态波动的影响。在即将发布的GTI中期预测的研究也将考虑孔板流量计对脉冲的灵敏度，安装的影响，流体中的污染情况。与b比率在0.6以上相关的低压差可以增加这些误差，他们也应考虑误差分析中。对于任何孔板流量计的安装，类似分析强烈建议改善输油监测计量的准确性

参考文献
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