为了全面掌握与管理井下瓦斯抽采情况，需要在总管、支管和各个钻场安设流量计。目前井下一般采用孔板流量计。孔板流量计由孔板、取压嘴和钢管组成，如图6 -78所示。孔板是一块具有圆形开孔并相对于开孔轴线对称的圆形薄板。不同管道内径的孔板，其结构形式是几何相似的。孔板流量计的工作原理如图6 -79所示。

    孔板流量计的工作原理是：中央开有锐角圆孔的一薄片插入水平直管中，当管内流动的流体通过孔口时，因流通截面突然减小，流速骤增，随着流体动能的增加，势必造成静压能的下降，由于静压能下降的程度随流量的大小而变化，所以测定压力差即可以知道流量。因流体惯性的作用，流通截面面积最小处是在比孔板稍微偏下的下游位置，该处的截面面积比圆孔的截面面积更小，这个最小的流通截面面积称为缩脉。缩脉的位置随Re而变化。如果不考虑通过孔板的阻力损失，在水平管截面1-1和截面2-2之间列出伯努利方程，则

 

整理得

 
 

  1-孔板；2-测量管；3-钢管

图6 78  孔板流量计及孔板结构

    在孔板流量计上安装U形管液柱压差计，是为了求得式(6-53)中的压差P1 -P2。但测压口并不是开在1-1和2-2截面处，而一般都在紧靠孔口的前后，所以实际测得的压差并非P1 -P2，以孔口前后的压差代替式中的P1 -P2,时，式(6-53)必须校正。设U形管液柱压差计的读数为h，指示液的密度为ρ指，管中流体的密度为ρ，则孔口前后的压差为h (ρ指 -ρ)g。同时，由于缩脉处的截面面积A2难以知道，而小孔的截面面积Ao是可以计算的，所以可用小孔处的流速u0来代替u2。此外，液体经过孔板时还产生一定的能量损失。综合考虑上述3个方面的影响，引入校正系数C，将u0实测压差代入得

 

根据连续性方程式

 

代人上式，整理得

 

并令

 

 

图6 -79孔板流量计工作原理

C0称为孔流系数，则得

 

    管路中的流量qv为

 

    由于所测h值与实际值有偏差，流体通过孔板时会产生局部阻力损失，流体的重度、黏度与孔板截面面积对流速分布均有影响，故上述方程式还无法直接应用，需要实验室的测定和修正。孔流系数C0的数值一般由实验室测定。当Re超过某个限定值之后，C0亦趋于定值。流量计所测定的流量范围一般应取在C0为定值的区域，其值为0.6~0.7。标准孔板测定的瓦斯混合流量的一般公式为

 

式中  Q-用标准孔板测定的混合瓦斯流量，m3／min；

    △h-在孔板前后端所测之压差，Pa;

    k-孔板流量特性系数，可以根据孔的面积与管路断面积之比（截面比）m及

    管路直径D从表6-36中查取；

    b-瓦斯浓度校正系数；

    x-管路内的瓦斯浓度，%；

    δp-压力校正数；

    pT-孔板上风端测得的绝对压力，kPa；

    δT-温度校正系数；

    t-管内测点温度，℃；

    m-截面比；

    D-管道直径，m；

    计算管内纯瓦斯流量的公式为

    Q纯=QX

    孔板流量计因构造简单，准确度高，被广泛应用，其缺点是流体经过孔口时的能量损失较大，大部分的压降无法恢复而失掉。

    对于D和D/2的取压孔板，采用下式计算混合瓦斯量：

 

表6 36孔板流量特性系数

 

    k=0. 01251αβ2εD2    (6- 61)

    β= d/D

式中  k-孔板流量计实际流量特性系数；

    Qc-工作状态下混合瓦斯的体积流量，m3／h；

    α-流量系数，与孔板直径比和雷诺数有关，见表6-37;

    β-孔板直径比；

    ε-流束膨胀系数；

    D-管道内径，mm；

    h20 -20℃时的压差，9.8 Pa；

    ρ-工作状态下孔板上游取压孔处的瓦斯密度，kg/m3。

表6-37 D和D/2取压孔板的流量系数

 

表6-37（续）

 

    雷诺数按下式计算：

 

式中M——工作状态下的质量流量，kg/h；

    ζ——工作状态下的瓦斯动力黏度，Pa·s，见表6-38。

表6-38在0℃和1个标准大气压时瓦斯与空气的混合气体动力黏度表  Pa·s

 

表6 38（续）    Pa·s

 

    D和D/2取压孔板适用的最小雷诺数Re Dmin，见表6-39。

表6-39 D和D/2取压孔板的最小雷诺数

 

 

式中△p——压差，Pa；

    p1——孔板上游侧取压孔的瓦斯绝对静压力，Pa;

    k——等熵指数，对于空气k=1.4，对于瓦斯，k=1.32。

    工作状态下，千瓦斯的密度可按下式计算：

 

式中ρ0——标准状态下的瓦斯密度，kg/m3；

    ρ——工作状态下的瓦斯密度，kg/m3；

    P1-工作状态下的瓦斯压力，Pa；

    T1——工作状态下的瓦斯温度，℃；

    To——标准状态下的绝对温度，To=273. 15  K;

    z-瓦斯压缩系数，在标准状态下，对于空气，z=1，对于瓦斯，z=0.998。

    干瓦斯在20℃和1个标准大气压(101325 Pa)状态下的密度见表6-40。

表6 -40甲烷与空气混合气体在20℃和1标准大气压下的密度值