孔板流量計在煤礦瓦斯抽采計量中有廣泛應(yīng)用，但在多個煤礦并未得到正確的使用。為解 決因人為或技術(shù)原因?qū)е驴装辶髁坑嬙谑褂弥写嬖诘膯栴},通過對孔板流量計在選型、安裝、計算 及維護(hù)各環(huán)節(jié)存在的問題予以分析,明確了正確的使用要求。引導(dǎo)使用者正確使用，促進(jìn)孔板流量 計在瓦斯抽采計量中得以準(zhǔn)確計量。

瓦斯抽采準(zhǔn)確計量是瓦斯抽采達(dá)標(biāo)評價的前 提。由于抽采環(huán)境極端惡劣，高塵、高濕、高負(fù)壓，多 數(shù)瓦斯流量傳感器使用中存在種種問題，常常需要 進(jìn)行現(xiàn)場比對，而孔板流量計是最傳統(tǒng)的現(xiàn)場比對 基準(zhǔn)。通過煤礦瓦斯抽采檢測計量儀器的技術(shù)應(yīng)用 及研究，在流量傳感器應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)孔板流量 計因其結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、操作方便，在煤礦瓦斯 抽采檢測計量領(lǐng)域得以普遍應(yīng)用，應(yīng)用其他檢測流 量的傳感器時還常常以孔板測量結(jié)果作為基準(zhǔn)。 在煤礦瓦斯抽采計量領(lǐng)域，煤礦普遍選擇標(biāo)準(zhǔn)孔板 作為瓦斯抽采流量的計量手段，目前多依靠人工定 期觀測“ u ”型差壓計的差壓水柱高度、用光學(xué)瓦檢 儀檢測瓦斯?jié)舛?、?/span>“U”型差壓計的差壓水銀柱高 度測量負(fù)壓、用氣壓表測量當(dāng)?shù)卮髿鈮骸⑼ㄟ^公式 人工計算管道瓦斯標(biāo)況流量。但多個用戶因種種原 因，并不能正確使用孔板流量計測量瓦斯流量，致 使測量結(jié)果誤差特別大，無法與其他測量方式對 比,根本不能作為檢測結(jié)果計量瓦斯流量。常見 問題有孔板選型、孔板制造、孔板安裝位置選取和 安裝不符合要求、孔板計算等4類。

1.孔板在選型中的問題

常見孔板流量計的量程比為1:3~1:4。在此之間 的流量值測量準(zhǔn)確性相對高。低于測量下限孔板自 身誤差和人工讀取誤差加大，高于測量上限，孔板 自身誤差加大，同時流體流過孔板的永久壓力損失 隨流體的速度平方急劇增大，導(dǎo)致抽采效率降低, 能耗加大。人工孔板的理想水柱高差為10~100 mm。孔板生產(chǎn)商常常通過調(diào)整孔板開孔比控制水柱 高差范圍。

用戶在選擇孔板時,如果不清楚選型原則，將導(dǎo) 致要么在孔板的測量下限，要么在孔板測量上限，嚴(yán)重影響計量準(zhǔn)確度。

因此選擇孔板需要根據(jù)檢測的流量大小設(shè)計合 適的水柱差壓范圍。煤礦瓦斯抽采水柱差壓一般靠 人工觀測，常以mm為分度值，即肉眼能分辨的刻度 線為毫米。由于瓦斯抽采流量是隨時波動的，加之 玻璃管內(nèi)水柱液面為凹面，所以水柱高差頂多能估 讀到小數(shù)點后1位。因此5 mm以下的水柱高差應(yīng) 避免作為計量依據(jù)。

事實上，多個煤礦用戶因選型不當(dāng)，或?qū)嶋H瓦斯 抽米量比預(yù)期小得多時，孔板水柱高差在0~1 mm, 甚至在0.2 mm以下，觀測工直接把水柱高差計作1 mm。 導(dǎo)致誤差特別大。

在其他參數(shù)相同前提下,0.5 mm水柱高被讀作 1 mm水柱高的誤差,經(jīng)計算約大實際值41.4%,即：根號1/0.5-1=0.414

2.孔板制造誤差造成的誤差

標(biāo)準(zhǔn)孔板制造尺寸及公差國家有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。 煤礦一般選擇的標(biāo)準(zhǔn)孔板由制造商提供。實際上部 分制造商在加工孔板時認(rèn)為孔板簡單，煤礦用戶也 不具備檢驗和試驗條件，常常尺寸和形位公差控制 不嚴(yán)格，也不具備標(biāo)定條件,尺寸超差嚴(yán)重，進(jìn)口處 倒角誤差較大,也能通過驗收，導(dǎo)致制造造成孔板 誤差。

3.孔板安裝位置選擇造成的誤差

標(biāo)準(zhǔn)孔板安裝有一定的要求：

1）直管段要求，按計算書計算出安裝孔板時要 求的前后直管段長度,通常為前20D后10D (D是指 孔板的通徑)安裝節(jié)流裝置。

2）直流件裝置在管道中，其前端面必需與管道 軸線垂直,允許的最大不垂直度不得超越±1°。

3）節(jié)流件裝置在管道中后，其開孔必需與管道 同心，其允許的最大不同心度s不得超越：專 0.015D (1/8-1)。

4）墊片不能用太厚的材料，最好不超過0.5 mm,墊片不能突出管壁內(nèi)，否則會引起很大的測量 誤差。

5）調(diào)節(jié)流量用的閥門，應(yīng)裝在節(jié)流件前后最小 直管段長度以外。

現(xiàn)場孔板常常因位置狹小，造成前后水平直管 段長度滿足不了前20D后10D的要求，閥門的位置 距離差，直流件、節(jié)流件及墊片使用誤差會超過要求。導(dǎo) 致孔板測量誤差加大。安裝方式及要求如圖1。

實際工作中，由于人工孔板監(jiān)測靠人工每隔一 段時間讀數(shù)1次，把每次計算出的數(shù)據(jù)作為這個時 間段的平均流量，而實際瓦斯抽采過程中抽采參數(shù) 隨時存在波動，1個瞬時流量代表1個波動流量，畢 竟存在較大誤差；多個煤礦逐步使用在線流量傳感 器連續(xù)監(jiān)測計量瓦斯抽采參數(shù)；考慮到在線流量傳 感器也也需要周期校準(zhǔn)，一般仍保留人工孔板流量 計做周期比對用。常見有以下2種安裝方式（圖2、 圖3)。

比較2種布置方式，可以分析出后者存在一定 的問題：

1 ）2種流量檢測方式做對比時必須先做其中1 個,后做另外1個,無法做到同步。

2）氣流經(jīng)過的路徑不同，沿程和局部阻力損失 不一樣,造成同樣的抽采條件,經(jīng)過2種流量計的流 量大小不同。

3）做孔板計量時，只能關(guān)閉在線流量傳感器前 端的閥門，在線流量傳感器監(jiān)測流量為0,且持續(xù)1 個孔板對比時間，造成抽采量計量損失。

4）需要開閉至少上下2個閥門，增加了現(xiàn)場人員的工作量。

而前者即串聯(lián)式布置，不存在上述問題，因此推 薦串聯(lián)布置方式。

4.孔板計算

孔板計算在煤礦瓦斯抽采檢測領(lǐng)域一直有多個 方法,但基本歸結(jié)2大類：

1) MT/T 642—1996管道瓦斯抽放綜合參數(shù)測 定儀技術(shù)條件規(guī)定了瓦斯抽采標(biāo)準(zhǔn)狀況混合流量計量計算公式為：

采用該公式,如果用于測量常壓下通風(fēng)管路，誤 差倒不太大。但是用在瓦斯抽采的負(fù)壓側(cè)，計算出 的流量值與實際標(biāo)況流量值偏差將很大。

5.案例

案例：某礦地面泵站使用孔板流量計,孔板水柱 差壓為 225 mm H2O (1 mm H2O =9.8 Pa),管道負(fù)壓 為-28.4 kPa,濃度23%,溫度18 C ;當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?94 kPa,管道為DN600,孔板系數(shù)為10.617 6。試計 算標(biāo)況混合流量和純流量？

計算過程如下：

1)絕壓。

以下將壓力、濃度及溫度在流量計算中不修正 引起的流量誤差做一匯總(表1)。

因此，對于瓦斯抽采用人工孔板計量比對,標(biāo)況 流量計算必須考慮壓力、濃度、溫度的修正系數(shù)。

作為在線計量的各種流量傳感器，一般要求流 量誤差不大于±3%F.S.。如不對孔板按照標(biāo)準(zhǔn)公式 計算，其偏差將動輒在10%以上,將失去對比意義。

6.人工對比常見問題

煤礦瓦斯抽采計量常常需要對比多種儀器的測 量值，以掌握傳感器的運(yùn)行穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

由于瓦斯抽采工況的波動性，對比工作應(yīng)遵循 同點同時的原則，即應(yīng)將2種以上傳感器安裝在相 近位置，同時進(jìn)行取樣和對比，才能得到較真實的 對比結(jié)果。

由于孔板流量計算涉及到壓力和濃度修正，因 此應(yīng)準(zhǔn)確測量瓦斯的濃度和壓力。

測量瓦斯?jié)舛瘸Ｒ姷膯栴}有：

1）管道內(nèi)濃度低于10%,卻選擇高濃度光學(xué)瓦 斯鑒定器測量，造成測量量程誤差。

2）高負(fù)壓狀態(tài)應(yīng)用抽氣筒多次抽取氣樣，卻用 常壓下使用的橡膠吸氣球取氣,造成取樣誤差。

3)差壓較小時，用水銀柱而不是用水柱測量差 壓，造成誤差。

4）估計而非測量當(dāng)?shù)卮髿鈮?，計算管道氣體絕 壓時形成誤差。

7.孔板維護(hù)中存在的問題

孔板處于完好狀態(tài)是孔板準(zhǔn)確計量的前提。但 現(xiàn)場維護(hù)經(jīng)常存在以下幾個問題：

1)孔板系數(shù)因管理不善被記錯誤用。

2）由于瓦斯抽采管道塵大、水大，孔板前端常積 水、積塵、積存大量雜物,使得孔板系數(shù)嚴(yán)重失真。

3)孔板一旦安裝，大部分會在井下長期使用。 孔板在瓦斯中塵粒及碎煤屑的長期高速沖刷之下， 孔板內(nèi)孔前緣的銳角將會被打磨成圓角，孔板表面 的粗糙度將會變大，將會造成孔板系數(shù)顯著變化。 但用戶做不到定期在實驗室里重新核定孔板系數(shù)。 常用進(jìn)廠時孔板廠家提供的原始孔板系數(shù)進(jìn)行計算。 上述情況造成孔板計量流量誤差加大。

8.結(jié)語

孔板計量瓦斯流量結(jié)構(gòu)簡單，成本低，計量穩(wěn) 定；但真正用好，做到長期準(zhǔn)確計量，需要嚴(yán)格按照 技術(shù)規(guī)范選型、安裝、使用，同時要掌握準(zhǔn)確的孔板 系數(shù)，計算必須進(jìn)行各種修正。管理上必須進(jìn)行正 常維護(hù)，定期清理孔板及管道內(nèi)的積塵、雜物，對于 容易積水的孔板位置，應(yīng)安裝自動放水器。定期進(jìn) 行孔板系數(shù)的驗證。對于超過一定年限的孔板，應(yīng) 及時報廢處理。因此應(yīng)引起瓦斯抽采檢測專業(yè)人員 的高度重視。