瓦(wa)斯抽(chou)采準确計量是(shi)瓦斯抽采(cai)達标評價(jia)的前(qian)提。由(you)于抽采環(huan)境極端惡(e)劣，高(gao)塵、高(gao)濕、高負壓(ya)，多數瓦(wa)斯(si)流量(liang)傳感器使用中(zhong)存在種(zhong)種(zhong)問題，常常(chang)需要進行(hang)現場比(bi)對，而孔闆流(liu)量計 是最(zui)傳統的現(xian)場比(bi)對基(ji)準(zhun)。通(tong)過煤(mei)礦瓦(wa)斯(si)抽(chou)采檢測計(ji)量儀(yi)器的(de)技術(shu)應用及研(yan)究，在流(liu)量傳感(gan)器應(ying)用過程中，發現孔闆流量(liang)計因(yin)其結(jie)構簡單、性(xing)能(neng)穩定、操(cao)作方(fang)便，在(zai)煤礦(kuang)瓦斯(si)抽采檢測(ce)計量領域(yu)得以(yi)普遍應(ying)用，應用(yong)其他(ta)檢(jian)測流量(liang)的傳(chuan)感器時還(hai)常常以孔闆測(ce)量結(jie)果作(zuo)爲基(ji)準[1]。在煤礦瓦斯(si)抽采(cai)計(ji)量領域(yu)，煤礦(kuang)普遍選擇(ze)标準孔闆作爲(wei)瓦斯抽采(cai)流量的計(ji)量手段，目(mu)前多(duo)依(yi)靠人工(gong)定期(qi)觀測“U”型差(cha)壓計的差壓水柱高(gao)度(du)、用(yong)光學(xue)瓦檢儀檢測瓦(wa)斯濃(nong)度、用“U”型差(cha)壓計的差(cha)壓水(shui)銀柱(zhu)高(gao)度(du)測量(liang)負壓、用氣壓表測量(liang)當(dang)地(di)大氣(qi)壓、通過公(gong)式人工計(ji)算管(guan)道瓦(wa)斯标況流(liu)量。但多個用戶因種(zhong)種原因，并(bing)不能(neng)正确(que)使用孔闆(pan)流量(liang)計測(ce)量瓦斯流(liu)量，緻使測(ce)量結(jie)果誤差特(te)别大，無(wu)法與其(qi)他測量方(fang)式對比，根(gen)本(ben)不能作(zuo)爲檢(jian)測結果計(ji)量瓦(wa)斯(si)流量[2-3]。常(chang)見問題有孔闆(pan)選型(xing)、孔闆(pan)制造(zao)、孔闆(pan)安裝(zhuang)位置(zhi)選取(qu)和安裝不(bu)符合要(yao)求(qiu)、孔闆(pan)計算(suan)等(deng)4類[4]。
1孔闆(pan)在選(xuan)型中(zhong)的問題
　　常(chang)見孔(kong)闆流(liu)量計的(de)量(liang)程比(bi)爲1:3～1:4。在此之間的(de)流量(liang)值測(ce)量正(zheng)确性相對高。低(di)于測量下(xia)限孔(kong)闆自身誤(wu)差和(he)人工讀取誤差(cha)加大(da)，高于測量(liang)上限，孔闆自身誤差加(jia)大，同時(shi)流體(ti)流(liu)過孔闆(pan)的永久壓(ya)力損(sun)失随流體的速(su)度平(ping)方急(ji)劇增(zeng)大，導緻(zhi)抽(chou)采效(xiao)率降低，能耗加(jia)大。人工孔(kong)闆的(de)理想水柱(zhu)高差(cha)爲10～100mm。孔闆生(sheng)産商(shang)常常通過調整(zheng)孔闆(pan)開孔比控(kong)制水(shui)柱(zhu)高差範(fan)圍[5]。
　　用戶在選擇孔闆(pan)時(shi)，如(ru)果不(bu)清楚(chu)選型(xing)原則，将導(dao)緻(zhi)要(yao)麽在(zai)孔闆的測(ce)量下(xia)限，要(yao)麽在孔闆(pan)測量上(shang)限(xian)，嚴重影響計量精度(du)。
　　因此選擇孔闆(pan)需要(yao)根據檢測(ce)的流量大(da)小設(she)計合(he)适(shi)的(de)水柱(zhu)差壓範(fan)圍。煤礦(kuang)瓦斯抽(chou)采(cai)水柱(zhu)差壓一(yi)般(ban)靠人(ren)工觀(guan)測(ce)，常以mm爲(wei)分度(du)值，即肉眼能分(fen)辨的(de)刻度(du)線爲毫(hao)米。由于(yu)瓦斯抽(chou)采流量(liang)是随時(shi)波(bo)動的(de)，加之(zhi)玻璃(li)管内(nei)水柱液(ye)面(mian)爲凹(ao)面，所(suo)以水柱高(gao)差頂多(duo)能估讀到小數點(dian)後1位(wei)。因此5mm以下的水(shui)柱高(gao)差應(ying)避免(mian)作爲計量依據(ju)。
　　事實上，多個煤(mei)礦用(yong)戶因選型不當，或實(shi)際瓦(wa)斯抽采量(liang)比預(yu)期小得多(duo)時，孔(kong)闆水柱高(gao)差在0～1mm，甚至在(zai)0.2mm以下，觀(guan)測工直(zhi)接(jie)把水柱高(gao)差計作1mm。導(dao)緻誤(wu)差特(te)别大。
　　在其他參數相(xiang)同前提下(xia)，0.5mm水柱高被(bei)讀(du)作1mm水柱(zhu)高的(de)誤差，經計(ji)算約大(da)實際值(zhi)41.4％，即：

2孔闆制(zhi)造誤(wu)差造(zao)成(cheng)的誤差(cha)
　　 标準孔闆(pan) 制造(zao)尺寸(cun)及公差國(guo)家有(you)相應(ying)的标準。煤礦一般選(xuan)擇的标準孔闆(pan)由制(zhi)造商提供(gong)。實際上(shang)部(bu)分制造商在加工孔(kong)闆時認爲(wei)孔闆簡單(dan)，煤(mei)礦(kuang)用戶(hu)也不具備(bei)檢驗和試(shi)驗條件，常(chang)常尺寸和(he)形位公差(cha)控制不嚴(yan)格，也不具(ju)備标(biao)定條(tiao)件，尺寸超(chao)差嚴重(zhong)，進口處(chu)倒角(jiao)誤(wu)差(cha)較大(da)[6]，也能通過驗收，導緻(zhi)制(zhi)造造成(cheng)孔闆(pan)誤差(cha)。
3孔闆(pan)安裝(zhuang)位(wei)置選擇(ze)造成的誤差
标(biao)準孔闆(pan)安裝有(you)一定的要求[7-8]：
1）直(zhi)管段(duan)要求(qiu)，按計(ji)算書計算出安裝孔闆時要求(qiu)的前(qian)後直(zhi)管段(duan)長度(du)，通(tong)常爲前(qian)20D後10D（D是指孔(kong)闆的(de)通徑(jing)）安(an)裝(zhuang)節流(liu)裝置[9-10]。
2）直流件裝置在(zai)管道中，其(qi)前端(duan)面必(bi)需與(yu)管道(dao)軸(zhou)線(xian)垂直(zhi)，允許的最(zui)大不(bu)垂直度不得超(chao)越±1°。
3）節流件(jian)裝置(zhi)在管(guan)道中後，其(qi)開孔(kong)必(bi)需(xu)與管道同(tong)心(xin)，其(qi)允許(xu)的最大(da)不同心(xin)度ε不得超(chao)越：ε≤0.015D（1/β－1）。
4）墊(nian)片不能用(yong)太厚(hou)的材(cai)料，最好不(bu)超過(guo)0.5mm，墊(nian)片(pian)不能突出(chu)管壁内，否(fou)則會引起(qi)很大(da)的測量誤(wu)差。
5）調(diao)節流量(liang)用(yong)的閥(fa)門，應(ying)裝(zhuang)在(zai)節流(liu)件前(qian)後(hou)最(zui)小直管段長度以外(wai)。現場(chang)孔(kong)闆(pan)常常(chang)因位置狹小，造(zao)成前後水(shui)平直(zhi)管段長度滿足(zu)不了(le)前20D後(hou)10D的要求，閥門(men)的位置(zhi)距離孔闆(pan)也不滿足(zu)要求(qiu)。由于(yu)井下管道(dao)安裝條件差，直流件(jian)、節流(liu)件及墊片(pian)使用誤差會超(chao)過要(yao)求。導(dao)緻孔闆測(ce)量誤差加(jia)大。安裝方式及要求如圖1。

　　實(shi)際工作(zuo)中，由于(yu)人(ren)工孔(kong)闆監(jian)測靠人工(gong)每隔(ge)一段(duan)時間(jian)讀數(shu)1次，把每次(ci)計算出的(de)數據作爲這個時間(jian)段的平(ping)均(jun)流量(liang)，而實(shi)際(ji)瓦斯抽(chou)采過程中(zhong)抽采參數随(sui)時(shi)存在(zai)波動，1個瞬(shun)時流量代(dai)表1個(ge)波動(dong)流量，畢竟(jing)存在(zai)較大(da)誤(wu)差；多個(ge)煤礦逐(zhu)步(bu)使用在線(xian)流(liu)量(liang)傳感(gan)器連續監測計(ji)量瓦斯(si)抽(chou)采參(can)數；考慮到在線流量傳感器也(ye)也需(xu)要周期校(xiao)準，一般仍保留(liu)人工孔闆(pan)流量(liang)計做(zuo)周(zhou)期比對(dui)用。常(chang)見有(you)以下(xia)2種安裝(zhuang)方(fang)式（圖(tu)2、圖3）。


　　比(bi)較2種布置(zhi)方式，可(ke)以分析(xi)出後者(zhe)存(cun)在一(yi)定的(de)問題：
1）2種流(liu)量檢(jian)測方式做對比(bi)時必須先(xian)做其中(zhong)1個，後做另外(wai)1個，無法做(zuo)到同步(bu)。
2）氣(qi)流經(jing)過的(de)路(lu)徑(jing)不同(tong)，沿程(cheng)和(he)局(ju)部阻(zu)力損(sun)失不一樣(yang)，造成同(tong)樣(yang)的抽(chou)采條(tiao)件，經過2種(zhong)流量(liang)計的(de)流量(liang)大小(xiao)不同。
3）做孔(kong)闆計(ji)量時，隻能(neng)關閉(bi)在線(xian)流量(liang)傳感(gan)器前(qian)端的閥門(men)，在線(xian)流量(liang)傳感器(qi)監(jian)測流(liu)量爲(wei)0，且持續1個(ge)孔闆對(dui)比(bi)時間，造成抽(chou)采量計(ji)量損失(shi)。
4）需要開(kai)閉至少上下2個(ge)閥門(men)，增加了現場人(ren)員的工作(zuo)量。
而前者即串(chuan)聯式布(bu)置(zhi)，不存(cun)在上述問(wen)題，因此推(tui)薦串聯布(bu)置方式。
4孔(kong)闆計(ji)算
　　孔闆計算在(zai)煤礦瓦斯抽采(cai)檢測(ce)領(ling)域(yu)一直(zhi)有多個(ge)方(fang)法，但基本歸(gui)結2大類(lei)：
1）MT/T642—1996管道瓦斯抽放(fang)綜合(he)參數測定(ding)儀技(ji)術條(tiao)件規(gui)定了瓦斯抽采(cai)标準狀況(kuang)混合流量(liang)計(ji)量計算(suan)公式爲[11]：

　　式(shi)中：QH爲管道混合氣體(ti)流量，m3/min；Kk爲孔闆系數，Pa-0.5m3/min；△hk爲(wei)孔闆前後(hou)端壓差，Pa；δx爲(wei)瓦斯濃度校正系數(shu)；δp爲壓(ya)力校(xiao)正系數；δT爲(wei)溫(wen)度校正(zheng)系數；x爲(wei)混合氣(qi)體中(zhong)瓦斯(si)濃度(du)，％；pJ爲管道(dao)内氣體(ti)絕對壓力，Pa；t爲氣(qi)體溫(wen)度，℃。

　　式中：Qc爲(wei)标況純流量。
　　這(zhe)是業(ye)内(nei)通用的(de)計算公(gong)式。
2）在很(hen)多煤(mei)礦(kuang)用(yong)戶，常(chang)常使(shi)用(yong)該公式(shi)的簡易(yi)公(gong)式計(ji)算混(hun)合(he)流量，如(ru)下：

　　采用該(gai)公式(shi)，如果(guo)用(yong)于測量(liang)常壓(ya)下(xia)通(tong)風管路，誤(wu)差倒不太(tai)大。但是用在瓦斯抽(chou)采(cai)的負壓(ya)側，計(ji)算出(chu)的流量值(zhi)與實際标(biao)況流量值偏差将很(hen)大(da)。
5案例
案(an)例：某礦地面泵(beng)站使用孔闆流(liu)量計，孔(kong)闆水柱差壓(ya)爲225mmH2O（1mmH2O=9.8Pa），管(guan)道負(fu)壓爲－28.4kPa，濃度(du)23％，溫度(du)18℃；當地(di)大氣壓爲(wei)94kPa，管道爲DN600，孔(kong)闆系數爲(wei)10.6176。試(shi)計(ji)算标(biao)況混(hun)合(he)流(liu)量和純流量？
計算過(guo)程如下：
1）絕(jue)壓
pJ＝當地大氣壓(ya)－管道(dao)負壓＝94－28.4＝65.6kPa
2）壓力(li)修正系數(shu)。

　　以下将壓(ya)力、濃度及溫度在流(liu)量計算中(zhong)不修正引起的(de)流量誤差(cha)做一(yi)彙總（表(biao)1）。

　　因此，對(dui)于瓦斯抽采用(yong)人工孔闆計量比對(dui)，标(biao)況(kuang)流量(liang)計算必須(xu)考慮壓力、濃(nong)度、溫度(du)的修正系數。
作爲在(zai)線計量的(de)各種(zhong)流量(liang)傳感(gan)器，一(yi)般要求流(liu)量誤差不(bu)大于(yu)±3％F.S.。如不(bu)對(dui)孔(kong)闆按(an)照标準(zhun)公(gong)式計算，其(qi)偏(pian)差(cha)将動(dong)辄在(zai)10％以(yi)上，将失(shi)去對比意義。
6人(ren)工對(dui)比常(chang)見問(wen)題
　　煤礦(kuang)瓦斯抽(chou)采計量常常需要對(dui)比多種儀(yi)器的測量(liang)值，以(yi)掌握(wo)傳感器的(de)運行穩定(ding)性和(he)精度。
由(you)于瓦斯(si)抽采工況的波(bo)動性，對比工作(zuo)應遵(zun)循同點同(tong)時的(de)原(yuan)則(ze)，即應(ying)将2種(zhong)以上(shang)傳感(gan)器安(an)裝(zhuang)在相近(jin)位置，同(tong)時進行(hang)取樣(yang)和對(dui)比，才(cai)能得到較(jiao)真實(shi)的對比結(jie)果。
　　由(you)于孔(kong)闆流(liu)量計(ji)算涉(she)及(ji)到壓力(li)和濃度(du)修正，因此應準确測量(liang)瓦斯的濃(nong)度和(he)壓力(li)。
測(ce)量瓦斯(si)濃度(du)常見的問題有：
1）管道内濃(nong)度低于10％，卻(que)選擇(ze)高濃度光學瓦(wa)斯鑒定器測量(liang)，造成(cheng)測量(liang)量程(cheng)誤差。
2）高(gao)負(fu)壓狀态應(ying)用抽氣筒(tong)多次抽(chou)取(qu)氣樣(yang)，卻用常壓下使(shi)用的橡(xiang)膠(jiao)吸氣球取(qu)氣，造成取(qu)樣誤差。
3）差(cha)壓較(jiao)小時，用水(shui)銀柱(zhu)而不(bu)是(shi)用(yong)水柱測量(liang)差壓，造成(cheng)誤差。
4）估計(ji)而非(fei)測量當地大氣(qi)壓，計(ji)算(suan)管道氣(qi)體絕(jue)壓時形成(cheng)誤差(cha)。
7孔闆(pan)維護(hu)中存(cun)在的(de)問題(ti)
孔闆(pan)處(chu)于完好狀态(tai)是孔(kong)闆準(zhun)确計量的前提。但現場(chang)維護經(jing)常存(cun)在(zai)以(yi)下幾(ji)個問題：
1）孔(kong)闆系(xi)數因(yin)管(guan)理不善(shan)被記(ji)錯誤用。
2）由(you)于瓦斯抽采管(guan)道塵大、水大，孔(kong)闆前端常(chang)積水(shui)、積塵(chen)、積(ji)存大量(liang)雜物，使得(de)孔闆(pan)系數(shu)嚴(yan)重失真(zhen)。
3）孔闆一旦(dan)安裝，大部分(fen)會(hui)在井(jing)下長(zhang)期(qi)使(shi)用。孔闆在(zai)瓦斯中塵(chen)粒及碎煤屑的(de)長期高速沖刷(shua)之下，孔闆内孔(kong)前緣(yuan)的(de)銳角将(jiang)會被打(da)磨(mo)成圓(yuan)角，孔(kong)闆表面的(de)粗糙(cao)度将會變(bian)大，将(jiang)會(hui)造成孔(kong)闆系數(shu)顯(xian)著變(bian)化。但(dan)用戶做不(bu)到定期在(zai)實驗(yan)室裏(li)重新(xin)核定(ding)孔闆(pan)系數。常用(yong)進廠(chang)時(shi)孔闆廠(chang)家提供(gong)的(de)原始(shi)孔闆(pan)系(xi)數(shu)進行(hang)計算。
上(shang)述(shu)情況(kuang)造成孔闆計量(liang)流量誤差(cha)加大(da)。
8結語(yu)
　　孔闆(pan)計量(liang)瓦斯(si)流(liu)量(liang)結構(gou)簡單，成本低，計(ji)量穩定(ding)；但(dan)真正用好(hao)，做到長期(qi)準确計量，需要(yao)嚴格(ge)按照技術(shu)規範選(xuan)型、安裝、使用(yong)，同(tong)時要掌(zhang)握準确的(de)孔闆系數(shu)，計算必須(xu)進行各(ge)種(zhong)修正。管理(li)上必須進(jin)行正常維(wei)護，定期清理孔(kong)闆及(ji)管道内的(de)積塵(chen)、雜物，對于容易(yi)積水的孔(kong)闆位(wei)置，應(ying)安裝自動(dong)放水器。定(ding)期進(jin)行孔(kong)闆(pan)系數的(de)驗證。對(dui)于(yu)超過一定(ding)年限的孔(kong)闆，應(ying)及時(shi)報廢處理(li)。因此(ci)應引(yin)起瓦斯(si)抽采檢(jian)測專(zhuan)業人員的(de)高度重(zhong)視(shi)。

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