随着(zhe)國内天然氣市(shi)場需求不斷增(zeng)加，天然氣對外(wài)依♍存度持🆚續走(zǒu)高，對國内天然(ran)氣的自采量增(zēng)幅提出了更高(gāo)的要求。山西的(de)非常規天然氣(qi)資源總量㊙️約占(zhàn)全⛱️ 國的1/3，煤層氣(qi)資源豐富，2020年全(quan)省煤層氣開采(cai)🌏量達到1×1010m3/a，在2025年将(jiāng)達到2×1010m3/a。渦輪流量(liàng)計
由流體推動(dong)葉輪 旋轉，從而(ér)産生與流量成(cheng)正比的🤩電脈沖(chong)信号🏒，具有精度(dù)高、重複性好、測(cè)量範圍廣等諸(zhu)多優點🔅。在天然(rán)氣🈲計量🆚的應用(yong)中，被測介質的(de)黏度、密度、髒污(wu)程度、管道安 裝(zhuāng)結❌構、脈動流和(he)組分等在不同(tóng)的場所各不相(xiang)同，綜合💯各種影(ying)響⚽因素後對渦(wo)輪流量計的計(jì)量準确度造成(chéng)較大影響。爲此(ci)，有🐉必要結合實(shí)地情況采取必(bì)要的計量修正(zheng)措 施，确保渦輪(lún)流量計計♉量精(jing)度，爲公平交📐易(yi)奠定堅實的基(jī)💯礎。
山西省A分輸(shū)站（上遊供氣公(gong)司）自2011年開始向(xiang)B分輸站（下遊用(yong)氣公司）供氣以(yǐ)來，供氣長期受(shòu)正供銷差困擾(rao)，始終未得以徹(chè)底解決（A分輸 站(zhan)至B分輸站長輸(shū)管🔴線長度約爲(wèi)2km）。爲此，以A分❓輸站(zhàn)長期貿易計量(liàng)交接的渦輪流(liú)量計爲對象進(jìn)行研究。該渦輪(lún)流量計距離🛀🏻上(shàng)遊非常近壓縮(suō)站僅7km，且地 形地(di)勢特🈲征高差較(jiao)大，在全省非常(cháng)🎯規☔天然氣上下(xia)遊🐇計量交接中(zhōng)具有代表性。綜(zong)合各種影響因(yīn)素💞的分析可知(zhi)，氣體組分和脈(mo)動流對計量的(de)精📱度有較大影(ying)響。本💜文通過實(shí) 際數據對比、AGA8-92DC方(fāng)法和脈動💋流定(ding)性📱影響分析對(dui)計量偏差進行(hang)研究，是山西省(sheng)非常規天然氣(qì)公平貿易的一(yi)項非常有意義(yì)的課題。
1渦輪流(liú)量計計量和換(huan)算原理
1.1計量原(yuán)理
流體通過渦(wo)輪流量計時，流(liu)速被轉換爲渦(wō)輪的轉速，轉速(su)再被轉換成與(yu)流量成正比的(de)電信号，非常後(hou)在計數器上進(jìn)行顯示和累計(jì)。目前，絕大多數(shu)渦輪 流量🌈計都(dōu)爲一體化智能(néng)流量計，除上述(shù)機械計量部分(fen)外，還包括1台✉️體(ti)積計算儀，依據(ju)實測工況流⛷️量(liang)、取壓口實測壓(yā)力、測溫口實測(cè)溫度及内部設(she)定的一些固定(dìng)💋參數 進行計算(suan)，将工況體積轉(zhuǎn)換爲可貿易交(jiao)接的天然氣體(ti)積，其原理如圖(tu)1所示。
1.2換算原理
1.2.1工(gōng)作條件下的體(tǐ)積流量計算實(shí)用公式
工作條(tiao)件下的體積流(liú)量計算實用公(gōng)式如式(1)所示：
式(shi)(1)中，qf爲工作條件(jiàn)下的體積流量(liang)，m3/s；f爲輸出工作頻(pín)率，Hz，由頻率計采(cai)💋集；k爲系數，m-3，可按(an)流量計銘牌給(gei)定值。
1.2.2标準參比(bi)條件下的體積(ji)流量換算實用(yòng)公式
标準參比(bǐ)條件下的體積(ji)流量換算實用(yong)公式如式🧑🏾🤝🧑🏼(2)所💃🏻示(shì)：
式(2)中，qn爲标準參(cān)比條件下的體(tǐ)積流量，m3/s；pf爲工作(zuò)條件下的絕對(duì)靜壓力，MPa；pn爲标準(zhun)參比條件下的(de)絕對靜壓🔞力， MPa；Tn爲(wèi)标準🏃♀️參比條件(jiàn)下的熱力學溫(wēn)度，K；Tf爲工作條件(jian)下的氣🚶體絕對(duì)溫度，K；Zn爲标準參(can)比條件下的氣(qì)體壓縮因子；Zf爲(wei)😄工作條件下的(de)氣體🌈壓縮 因子(zǐ)。
工作條件下的(de)壓力和溫度的(de)準确度取決于(yú)測量儀表。标準(zhǔn)🐇參比條件下的(de)絕對靜壓力爲(wèi)101.325kPa，熱力學溫♊度爲(wei)293.15K。輸出👌工作 頻率(lǜ)☀️由頻率計采集(ji)得到。在不考慮(lǜ)❌測量儀表測量(liang)✊誤差的基礎上(shàng)，研究範㊙️圍可進(jìn)一步🌐縮小，可主(zhu)要從天然氣組(zu)分對計量的影(ying)🔱響和脈動流對(dui)計量的🐇影響兩(liǎng)方面進行研究(jiū) [1]。
2天然氣組分對(dui)計量的影響
2.1條(tiao)件設定
非常規(gui)天然氣與天然(ran)氣相同，也是一(yī)種混合物，主要(yao)成分是烷烴，絕(jué)大多數是CH4，也含(han)有少量非烴類(lei)氣體，其組分在(zài)各采氣🈲區各不(bu)相同，但作爲影(yǐng) 響氣體壓縮因(yin)子的因素之一(yī)，目前在山西省(sheng)的計量交接點(diǎn)處很少進行在(zài)線分析，一般❌是(shi)在體積計算儀(yi)中㊙️輸入默認組(zǔ)分比例作爲💜換(huàn)算的依據（設計(jì)組分）。
氣體壓縮(suō)因子Zn在标準參(can)比條件下受介(jiè)質組分變🌂化☂️影(ying)響極👨❤️👨小（近似于(yú)1），但在高壓輸氣(qì)條件下，工作條(tiao)件下✔️的氣體壓(ya)縮因🐉子Zf受組分(fen)影響會發生 較(jiào)大變化。山西省(sheng)非常規天然氣(qi)的組分與典型(xíng)的天然氣組分(fen)（設計組分）相比(bi)🌂有較大變化，在(zai)高壓輸送計量(liang)中，氣體壓縮因(yīn)子的變化對計(jì)量準确度的影(yǐng)響已超出了其(qí) 本身的計量精(jing)度，其影響不可(ke)忽略。A分輸站2025年(nian)12月15日11:06的運行參(cān)數如表1所示。
2.2組(zǔ)分數據
設計組(zǔ)分選取典型天(tian)然氣組分，如表(biǎo)2所示。非常規天(tian)然氣🎯實🧡際組分(fèn)以A分輸站曆年(nián)實際氣質檢測(ce)報告結果爲依(yī)據☁️，如表3所示。
2.3理(lǐ)論分析組分對(dui)氣體壓縮因子(zǐ)的影響
壓縮因(yīn)子的求得方式(shì)有很多種，包括(kuò)儀器、理論計算(suàn)🌈方程、憑借😄經驗(yan)公式估算、Standing-Katz确定(ding)等[2]。GB/T17747.1 —2011《天然氣壓縮(suō)因子的計算🔴第(di)1部分：導㊙️論和指(zhi)南》推薦用AGA8-92DC和SGERG-88法(fa)。所研究分析的(de)介質已有曆年(nián)❓詳細的氣質組(zǔ)分，同時 考慮AGA8-92DC法(fa)精度高，因此選(xuǎn)用AGA8-92DC法并通過🧡VisualBasic編(bian)寫程序進行計(ji)算💔。
依據表2典型(xing)天然氣組分和(he)實際運行參數(shu)計算Zn/Zf，計算結果(guo)爲1.0864，輸入及輸出(chū)結果如圖2所示(shi)。
依據表3非常規(gui)天然氣實際組(zǔ)分和實際運行(háng)參數計算Zn/Zf，計算(suàn)結果如表4所示(shi)。
通過對比分析(xī)，采用設計組分(fèn)計算時氣體壓(yā)縮因子比📐值爲(wei)1.0864，而采用實際組(zǔ)分計算時爲1.0613，偏(pian)差爲2.365%。由此可知(zhī)，不調☀️整設計組(zu)分會導緻正2.365%的(de)供銷差。
2.4實際供(gòng)銷差數據
2011—2019年實(shí)際供銷差如表(biao)5所示。
2.5天然氣組(zu)分對計量結果(guǒ)的影響
将理論(lùn)計算與實際供(gòng)銷差數據進行(hang)對比，結果相近(jìn)，由此可知在假(jia)設條件和不考(kao)慮其他影響因(yīn)素時，受✏️非常規(gui)天然氣組分的(de)影響，計量值偏(pian)大，正偏差 值約(yuē)爲2.28%，對下遊接氣(qì)單位不利，給下(xia)遊單位的供銷(xiāo)差管理造成不(bu)利後果。
3脈動流(liu)對計量的影響(xiǎng)
脈動流的成因(yin)有很多，如在緊(jin)鄰增壓機出口(kǒu)處、控制閥頻繁(fan)操作時、管線振(zhèn)蕩時和管線中(zhōng)有漩渦等，有時(shi)壓力和溫📧度探(tàn)測器産生的渦(wo)街也會形成脈(mo)動流。其🏃特性是(shi)🔴介質流動不穩(wen)定，但周期性變(bian)化，流體在加速(su)❄️或減速過程中(zhōng)會影響葉輪旋(xuán)❌轉速，但葉🤟輪旋(xuan)轉相對滞後，通(tōng)俗可理解爲“慣(guan)性”，由此對流量(liang)計的準确計量(liàng)造成一定的影(ying)響。
3.1流量測量
現(xiàn)階段，脈動流的(de)直接測量還存(cún)在很大困難，但(dan)可通過誤差方(fāng)程分析、實驗室(shi)試驗和專業的(de)脈動流量誤差(chà)檢❌測設備檢測(cè)分析某一特定(dìng)脈動流的測量(liàng)誤 差💛。前兩種方(fang)法基于脈動流(liu)的振🧑🏽🤝🧑🏻幅和頻率(lǜ)的可測量性，振(zhèn)幅和頻率的測(ce)量可通過激光(guang)多普勒技術、熱(re)線風速儀法等(děng)。專業的脈動流(liú)量誤差檢測設(she)備已有設備制(zhì)造廠家 在生産(chan)。
3.1.1誤差方程分析(xī)
通過對機翼理(lǐ)論的研究，可列(lie)出涉及慣量、夾(jiá)角、葉輪半徑、角(jiǎo)速度等參數的(de)誤差運動方程(cheng)，通過編程✂️可求(qiu)得針對某🌏一特(te)定渦輪流量計(ji)的不同振幅和(hé)頻 率脈✌️動流的(de)測量誤差[3]。依據(jù)☔動量守恒定律(lǜ)，可列出包含流(liu)速、切線速🙇🏻度等(děng)參數的非線性(xìng)微分方程，通過(guo)計算和🈲分析可(ke)理論推導測量(liang)誤差[4]。
3.1.2實驗室試(shì)驗
現場實測脈(mò)動流的特性，采(cai)用已知标準體(ti)積壓縮空氣，在(zài)⚽實驗室模拟脈(mo)動流，将測量值(zhí)與标準體積✍️進(jin)行對比，分析測(cè)量㊙️誤差。
3.1.3誤差檢(jian)測設備檢測
一(yi)種燃氣脈動流(liu)誤差檢測設備(bei)，可較正确地測(cè)得脈動誤差🔴值(zhí)，但暫未在山西(xi)省廣泛應用。在(zài)絕大多數燃氣(qì)公😘司的實 際運(yùn)行💁管理過程中(zhong)，脈動流的特性(xing)參數無法在日(rì)常運行監測數(shù)據中獲取，因此(ci)，主要定性地說(shuo)明脈動流對渦(wo)輪流量計計量(liàng)偏差的✂️影響。
3.2測(cè)量誤差
已有很(hen)多學者針對脈(mò)動流對計量的(de)影響進行了研(yán)究。分☔析結果可(ke)知，由于葉輪受(shòu)流體加速影響(xiang)小，受流體減💋速(sù)影響大，計量始(shi)終存在正供銷(xiāo)差。此外， 正供銷(xiao)差取決于脈動(dòng)🌐流的振幅和頻(pin)率，整體來說，如(ru)果脈動⛹🏻♀️流頻率(lü)大💚于葉輪角頻(pín)率時正供銷差(chà)值較大，脈動振(zhen)幅增大時正供(gong)銷差值也🚩随之(zhī)增大。
3.3脈動流對(dui)計量結果影響(xiang)
A分輸站渦輪流(liú)量計距離上遊(you)非常近的壓縮(suo)站（往複式壓㊙️縮(suō)機增壓）不到7km，且(qie)該分輸站工藝(yi)布置緊湊。據實(shí)地測量，流量計(jì)🐇上遊直管段長(zhǎng)度約爲 6Dn（Dn爲渦輪(lun)流量計口徑，mm），下(xià)遊直管段長度(dù)約爲4Dn。此外，7km管道(dao)沿線地勢高低(dī)不平，加之煤層(céng)氣氣質水含量(liàng)💋較大，導緻在低(dī)窪處極易形成(chéng) 積液，積液也會(huì)造成脈動流。2014年(nian)8—10月期間，下遊公(gong)司發現正供銷(xiao)差持續增大時(shí)⭐，對A分輸站和B分(fen)輸站的渦輪流(liú)量計進行了标(biāo)定，但标定結🏃♀️果(guǒ)均爲合 格。随後(hou)下遊公司在2014年(nián)11月5—7日對A至B分輸(shū)站段管線進行(hang)了清管💃🏻作業，共(gong)清出污水雜質(zhi)約23t，清管完成後(hou)正供銷差明顯(xian)減小。清管前後(hou)實際供 銷差數(shù)據如表6所示。
除(chu)此之外，通過日(ri)常運行監測，供(gong)氣瞬時流量每(měi)次顯🛀🏻示數據都(dōu)在變化，且在一(yi)定時間内在1個(ge)值上下頻繁波(bo)動（波動幅度約(yue)爲👨❤️👨±20%）。綜合上述情(qing) 況，該輸氣管道(dao)存在脈動流的(de)可能性很大。脈(mò)動流🤟會造成正(zheng)供銷差影響，對(dui)下遊接✍️氣單位(wei)不利，因此有必(bì)要對脈動流的(de)影響進行修正(zheng)。
4結語
目前，山西(xī)省絕大多數分(fen)輸站未安裝在(zài)線色譜儀，且直(zhi)接測量脈動流(liú)流量的計量表(biǎo)還未被廣泛應(ying)用于實際生産(chan)🌈中。探究表明，山(shān)西省非常規天(tiān)然氣的組 分和(he)脈動流輸氣均(jun)會使💔渦輪流💰量(liàng)計産生無法通(tong)過定期檢定來(lai)✨消除的正向系(xi)統誤差。因此，爲(wei)确保作爲上下(xia)遊貿易交接依(yī)據的計量表測(cè)量的精度，保證(zhèng)公🔱平交易，可通(tong) 過誤差分析修(xiu)正、組分修正、優(you)化工🌍藝等方⭕式(shi)對現㊙️渦輪流量(liàng)直接測量結果(guǒ)進行修正。
a)天然(ran)氣組分影響的(de)修正建議。結合(hé)實際工況條件(jiàn)㊙️，合理調整渦輪(lun)流量計的壓縮(suo)因子和天然氣(qi)組分；當精度要(yao)求較高時，采取(qu)安裝在線分析(xī)儀的方式🏃實時(shi)更新流量🐇計參(cān)數。
b)脈動流影響(xiang)的修正建議。通(tong)過工藝優化、改(gai)造，使流體通過(guo)🏃♂️流量💘計時基本(ben)穩定；選定合适(shi)的流量計型号(hào)；實測脈動流特(tè)性，理論計算或(huo)實驗室試驗分(fen)析測量誤差，與(yǔ)結算方進行誤(wù)差修正；采用誤(wu)差測量設備對(dui)測量誤差進行(háng)測量和修正，并(bìng)以此作爲結算(suan)依據。
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