摘　要：差壓(ya)式孔闆流(liu)量計 目前(qian)仍是我國(guo)進行天然(ran)氣流量計(ji)量的主導(dao)流量🏃‍♀️計👉,截(jie)至2025年12月氣(qi)田應用該(gai)型流量計(ji)總量近300套(tao)。SY/T6143-1996“天然🚩氣流(liú)量的标準(zhǔn)孔闆計量(liàng)方法”标準(zhun)中認爲,天(tiān)然氣流量(liàng)測🌂量不确(que)定度主要(yao)由3個🈚方面(mian)引起:流量(liang)計算方程(chéng)描述流動(dòng)狀态真實(shi)性的不确(que)定因素;被(bei)測介👣質實(shí)際物理性(xìng)質的不确(que)定度因素(su);測量中重(zhong)要設備的(de)不确定度(dù)因素。爲此(cǐ),從以上3個(gè)方面對差(chà)壓式孔闆(pǎn)流量計進(jìn)行了不确(que)❌定度研究(jiū)和實驗,包(bāo)括流㊙️出系(xì)數、孔闆技(ji)術指🤩标的(de)變化對天(tiān)然氣流量(liang)的影響,可(kě)膨脹系數(shu)、二次儀表(biao)的不🏃🏻‍♂️确定(ding)度、天然氣(qi)🥰組分👌變化(hua)、天然氣含(han)水🔱對天然(ran)氣流量的(de)影響,并就(jiu)這些誤差(chà)因素分别(bie)從節流裝(zhuāng)置的選擇(ze)、脈動流的(de)改善、規範(fan)❓各項規章(zhāng)制度、建立(lì)量值溯❌源(yuan)體系等方(fāng)面提出了(le)建議。
　　我國(guo) 天然氣流(liú)量計 量目(mu)前仍以差(chà)壓式孔闆(pan)流量計爲(wei)主,僅氣田(tian)目前就有(you)近300套。由于(yu)孔闆流量(liang)計的誤差(chà)影響因素(su)較多,往往(wang)🐇造成計量(liang)不确🌈定度(du)增大。通過(guò)在氣田近(jin)幾年💋的使(shi)用與研究(jiu),在孔闆☔流(liú)量計的誤(wù)差🐉研究方(fang)面積累了(le)一些使用(yong)經驗💚,提出(chū)了相應的(de)對策予以(yi)改善👈或消(xiao)除,以期對(dui)同行有所(suǒ)裨益。
一、誤(wu)差來源分(fen)析
　　天然氣(qi)流量測量(liàng)中的不确(què)定度主要(yào)來源于以(yǐ)下3個方面(miàn):①流量計算(suàn)方程中描(miáo)述流體流(liú)動狀态的(de)真實性不(bú)确定度因(yin)素;②被測介(jiè)質實際物(wu)理性質(物(wu)性因素)的(de)不确定度(dù)因素;③測量(liàng)中㊙️重要設(shè)備的不确(què)定度因素(su)。
針對以上(shang)3方面因素(su)做具體分(fèn)析如下。
1.流(liú)量計算方(fang)程中描述(shù)流體流動(dong)狀态的真(zhen)實性
的不(bú)确定度因(yīn)素
(1)流出系(xì)數C
計算公(gong)式爲:

(1)流出(chu)系數C是在(zai)上遊直管(guan)段充分長(zhang)的實驗條(tiáo)件下⭐,并且(qie)🏃🏻‍♂️孔❤️闆節流(liu)裝置在滿(man)足規定的(de)技術指标(biāo)下進行校(xiao)準标定的(de),才具🈲有計(jì)量特性。
當(dāng)氣流流束(shù)在孔闆前(qian)1D處完全充(chōng)滿管道,且(qiě)爲紊流狀(zhuang)态時,流出(chu)💘系數C的百(bai)分誤差爲(wèi):

設有一套(tào)法蘭取壓(yā)的孔闆測(ce)量裝置,D=50mm,設(she)計β=0.5刻度流(liú)❄️量時的ReD0=1×106,設(she)ReD1=2×104、ReD2=5×104、ReD3=1×105、ReD4=1×107、ReD5=1×108、ReD6=1×108,經過查表(biǎo)或計算得(de)出C0=0.6034;C1～C6見表1,δ=(Ci-C0)/C0。

(2)由(yóu)上例可以(yǐ)看出:當速(sù)度剖面較(jiao)充分發展(zhan)的速度剖(pou)㊙️面尖時(雷(lei)諾數小),流(liú)出系數會(hui)變大,當速(su)度剖面🏃較(jiào)充分發展(zhǎn)的✉️速度剖(pōu)面平時(雷(léi)諾數大),流(liú)出系數會(huì)變小。流出(chū)系數C随着(zhe)流量的♻️增(zēng)大而減小(xiao),實際流✊量(liang)越小于刻(ke)度流量🍓,則(ze)流出系🙇‍♀️數(shù)C引起的流(liú)量誤差💃🏻會(huì)越大。
(3)孔闆(pǎn)流量計的(de)流出系數(shù)C不是一個(ge)固定值,它(tā)随雷🌈諾數(shu)的🏃‍♂️變化而(ér)變化,但是(shì)當雷諾數(shù)增大到某(mou)一數值時(shí),變化量減(jiǎn)小。對于法(fǎ)👈蘭取壓,雷(léi)諾數應該(gāi)在106以上,對(duì)于角接取(qu)壓,雷諾數(shu)應在2×105以上(shang)。
流量測量(liang)不确定度(du)中和流出(chu)系數有關(guan)的相關項(xiang)爲孔🈲闆開(kai)孔直徑,大(dà)小爲δd/d=±0.07%,測量(liang)管直徑,大(da)小爲δD/D=±0.4%,β值允(yǔn)許0.75≥β≥0.2。據👈公式(shi)計算出C的(de)變化範圍(wei)爲:±0.0197%～±0.1791%。
2.孔闆粗(cū)糙度、銳利(lì)度、平整度(dù)的影響
　　SY/T6143-1996對(dui)孔闆的直(zhí)角入口做(zuò)了嚴格的(de)規定,即:無(wú)卷口、無🐕毛(máo)邊、無目測(cè)可見的異(yì)常現象,并(bìng)且是尖銳(ruì)的直角,若(ruo)邊緣形成(chéng)圓弧,其🔴圓(yuán)弧🚶半徑rk≤0.0004d,孔(kong)闆開孔内(nèi)圓柱面與(yu)孔闆上遊(yóu)端面垂直(zhí),誤差小于(yú)±1°,粗糙度高(gao)度參數Ra≤0.0004d,且(qie)不影響尖(jian)銳度測試(shì)。
　　對于孔闆(pǎn)性能對流(liu)量的影響(xiǎng),做過相應(yīng)的對比試(shì)驗:分别取(qǔ)DN100mm的标準孔(kǒng)闆,編号爲(wei)GKF75761,經檢測其(qí)rk爲0.05mm(允許值(zhí)小于🙇🏻等于(yu)🚶0.04mm),GKF78790其粗🤩糙度(dù)高度參數(shù)爲Ra爲45μm(允許(xu)值小于等(deng)于40μm)。編号爲(wèi)GKF75007的各項指(zhǐ)标均符合(hé)要求的孔(kǒng)闆進行一(yi)相對穩定(dìng)的氣流測(cè)量,測試中(zhong)将不符合(hé)規格孔闆(pan)放在氣井(jing)單量裝置(zhi),标準孔闆(pǎn)放入氣🙇‍♀️井(jing)外輸裝置(zhì),忽略裝置(zhì)之間的差(cha)異,某單井(jǐng)🚶‍♀️一天天然(ran)氣流✉️量測(cè)👈試結果見(jiàn)表2。實驗🐪表(biǎo)明,忽㊙️略氣(qi)流的微小(xiao)波動,對于(yú)rk超差的不(bu)合格孔闆(pǎn)✊其計量誤(wù)差範圍爲(wei)🌏-2.81%～3.14%,Ra超差的不(bú)合格孔闆(pan)計量誤差(cha)爲-2.58%～2.72%,若rk、Ra超差(cha)嚴重則氣(qi)量偏差更(geng)大,甚至可(ke)達到10%。

3.被測(cè)介質實際(ji)物理性質(zhi)的不确定(ding)度因素
(1)标(biao)準中要求(qiú)流經天然(ran)氣的流體(ti)爲氣流必(bì)須是單相(xiang)的牛頓流(liú)體。若氣體(ti)含有質量(liàng)分數不超(chāo)過2%的固體(ti)或液體微(wei)粒,且呈均(jun)勻分散狀(zhuàng)态,也可被(bei)認爲是單(dan)相的🍓牛頓(dùn)流體。
　　在實(shí)際使用中(zhōng),從井口到(dao)計量管線(xiàn)的過程中(zhong),天然氣通(tong)常攜帶一(yi)定量的水(shuǐ)、脫水劑和(he)凝結液。這(zhe)些液體來(lái)自分離效(xiào)♉果差的分(fèn)💋離器和負(fu)荷大的脫(tuō)水單元,當(dāng)流動溫度(dù)和壓力變(biàn)化時,氣體(tǐ)中的重烴(tīng)組分也會(huì)凝析📱出來(lái)。
　　實驗爲将(jiāng)經過标準(zhun) 渦輪流量(liàng)計 計量的(de)天然氣在(zài)通過注水(shui)管注水後(hòu)用 孔闆流(liú)量計 進行(háng)計量。其結(jié)論爲:①用孔(kong)闆流量計(jì)測量氣體(tǐ)流量,當氣(qì)體🐅中夾帶(dài)少量液體(ti)時,流量測(cè)量不确定(dìng)度偏高,測(ce)量的濕氣(qi)流量🥵随β的(de)增加而減(jiǎn)少,在β比爲(wei)0.7時,測得的(de)流量偏差(cha)爲-1.7%;②當夾帶(dài)少量液體(tǐ)時⛹🏻‍♀️,在β比爲(wèi)0.5時表♊明孔(kong)闆性能較(jiao)好,但是應(ying)将夾帶液(ye)體在孔闆(pan)上遊脫出(chū),以獲得✨最(zui)佳的計量(liàng)👣性能;③用舊(jiu)的孔闆流(liu)量計測量(liang)濕氣,流量(liang)計量值将(jiang)降低3%。
　　這項(xiàng)研究結果(guǒ)說明,天然(ran)氣在進入(rù)計量裝置(zhi)以前,如果(guǒ)要獲得🎯非(fei)常好的計(jì)量性能,應(yīng)完全脫除(chu)天然氣中(zhōng)所含的水(shuǐ)😄分,對于日(rì)處理氣量(liàng)近百萬立(li)方米的集(jí)氣⭐站,這一(yī)點非常重(zhòng)要。
2)可膨脹(zhàng)系數(ε)

式中(zhōng):κ表示等熵(shāng)指數。
　　可膨(peng)脹系數的(de)百分誤差(cha)爲:(±4Δp/p1)%。由于誤(wu)差系數的(de)影響,如被(bèi)測系統壓(ya)力低到4Δp/p1可(ke)以和β比較(jiào),被測系統(tǒng)壓力将直(zhi)接影響到(dào)測試正确(què)率。當被測(cè)系統壓力(lì)爲高壓系(xi)統時,可以(yǐ)🌈忽略該項(xiang)誤差。目前(qian)在☁️天然氣(qì)計量中差(chà)壓一般在(zai)500～50000Pa範圍内,靜(jìng)壓在📧1～10MPa範圍(wei)内。因此ε的(de)誤差🏃‍♂️最小(xiǎo)爲±0.0002%,最大爲(wèi)±0.2%(甚至會更(geng)大)。
(3)天然氣(qì)相對密度(dù)的影響
　　密(mi)度參數是(shi)天然氣測(cè)量中極爲(wei)重要的物(wu)性參數🌏,密(mi)🐇度測🛀🏻量的(de)不确定度(dù)對整個測(cè)量系統的(de)不确定度(dù)有🈲着很大(da)影響,目前(qian)國🔴内普遍(biàn)采用測量(liang)氣流壓力(li)、氣流溫度(dù)和定時取(qu)樣得到氣(qi)流全組分(fen),由于壓力(li)溫度的波(bo)動,天然氣(qi)的相對密(mi)度并不是(shi)一個固定(dìng)值。密度不(bú)确定度估(gū)算公式爲(wèi):

　　根據計量(liang)條件估算(suan)密度帶來(lai)的不确定(dìng)度:當儀表(biao)精度🈲較低(dī)🏃‍♂️且運行在(zài)下限時,不(bu)确定度爲(wèi)±1.818%;反之不确(què)定度則在(zài)±0.793%,由此可見(jiàn)密度在流(liú)量測量中(zhōng)至關重要(yào)。所以爲了(le)準确進行(háng)天然氣計(jì)量,選用在(zài)線氣相色(se)譜儀進行(háng)組分在線(xiàn)分析是十(shí)🌈分必要的(de)。氣田在向(xiang)北京、陝西(xi)、甯夏以及(jí)西氣東輸(shu)供氣的外(wài)貿計量裝(zhuang)置上均采(cai)用了在線(xiàn)色譜,平均(jun1)5min采樣分析(xī)一次,能夠(gou)及時檢測(ce)到組分的(de)變化☂️情況(kuang),提高了計(ji)量精度。
4.測(ce)量中重要(yao)設備的不(bu)确定度因(yīn)素
　　該項不(bu)确定度因(yīn)素主要體(ti)現在孔闆(pan)β比選擇方(fāng)面、還包括(kuo)二次儀表(biǎo)的不确定(dìng)度:
(1)β比選擇(ze)
　　根據SY/T6143-1996中的(de)體積流量(liàng)不确定度(du)公式爲：

據(jù)式(4)可以計(jì)算出直徑(jìng)比β與流量(liang)不确定度(du)δQn/Qn的關系如(rú)表♻️3所示。

　　由(you)表3可以看(kàn)出,當其他(tā)參數不變(biàn)的情況下(xià),直徑比β的(de)變化♍對💜測(cè)量不确定(dìng)度的影響(xiang)是很大的(de),現場應用(yong)中,操作人(rén)員常根據(ju)氣量的變(bian)化來更換(huan)不同内徑(jìng)的孔闆來(lái)滿足使用(yòng)🏃要求,此時(shí),直徑比成(chéng)了影響正(zheng)确率的主(zhu)要可變❤️因(yīn)素。β與流量(liang)測量綜合(hé)不确定🌐度(du)的關系如(rú)圖1所示。結(jie)論爲:不确(què)定度基本(ben)随着β增減(jian)而增減,當(dāng)β小于0.6時,不(bu)确定度的(de)變化很小(xiǎo),基🛀本爲㊙️一(yi)條直線;随(suí)着β的增大(dà),不♉确定度(dù)迅速增大(dà),當β=0.75時,不确(que)💚定度達到(dao)最大。
(2)二次(ci)儀表的不(bú)确定度
　　由(yóu)于目前天(tiān)然氣計量(liang)大多采用(yong)計算機智(zhì)能化數據(jù)采集、數據(jù)處理A/D轉換(huàn)精度高,量(liang)化誤差的(de)影響可以(yi)忽略,差壓(yā)、壓力、溫♉度(dù)的測量由(yóu)于大量精(jing)度智能✔️化(hua)變送器的(de)應用使二(er)次儀表對(duì)整個流量(liàng)系統的誤(wù)差成爲了(le)非主要影(ying)響因素。

1)壓力儀(yi)表測量誤(wu)差:主要由(yóu)壓力測量(liang)儀表的精(jīng)度引起(儀(yí)表正确率(lǜ)受溫度變(bian)化影響)。采(cai)用3051T型變送(sòng)器在5.0MPa工作(zuò),溫度變化(hua)在30℃左右🐉。
溫(wēn)度影響:±0.15%;
　　最(zui)終精度爲(wèi):ζ=±0.225%(儀表校驗(yan)誤差爲±0.075%)。
2)差(chà)壓儀表測(ce)量誤差:主(zhu)要由儀表(biǎo)精度、儀表(biao)安裝位置(zhì)、導壓管引(yin)起。采用3051CD型(xing)變送器在(zai)5.0MPa工作,溫度(dù)變化在30℃左(zuo)右。
溫度影(yǐng)響:±0.075%;
　　靜壓力(li)影響:±0.15%;
　　安裝(zhuang)位置可通(tong)過零點調(diào)整予以消(xiāo)除。
　　其最終(zhōng)精度爲:ζ=±0.30%(儀(yí)表校驗誤(wù)差爲±0.075%);
　　導壓(ya)管引起誤(wu)差爲:±0.2%;
　　總體(tǐ)差壓誤差(chà)爲:±0.36%。
3)溫度儀(yi)表測量誤(wu)差:主要由(you)儀表精度(dù)和安裝位(wei)置正确性(xing)影響。
溫度(du)儀表精度(du)爲:ζ=±0.5%。
　　安裝位(wèi)置的影響(xiǎng)在标準規(guī)定範圍内(nèi)忽略不計(jì)。
(3)計量條件(jian)下天然氣(qi)流量測量(liang)的不确定(ding)度假定流(liú)量測♻️量裝(zhuāng)置♻️爲理想(xiang)狀态,已知(zhī)條件:天然(ran)氣外輸測(cè)量管D20=205mm;d20=103.76mm;p=4.50MPa;Δpmax=54kPa;溫度(dù)計上限爲(wei)🌈50℃,正确👈率爲(wèi)0.2級,壓力、 差(chà)壓變送器(qì) 正确率爲(wei)0.1級。據式(4)則(ze)有不确定(ding)度爲:

二、控(kòng)制誤差提(tí)高計量正(zheng)确率的方(fang)法
　　因爲天(tian)然氣流量(liàng)測量計算(suàn)的不确定(ding)度是在其(qí)他影響因(yin)素都🌈不存(cún)在附加誤(wù)差的情況(kuang)下計算得(dé)到🔅的,但是(shì)使用中由(you)于各種原(yuán)因會帶來(lai)一定的附(fu)加誤差,這(zhè)是需要消(xiao)除的。根據(jù)實際應用(yong)情況,提出(chū)以下控制(zhi)方法及建(jian)議。
1.孔闆節(jie)流裝置必(bi)須符合标(biao)準
　　孔闆節(jiē)流裝置在(zai)使用前的(de)安裝中應(ying)按照标準(zhun)安裝✨設⭕計(ji),根據孔闆(pan)前阻力件(jiàn)形式配接(jiē)足夠長度(dù)的直管㊙️段(duan),一般應至(zhì)少前30D,氣🏃🏻田(tián)在開發初(chū)期部分集(ji)氣站因爲(wei)設計原☂️因(yīn)流量計直(zhi)管段長度(dù)爲前10D後5D,造(zao)成㊙️天然氣(qì)計量輸差(cha)達到±5%～±8%,分析(xi)原因後經(jing)過技術改(gǎi)造♻️,計量管(guǎn)段改爲前(qián)30D後10D,使計量(liang)輸差降低(di)到±1.5%。
2.氣流中(zhong)存在脈動(dong)流的改善(shan)措施
　　天然(ran)氣從地層(céng)中采集後(hòu)經節流、分(fèn)離、淨化後(hou)一般能達(da)到均勻單(dān)相的牛頓(dùn)流體,在天(tian)然氣計量(liàng)中由于各(ge)種原因使(shi)天然♻️氣脈(mo)❗動,可以采(cai)取以下措(cuò)施減小脈(mo)動流的影(ying)🍉響。
(1)在滿足(zu)計量能力(lì)的條件下(xia),應選擇内(nèi)徑較小的(de)測量管,使(shi)Δp、β在🙇‍♀️比較高(gāo)的雷諾數(shu)下運行。
(2)采(cai)用短引壓(ya)管線,盡量(liang)減少引壓(ya)管線系統(tǒng)中的阻🐉力(li)件,并使上(shang)下遊管線(xiàn)長度相等(deng),以減少系(xì)統中産生(sheng)諧振和壓(yā)力脈動振(zhen)幅的增加(jia)。
(3)從管線中(zhōng)除去遊離(li)液體,管線(xian)中的積液(yè)引起的脈(mo)動可以🌈采(cǎi)用自動清(qing)管系統或(huo)低處安裝(zhuang)分液器來(lái)處理。
爲使(shǐ)天然氣具(jù)有最佳的(de)計量性能(néng),應将天然(ran)氣中的水(shui)分徹底脫(tuo)出。
3.加強計(jì)量管理、建(jiàn)立健全各(ge)項規章制(zhì)度
　　嚴格貫(guàn)徹執行SY/T6143-1996标(biao)準,确保裝(zhuang)置完全符(fu)合标準的(de)技術要求(qiú)。建立健全(quan)各項規章(zhang)制度,如定(ding)期維護制(zhì)度、周期送(sòng)檢制度,加(jiā)強對天然(rán)氣生産情(qíng)況的監測(ce),及時消除(chú)誤差。
　　在差(cha)壓式孔闆(pan)流量計日(rì)常使用過(guo)程中,要确(que)保準确的(de)✍️計量,還👉應(ying)至少每月(yuè)一次清洗(xǐ)檢測孔闆(pǎn)、檢查儀表(biao)零點🌈、儀表(biǎo)D/A轉換通道(dao)🥰、核對流量(liàng)計算程序(xu),對有坑蝕(shi)及劃痕的(de)孔闆應及(ji)時更換。氣(qì)田根據氣(qi)質的淨化(huà)程度,規定(ding)集氣站每(měi)月清洗檢(jiǎn)查一次孔(kong)闆,貿易交(jiao)接計量孔(kong)闆每半月(yue)和用戶一(yi)起檢查清(qing)洗一🙇🏻次,同(tong)時還配‼️備(bei)👄孔闆綜合(hé)測試儀定(ding)期對孔闆(pan)進行幾何(hé)尺寸檢定(ding),使集氣站(zhàn)單井計量(liang)輸差能有(you)效控制在(zài)±1.5%以内,貿易(yì)計量輸差(cha)在±1.0%以内。
4.量(liang)值溯源是(shi)确保天然(ran)氣計量正(zhèng)确率的有(you)效措施
(1)當(dang)孔闆節流(liu)裝置的一(yī)次裝置設(shè)計、制造、安(an)裝、檢驗和(he)使用完全(quan)符合SY/T6143-1996标準(zhun)中1～7章的全(quan)部技術要(yao)求時,即可(kě)達到幾🈲何(he)和流體力(lì)學相似,在(zai)此基礎上(shàng)可以執行(háng)單參數溯(su)源,節流裝(zhuāng)🤞置部分用(yòng)長度标準(zhun)進行幾何(he)尺寸幹檢(jiǎn),壓力、溫度(du)、時間或氣(qi)樣分析用(yòng)各自的标(biao)準器具或(huò)标準樣氣(qi)進行檢驗(yan),并将标準(zhǔn)器與國🤩家(jiā)基準建立(lì)🌂溯🌐源鏈。
(2)對(duì)用于貿易(yi)計量的孔(kǒng)闆流量計(jì)量裝置,建(jian)議流量計(jì)投入使用(yòng)🚶‍♀️前或使用(yòng)一段時間(jiān)後,進行實(shí)流檢定或(huo)校準,以保(bao)證一次儀(yi)表的正确(que)率。
(3)天然氣(qì)組成分析(xi)應采用GB/T13610規(gui)定的方法(fǎ)進行,标準(zhǔn)氣體應選(xuǎn)擇經國家(jiā)質量技術(shu)監督局考(kao)核合格的(de)、有合格證(zhèng)并标有❓不(bú)确定度⛱️的(de)标準氣體(ti),标氣正确(que)率應不低(di)于二級标(biao)準氣體(2.0%)。在(zài)條件許可(kě)的條件下(xia),應開展天(tiān)然氣在線(xian)組成分析(xī)和物性參(cān)數的在線(xiàn)測🌏定。
三、結(jie)束語
　　客觀(guan)地講,在采(cai)用孔闆流(liú)量計測量(liang)天然氣流(liu)量時,如✌️果(guǒ)對差壓☀️式(shì)孔闆流量(liang)計的一次(cì)裝置(孔闆(pan)節流👅裝置(zhì))和二😘次儀(yi)✂️表(差壓、靜(jìng)壓、溫度、天(tiān)然氣物性(xing)參數㊙️計量(liàng)器👌具等)配(pei)套儀表的(de)選擇、設計(jì)、安裝、使用(yòng)都嚴🎯格按(an)照有關标(biao)準進🥰行,并(bing)在受控狀(zhuàng)态下使用(yòng)時,其🤩流量(liàng)測量正确(que)率是可以(yǐ)控制在±1%～±1.5%範(fàn)圍内的。

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