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(dǎo)流量❌計,截(jié)至2025年12月⭐氣(qi)田應用該(gai)型流量計(jì)總量近300套(tao)。SY/T6143-1996“天然氣流(liu)💰量的🥰标準(zhun)孔闆計量(liang)方法”标準(zhun)中認爲,天(tiān)然氣流量(liang)測🌈量不确(què)定度主🔞要(yào)由3個💯方面(miàn)引起:流量(liàng)計算🔴方程(cheng)描述流動(dòng)狀态真實(shí)性的不确(que)定因素;被(bei)測介質實(shi)際物理性(xing)質的不确(què)定度因素(sù);測量中重(zhòng)要設備的(de)不确定度(du)㊙️因素。爲此(cǐ),從以上3個(ge)方面對差(chà)🤞壓式☔孔闆(pǎn)流量計進(jin)行了不确(que)定度研究(jiu)和實驗,包(bao)括流㊙️出系(xì)數、孔闆技(jì)術指💁标的(de)變化對天(tiān)然氣流量(liàng)的影響,可(ke)膨脹系數(shu)、二次儀表(biǎo)的不确定(ding)度、天然氣(qì)組分變化(huà)、天然氣含(han)水對天然(rán)⛱️氣流量的(de)影響,并就(jiù)這些誤差(chà)因素分别(bie)從節流裝(zhuang)置的選擇(zé)、脈動流的(de)改善、規範(fan)各項規章(zhang)制度、建立(lì)量值溯源(yuan)體系等方(fang)面提出了(le)建議。
　　我國(guo) 天然氣流(liú)量計 量目(mu)前仍以差(cha)壓式孔闆(pǎn)流量計爲(wèi)主,僅氣田(tián)目前👄就有(you)近💘300套。由于(yú)孔闆流量(liàng)計的誤差(chà)影響因素(su)較多,往往(wǎng)造成計量(liàng)不确定度(du)增大。通過(guo)在氣田近(jin)幾年的使(shi)用與研究(jiu),在孔闆💃🏻流(liú)量計的誤(wu)差研究方(fang)面積累了(le)一些使用(yong)經驗,提出(chu)了相應的(de)對策予以(yǐ)改善或消(xiāo)除,以期⛹🏻‍♀️對(duì)同行有所(suo)裨益。
一、誤(wu)差來源分(fen)析
　　天然氣(qì)流量測量(liang)中的不确(què)定度主要(yao)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(yīn)素;②被測介(jiè)質實際物(wu)理性質(物(wù)性因素)的(de)不确定度(dù)因素;③測量(liang)中重要設(shè)備的不确(que)定度因素(su)。
針對以上(shang)3方面因素(sù)做具體分(fen)析如下。
1.流(liú)量計算方(fāng)程中描述(shù)流體流動(dong)狀态的真(zhēn)實性
的不(bú)确定度因(yīn)素
(1)流出系(xì)數C
計算公(gōng)式爲:

(1)流出(chū)系數C是在(zai)上遊直管(guǎn)段充分長(zhǎng)的實驗條(tiáo)件下,并🙇‍♀️且(qiě)孔闆節流(liú)裝置在滿(man)足規定的(de)技術指标(biāo)下進行校(xiào)準标定的(de),才具有計(ji)量特性。
當(dang)氣流流束(shù)在孔闆前(qian)1D處完全充(chong)滿管道,且(qiě)爲紊流狀(zhuang)🛀🏻态時㊙️,流出(chū)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(biao)或計算得(dé)出C0=0.6034;C1～C6見表1,δ=(Ci-C0)/C0。

(2)由(you)上例可以(yi)看出:當速(su)度剖面較(jiào)充分發展(zhǎn)的速度🥵剖(pou)面尖時♋(雷(léi)諾數小),流(liu)出系數會(hui)變大,當速(sù)度剖面較(jiào)充分發展(zhan)的速度剖(pōu)面平時(雷(lei)諾數大),流(liú)出系數💋會(hui)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(liàng)越小于📞刻(ke)度流量,則(zé)流出系數(shu)C引起的流(liu)量誤差會(hui)越大。
(3)孔闆(pǎn)流量計的(de)流出系數(shu)C不是一個(gè)固定值,它(tā)随雷諾數(shu)的變化而(er)變化,但是(shì)當雷諾數(shu)增大到某(mǒu)一數值時(shí)♻️,變化量減(jian)小。對于法(fa)蘭取壓,雷(lei)諾數應該(gai)在106以上,對(dui)于❤️角接取(qu)壓,雷諾數(shù)應在2×105以上(shàng)。
流量測量(liàng)不确定度(dù)中和流出(chu)系數有關(guān)的相關項(xiang)爲孔闆開(kai)✔️孔直徑,大(dà)小爲δd/d=±0.07%,測量(liàng)管直徑,大(dà)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(li)度、平整度(du)的影響
　　SY/T6143-1996對(duì)孔闆的直(zhi)角入口做(zuò)了嚴格的(de)規定,即:無(wú)卷口、無毛(mao)邊👣、無目測(ce)🧡可見的異(yi)常現象,并(bing)且是尖銳(ruì)的直角,若(ruo)邊緣形成(cheng)圓㊙️弧,其⚽圓(yuán)弧半徑rk≤0.0004d,孔(kǒng)闆開孔内(nei)圓柱面與(yǔ)孔闆上遊(yóu)端面垂直(zhí),誤差小于(yu)±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(pan)性能對流(liu)量的影響(xiǎng),做過相應(ying)的對比試(shi)驗:分💜别👌取(qu)DN100mm的❓标準孔(kong)闆,編号爲(wèi)GKF75761,經檢測其(qi)rk爲0.05mm(允許值(zhi)小于🈚等于(yu)0.04mm),GKF78790其粗糙度(du)高度🈲參數(shù)爲Ra爲45μm(允許(xu)值小于等(deng)于40μm)。編号㊙️爲(wei)GKF75007的各項指(zhǐ)标均符合(he)要求的孔(kong)闆進行一(yī)相對穩定(ding)的氣流測(cè)量,測試中(zhong)🧡将不符合(he)規格孔闆(pǎn)放在氣井(jǐng)單量裝置(zhì),标準孔闆(pan)放入氣💞井(jǐng)外輸裝置(zhi),忽略裝置(zhì)之間的差(cha)異,某單井(jing)一天天然(ran)氣流量測(cè)💰試結果見(jian)表2。實驗表(biǎo)明,忽略氣(qì)流的微小(xiǎo)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(pǎn)計量誤差(chà)爲-2.58%～2.72%,若rk、Ra超差(chà)嚴重則氣(qi)量偏差更(geng)📧大,甚至可(kě)達到10%。

3.被測(cè)介質實際(jì)物理性質(zhì)的不确定(dìng)度因素
(1)标(biāo)準中要求(qiu)流經天然(rán)氣的流體(ti)爲氣流必(bi)須是單相(xiàng)⭐的牛📞頓流(liú)🏃🏻體。若氣體(ti)含有質量(liang)分數不超(chao)過2%的固體(tǐ)或液體微(wēi)粒,且呈均(jun1)勻分散狀(zhuàng)态,也可被(bei)認爲是單(dān)相的❓牛頓(dùn)流🏃‍♀️體。
　　在實(shí)際使用中(zhong),從井口到(dao)計量管線(xiàn)的過程中(zhong),天然氣通(tōng)常攜帶一(yī)定量的水(shui)、脫水劑和(he)凝結液。這(zhè)些液體來(lái)自分離效(xiào)果差的分(fen)離器和負(fù)荷大的脫(tuo)水單元,當(dāng)流動溫度(du)和壓力變(biàn)化時,氣體(ti)中的重烴(tīng)組分也會(huì)凝析🐅出來(lái)。
　　實驗爲将(jiāng)經過标準(zhǔn) 渦輪流量(liàng)計 計量的(de)天然氣在(zai)通過注水(shui)管注水後(hòu)用 孔闆流(liú)量計 進行(háng)計量。其結(jie)論爲:①用孔(kong)闆流量計(jì)測量氣體(ti)流量✔️,當氣(qi)體中夾帶(dai)少量液體(ti)時,流量測(ce)量不确定(dìng)度偏高,測(cè)量的濕氣(qi)流量🔅随β的(de)增加而減(jian)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(dai)少量液體(tǐ)時,在β比爲(wèi)0.5時表明孔(kong)闆性能較(jiào)好,但是應(yīng)将夾帶液(ye)體在孔闆(pan)上遊脫出(chu),以獲得最(zuì)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(liàng)計量值将(jiang)降低3%。
　　這項(xiàng)研究結果(guǒ)說明,天然(rán)氣在進入(ru)計量裝置(zhi)以前,如果(guǒ)要獲得非(fei)常好的計(ji)量性能,應(yīng)完全脫除(chu)天然♌氣中(zhōng)所含🈲的水(shui)分,對👉于日(ri)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(zhang)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(wù)差系數的(de)影響,如被(bei)🈚測🛀系統壓(ya)力低到4Δp/p1可(ke)以和β比較(jiào),被測系統(tong)壓力🔞将直(zhi)接影響到(dào)測試正确(que)率。當被測(cè)系統壓力(li)爲高壓系(xì)統時,可以(yi)忽略該項(xiàng)誤差。目前(qián)在⭐天然氣(qì)計量👈中差(chà)壓一般在(zai)500～50000Pa範圍内,靜(jing)壓在🔆1～10MPa範圍(wéi)内。因此ε的(de)誤差最小(xiǎo)爲±0.0002%,最大爲(wèi)±0.2%(甚至會更(gèng)大)。
(3)天然氣(qi)相對密度(du)的影響
　　密(mi)度參數是(shi)天然氣測(ce)量中極爲(wei)重要的物(wù)性參數,密(mì)度測量的(de)不确定度(dù)對整個測(ce)量系統的(de)不确定度(du)有着很🌈大(dà)影響,目前(qián)國内普遍(biàn)采用測量(liàng)氣流壓力(lì)、氣流溫度(dù)和定時取(qu)樣得到氣(qi)流全組分(fen),由于壓🤟力(lì)溫度的波(bō)動,天然氣(qì)的相對密(mi)度并不是(shì)一個固定(dìng)值。密度不(bú)💚确定度估(gu)算公式爲(wei):

　　根據計量(liang)條件估算(suan)密度帶來(lái)的不确定(ding)度:當儀表(biao)精度較低(di)☎️且運行在(zài)下限時,不(bu)确定度爲(wèi)±1.818%;反之不确(que)定度則在(zai)±0.793%,由此可見(jiàn)♻️密度在流(liu)量測量中(zhōng)至關重要(yao)。所以爲😍了(le)準确進行(háng)天⁉️然氣計(ji)量,選用⛹🏻‍♀️在(zai)線氣相色(se)🌐譜儀進行(háng)組分在線(xian)分析是十(shi)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(wai)貿計量裝(zhuāng)置上均采(cǎi)用了🆚在線(xian)色譜,平均(jun)5min采樣分析(xi)一次,能夠(gòu)及時檢測(cè)到組分的(de)變化🔴情況(kuang),提高了計(ji)量精度。
4.測(cè)量中重要(yào)設備的不(bú)确定度因(yin)素
　　該項不(bú)确定度因(yīn)素主要體(tǐ)現在孔闆(pǎn)β比選擇方(fāng)面、還⭕包括(kuò)二次🌈儀表(biao)的不确定(dìng)度:
(1)β比選擇(zé)
　　根據SY/T6143-1996中的(de)體積流量(liang)不确定度(du)公式爲：

據(ju)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(ru)表🐅3所示。

　　由(yóu)表3可以看(kàn)出,當其他(ta)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(ding)度的影響(xiang)是很大的(de),現場應用(yòng)中✉️,操作❗人(rén)員常根據(ju)氣量的變(biàn)化來更換(huàn)不同内徑(jìng)的孔闆來(lái)滿足使用(yong)要求,此時(shí),直徑比成(cheng)了影響🏃‍♀️正(zhèng)确率的主(zhǔ)要可變因(yīn)素。β與流量(liàng)測量綜合(he)不确定度(du)的關系如(ru)圖1所示。結(jie)論爲:不确(que)定度基本(ben)随着β增㊙️減(jian)而增減,當(dang)β小于0.6時,不(bu)确定度的(de)變化很小(xiǎo),基🏃‍♂️本爲一(yī)條直線♻️;随(suí)着β的增大(dà),不确定度(du)迅速增大(da),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(zhi)能化數據(ju)采集㊙️、數據(ju)處理A/D轉換(huan)精度高,量(liang)化誤差的(de)影響可🌍以(yǐ)忽略,差壓(yā)、壓力、溫度(du)的🐆測量由(you)于大量精(jing)度智能化(hua)變送器的(de)應用使二(èr)次儀表🐅對(duì)整個流量(liang)系統的誤(wu)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(jing)度🏃‍♂️引起(儀(yi)🔞表📞正确率(lü)受溫度變(biàn)化影響)。采(cǎi)用3051T型變送(sòng)器在5.0MPa工作(zuò),溫度變化(huà)在30℃左右。
溫(wen)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(cha)壓儀表測(ce)量誤差:主(zhu)要由儀表(biao)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(zài)5.0MPa工作,溫度(du)變化在30℃左(zuǒ)右💘。
溫度影(yǐng)響:±0.075%;
　　靜壓力(li)影響:±0.15%;
　　安裝(zhuāng)位置可通(tōng)過零點調(diào)整予以消(xiao)除。
　　其最終(zhong)精度爲:ζ=±0.30%(儀(yí)表校驗誤(wù)差爲±0.075%);
　　導壓(yā)管引起誤(wù)差爲:±0.2%;
　　總體(ti)差壓誤差(chà)爲:±0.36%。
3)溫度儀(yí)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(dù)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(nei)忽略不計(jì)。
(3)計量條件(jiàn)下天然氣(qì)流量測量(liàng)的不确定(ding)度假定流(liú)量測☎️量🔱裝(zhuāng)置爲理想(xiang)狀态,已知(zhi)條件:天然(rán)氣外輸測(cè)⚽量管D20=205mm;d20=103.76mm;p=4.50MPa;Δpmax=54kPa;溫度(du)💚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(wèi)0.1級。據式(4)則(ze)有不确定(dìng)度爲:

二、控(kong)制誤差提(ti)高計量正(zhèng)确率的方(fang)法
　　因爲天(tian)然氣流量(liàng)測量計算(suàn)的不确定(dìng)度是在其(qi)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(yóu)于各種原(yuan)因會帶來(lai)一定的附(fu)加誤差,這(zhe)是需要消(xiao)除的。根據(jù)實🚶際應用(yòng)情況,提出(chū)以👅下控制(zhì)方法及建(jiàn)議。
1.孔闆節(jiē)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(yīng)按照标準(zhun)安裝設計(ji),根據孔闆(pan)前阻力件(jiàn)形式配接(jie)足夠長度(dù)的直管段(duàn),一般應至(zhì)少前30D,氣田(tian)在開發初(chū)期部分集(jí)氣站因爲(wei)🐉設計原因(yin)流量㊙️計直(zhi)管段長度(dù)爲前10D後5D,造(zào)成🏃‍♀️天然氣(qi)計量輸差(chà)達到±5%～±8%,分析(xi)原因後經(jīng)過技術改(gai)造,計量管(guan)段改爲前(qián)30D後10D,使計量(liàng)輸差降低(di)⚽到±1.5%。
2.氣流中(zhong)存在脈動(dong)流的改善(shàn)措施
　　天然(ran)氣從地層(ceng)中采集後(hou)經節流、分(fèn)離、淨化後(hòu)一般能達(da)到均勻單(dan)相的牛頓(dùn)流體,在天(tiān)然氣計量(liang)中由于各(ge)種原因使(shǐ)天然氣脈(mò)動,可以采(cai)取以下措(cuò)施減小脈(mo)動流的影(yǐng)👌響。
(1)在滿足(zú)計量能力(li)的條件下(xia),應選擇内(nèi)徑較小的(de)測量管,使(shǐ)Δp、β在比較高(gāo)的雷諾數(shù)下運行。
(2)采(cǎi)用短引壓(yā)管線,盡量(liang)減少引壓(yā)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(jiā)。
(3)從管線中(zhōng)除去遊離(lí)液體,管線(xian)中的積液(yè)引起的脈(mò)動可以采(cǎi)用🈲自動清(qing)管系統或(huò)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(ji)量管理、建(jian)立健全各(gè)項規章制(zhi)度
　　嚴格貫(guan)徹執行SY/T6143-1996标(biao)準,确保裝(zhuāng)置完全符(fu)合标準的(de)技術要求(qiu)。建立健全(quán)各項規章(zhang)制度,如定(ding)期維護制(zhì)度、周期送(song)檢制度,加(jia)強對天然(rán)氣生産情(qing)況的監測(ce),及💰時消除(chú)❓誤差。
　　在差(chà)壓式孔闆(pan)流量計日(ri)常使用過(guò)程中,要确(que)保準⛹🏻‍♀️确的(de)計量,還⁉️應(yīng)至少每月(yue)一次清洗(xǐ)檢測孔闆(pan)、檢查🔴儀表(biǎo)🐉零點🌈、儀表(biǎo)D/A轉換通道(dao)、核對流量(liang)計算程序(xu),對有坑蝕(shí)及劃痕的(de)🔴孔闆應及(jí)時更換。氣(qi)田根據氣(qi)質的淨化(hua)程度,規定(ding)集氣☎️站每(měi)月清洗檢(jiǎn)查一次孔(kong)闆,貿易交(jiāo)接計量孔(kǒng)闆每半月(yue)和用戶一(yī)起檢查清(qīng)洗一次,同(tóng)時還配備(bèi)孔闆綜合(hé)測試儀定(dìng)期對孔闆(pǎn)進行幾何(he)尺寸檢定(dìng),使集氣站(zhàn)單井計量(liàng)輸差能有(yǒu)效控制在(zai)±1.5%以内,貿易(yi)計量輸差(chà)在±1.0%以内。
4.量(liàng)值溯源是(shi)确保天然(ran)氣計量正(zheng)确率的有(yǒu)效措施
(1)當(dāng)孔闆節流(liu)裝置的一(yi)次裝置設(she)計、制造、安(ān)裝、檢驗和(he)使用完全(quan)符合SY/T6143-1996标準(zhǔn)中1～7章的全(quán)部技術要(yào)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(hang)單參⭐數溯(sù)源,節流裝(zhuāng)置部分用(yong)長度标準(zhǔn)進行幾何(hé)尺寸幹檢(jiǎn),壓力、溫度(dù)、時間或氣(qi)樣分析💜用(yong)各自的标(biao)準器具或(huò)🌈标準樣氣(qì)進行檢驗(yàn),并将标準(zhǔn)器與國家(jiā)基準建立(li)🈚溯源鏈。
(2)對(duì)用于貿易(yi)計量的孔(kǒng)闆流量計(ji)量裝置,建(jian)議流量計(ji)投入使用(yòng)前或使用(yong)一段時間(jian)後,進行實(shí)流檢定或(huo)校準,以保(bao)證✍️一次儀(yi)表的正确(què)率。
(3)天然氣(qì)組成分析(xī)應采用GB/T13610規(gui)定的方法(fǎ)進行,标準(zhun)氣體應選(xuan)擇🌈經✊國家(jia)質量技術(shù)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(tǐ),标氣正确(que)率應不低(di)于二級🌈标(biāo)準氣👄體(2.0%)。在(zài)條💰件許可(kě)🍉的條件下(xià),應📐開展天(tian)然💁氣在線(xiàn)組🚶‍♀️成分析(xi)和物性參(can)數的在線(xiàn)測🔞定。
三、結(jié)束語
　　客觀(guan)地講,在采(cǎi)用孔闆流(liú)量計測量(liang)天然氣流(liú)量時,如果(guǒ)對差壓式(shì)孔闆流量(liang)計的一次(ci)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(xìng)參數計量(liàng)器具等)配(pèi)套儀表的(de)選擇、設計(jì)、安裝、使用(yong)都嚴格按(an)照有😄關标(biāo)準進行,并(bing)在受控狀(zhuang)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(fan)圍内的。

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