摘　要：差壓(ya)式孔闆流量(liang)計 目前仍是(shi)我國進行天(tian)然氣流量計(jì)量的主導流(liu)量計,截至2025年(nián)12月⭐氣田應用(yong)該型流量計(jì)總量近300套。SY/T6143-1996“天(tian)然氣流量的(de)标準⚽孔闆計(jì)量方法”标準(zhun)中認爲,天然(ran)氣流量測🔆量(liang)不确定度主(zhǔ)要由3個方面(mian)引起:流量計(jì)算方程描述(shu)🧡流動狀态真(zhēn)實性的不确(què)定因素;被測(ce)介質實際物(wu)理性質的不(bú)确定度因素(su);測量中重要(yao)設備的不确(que)定度因素。爲(wèi)此,從以上3個(ge)方面對差⭐壓(yā)式孔闆流量(liàng)計進行了不(bu)确定度研究(jiu)和實驗,包括(kuò)流出系數、孔(kong)闆技術指标(biao)的變化對天(tiān)然氣流量的(de)影響,可膨脹(zhang)系數、二次儀(yí)表的不确定(dìng)度、天然氣組(zǔ)分變化、天然(rán)氣含水對天(tian)然氣流量的(de)影響,并就這(zhè)些誤差因素(sù)分别從節流(liu)裝置的選擇(zé)、脈動流的改(gǎi)善❗、規範各項(xiàng)規章制度、建(jiàn)立量值溯🔞源(yuán)體系等方面(mian)提出了建議(yì)。
　　我國 天然氣(qì)流量計 量目(mu)前仍以差壓(ya)式孔闆流量(liang)計爲主,僅氣(qì)田目前就有(you)近300套。由💯于孔(kǒng)闆流量計的(de)誤差影響因(yīn)素較多,往往(wǎng)造成計量⛱️不(bú)确定度㊙️增大(da)。通過在氣田(tián)近幾年的使(shi)用與研究,在(zài)孔闆流量計(jì)的誤差研究(jiū)方面積累了(le)一些使用經(jīng)驗,提出了相(xiang)🔴應的對策予(yu)以改善或消(xiāo)除,以期對同(tóng)行有所🔞裨益(yì)。
一、誤差來源(yuan)分析
　　天然氣(qi)流量測量中(zhōng)的不确定度(du)主要來源于(yu)以下3個方🧡面(mian)🔞:①流量計算方(fang)程中描述流(liu)體流動狀态(tai)的真實性✏️不(bú)确定度因素(sù)♈;②被測介質實(shi)際物理性質(zhi)(物性🌈因素)的(de)不确定度因(yin)素;③測量中重(zhong)要設備的不(bú)确定度因素(sù)。
針對以上3方(fang)面因素做具(jù)體分析如下(xià)。
1.流量計算方(fang)程中描述流(liú)體流動狀态(tai)的真實性
的(de)不确定度因(yīn)素
(1)流出系數(shù)C
計算公式爲(wei):

(1)流出系數C是(shi)在上遊直管(guan)段充分長的(de)實驗條件下(xià)✌️,并㊙️且孔闆節(jiē)流裝置在滿(man)足規定的技(ji)術指标下進(jìn)行校準标定(dìng)的,才具有計(ji)量特性。
當氣(qì)流流束在孔(kong)闆前1D處完全(quan)充滿管道,且(qie)爲紊流🔞狀态(tài)☀️時🌍,流👨‍❤️‍👨出🛀系數(shu)C的百分誤差(cha)爲:

設有一套(tao)法蘭取壓的(de)孔闆測量裝(zhuang)置,D=50mm,設計β=0.5刻度(dù)流量時的ReD0=1×106,設(she)ReD1=2×104、ReD2=5×104、ReD3=1×105、ReD4=1×107、ReD5=1×108、ReD6=1×108,經過查表或(huo)計算得出C0=0.6034;C1～C6見(jiàn)表1,δ=(Ci-C0)/C0。

(2)由上例可(ke)以看出:當速(su)度剖面較充(chong)分發展的速(sù)度剖面尖時(shi)(雷諾數小),流(liú)出系數會變(biàn)大,當速度剖(pou)面較充分發(fa)展的速度剖(pou)面平時(雷諾(nuo)數大),流出系(xì)數會變小。流(liu)出系數C随着(zhe)流量的增大(da)而減小,實際(ji)流量越小于(yu)刻度流量,則(ze)流出系數C引(yin)起的流量誤(wù)差🛀會越大。
(3)孔(kǒng)闆流量計的(de)流出系數C不(bú)是一個固定(dìng)值,它随雷諾(nuò)數🚶‍♀️的變化而(ér)變化,但是當(dāng)雷諾數增大(dà)到某一數值(zhí)時,變化量減(jian)小。對于法蘭(lan)取壓,雷諾數(shu)應該在106以上(shàng),對于角接取(qǔ)壓,雷諾數應(ying)在2×105以上。
流量(liàng)測量不确定(dìng)度中和流出(chū)系數有關的(de)相關項爲孔(kong)闆開孔直徑(jing),大小爲δd/d=±0.07%,測量(liang)管直徑,大小(xiǎo)爲δD/D=±0.4%,β值允💞許0.75≥β≥0.2。據(jù)公式💰計算出(chū)C的變化🧑🏽‍🤝‍🧑🏻範圍(wéi)爲:±0.0197%～±0.1791%。
2.孔闆粗糙(cao)度、銳利度、平(píng)整度的影響(xiang)
　　SY/T6143-1996對孔闆的直(zhi)角入口做了(le)嚴格的規定(dìng),即:無卷口、無(wú)毛邊、無目測(ce)可見的異常(chang)現象,并且是(shi)尖銳的直角(jiao),若邊緣形成(chéng)圓🈲弧,其圓弧(hú)半徑rk≤0.0004d,孔闆開(kai)孔内圓柱面(mian)與孔闆‼️上遊(yóu)端面垂直,誤(wù)差小于±1°,粗糙(cao)度高度參數(shu)Ra≤0.0004d,且不影響尖(jian)銳度測🔴試。
　　對(duì)于孔闆性能(neng)對流量的影(ying)響,做過相應(ying)的對比試驗(yàn):分别取DN100mm的💃🏻标(biāo)準孔闆,編号(hào)爲GKF75761,經檢測其(qi)rk爲0.05mm(允許值小(xiao)于等于0.04mm),GKF78790其粗(cu)糙度㊙️高度參(can)數爲Ra爲45μm(允許(xu)值小于等于(yú)40μm)。編号👌爲GKF75007的各(ge)項指标均符(fú)合要求的孔(kong)闆進行一😄相(xiang)對穩定的氣(qì)流測量,測試(shi)中将不符合(hé)規格孔闆放(fang)在氣井單量(liang)裝置,标準孔(kong)闆放入氣井(jing)外輸裝置,忽(hū)略裝置之間(jiān)🛀🏻的差異,某單(dān)井一天天然(ran)氣流量測☔試(shì)結果見表2。實(shí)驗🧑🏽‍🤝‍🧑🏻表明,忽略(lue)氣流的微小(xiao)波動,對于rk超(chāo)差的不合格(ge)孔闆🍉其計量(liàng)誤差範圍爲(wei)-2.81%～3.14%,Ra超差的不合(hé)格孔闆計量(liang)誤差爲-2.58%～2.72%,若rk、Ra超(chao)差嚴重則氣(qi)量偏差更☂️大(dà),甚至可達到(dào)10%。

3.被測介質實(shí)際物理性質(zhì)的不确定度(du)因素
(1)标準中(zhong)要求流經天(tian)然氣的流體(ti)爲氣流必須(xu)是單相的牛(niú)頓流💋體。若氣(qì)體含有質量(liàng)分數不超過(guò)2%的固體或液(ye)體微粒,且呈(chéng)🥵均勻✔️分散狀(zhuang)态,也可被認(rèn)爲是⚽單相的(de)牛頓流體。
　　在(zai)實際使用中(zhōng),從井口到計(jì)量管線的過(guò)程中,天然氣(qì)通💔常攜帶一(yī)定量的水、脫(tuō)水劑和凝結(jie)液。這些液體(tǐ)來自分離效(xiao)果差的分離(lí)器和負荷大(dà)的脫水單元(yuan),當流動溫度(dù)和壓力變化(huà)時,氣體中的(de)重烴組分也(ye)會凝析出來(lái)。
　　實驗爲将經(jīng)過标準 渦輪(lun)流量計 計量(liang)的天然氣在(zài)通過注水管(guǎn)注水後用 孔(kong)闆流量計 進(jin)行計量。其結(jié)論爲:①用孔闆(pǎn)流量計測量(liàng)氣體流量📐,當(dang)氣體中📧夾帶(dài)少量液體時(shí),流量測量不(bu)确定度偏高(gao),測量的📧濕氣(qi)🔞流量随β的增(zēng)加而減少,在(zài)β比爲0.7時,測得(de)的流量偏差(cha)🧡爲-1.7%;②當夾帶少(shao)量液體時,在(zai)β比爲0.5時表🔴明(míng)孔闆性能較(jiao)好,但是應将(jiang)夾帶液體在(zai)孔闆上遊脫(tuō)出,以獲得最(zuì)佳的計量🚶性(xing)能;③用舊的孔(kong)闆流量計測(cè)量濕氣,流量(liàng)計量值将降(jiang)低3%。
　　這項研究(jiu)結果說明,天(tiān)然氣在進入(ru)計量裝置以(yi)前,如果要獲(huò)得非常好的(de)計量性能,應(ying)完全脫除天(tian)然㊙️氣中所含(hán)的水分,對于(yu)日處理氣量(liàng)近百萬立方(fāng)米的集氣站(zhan),這一點非常(chang)重要。
2)可膨脹(zhàng)系數(ε)

式中:κ表(biǎo)示等熵指數(shù)。
　　可膨脹系數(shù)的百分誤差(chà)爲:(±4Δp/p1)%。由于誤差(cha)系數的影響(xiǎng),如被測系統(tǒng)🚶壓力低到4Δp/p1可(ke)以和β比較,被(bèi)測系統壓力(lì)将直🏃‍♀️接影響(xiǎng)到🎯測試正确(què)🚩率。當被測系(xi)統壓力爲高(gāo)壓系統🥵時,可(ke)以📱忽略該♌項(xiang)誤差。目前在(zai)✔️天然氣計量(liang)🏒中差壓一般(ban)在500～50000Pa範圍内,靜(jìng)壓在1～10MPa範圍内(nei)。因此ε的誤差(chà)🐪最小爲±0.0002%,最大(da)爲±0.2%(甚至會更(geng)大)。
(3)天然氣相(xiàng)對密度的影(yǐng)響
　　密度參數(shu)是天然氣測(cè)量中極爲重(zhòng)要的物性參(cān)數㊙️,密度測量(liàng)的✨不确定度(dù)對整個測量(liang)系統的不确(que)定度有着很(hěn)大影☎️響,目前(qian)國内普遍采(cǎi)用測量氣流(liú)壓力、氣流🐅溫(wen)度和定時取(qu)樣得到氣流(liu)全組分,由于(yú)壓力溫度的(de)波動,天然氣(qì)的相對⛱️密度(du)并不是一個(ge)固定值。密度(dù)不确定度估(gū)算公式爲:

　　根(gēn)據計量條件(jian)估算密度帶(dai)來的不确定(dìng)度:當儀表精(jing)度較低✨且運(yun)行在下限時(shí),不确定度爲(wei)±1.818%;反之不确定(ding)度則在±0.793%,由此(ci)👉可見密度在(zai)流量測量中(zhōng)至關重要。所(suo)以爲🏃‍♀️了準确(què)進行天♉然氣(qi)計量,選用在(zài)線氣相色譜(pǔ)儀進行組分(fèn)在線分析是(shi)十分必要的(de)。氣田在向北(bei)京、陝西、甯夏(xià)以及西氣🐇東(dong)輸供氣的外(wai)貿計量裝置(zhì)上均采用了(le)在線色譜,平(píng)均5min采樣分析(xī)一次🚩,能夠🙇‍♀️及(jí)時檢測☂️到組(zu)分的變化情(qing)況,提高了計(ji)量精度。
4.測量(liàng)中重要設備(bèi)的不确定度(dù)因素
　　該項不(bu)确定度因素(sù)主要體現在(zài)孔闆β比選擇(ze)方面、還包括(kuo)二次儀表的(de)不确定度:
(1)β比(bi)選擇
　　根據SY/T6143-1996中(zhong)的體積流量(liàng)不确定度公(gong)式爲：

據式(4)可(kě)以計算出直(zhí)徑比β與流量(liang)不确定度δQn/Qn的(de)關系如表3所(suo)示。

　　由表3可以(yi)看出,當其他(ta)參數不變的(de)情況下,直徑(jìng)比β的變化對(dui)測量不确定(dìng)度的影響是(shi)很大的,現場(chǎng)應用中,操作(zuò)人員常根據(jù)氣量的變化(hua)來更換不同(tong)内徑的孔闆(pǎn)來滿足使用(yòng)要求,此🤞時,直(zhi)徑比成了影(yǐng)響正确率的(de)主要可變🐆因(yīn)素。β與流量測(ce)量綜合不确(que)定🈲度的關系(xì)如圖1所示。結(jie)論爲:不确定(dìng)度基本随着(zhe)β增減而增減(jian),當β小于0.6時,不(bú)确定度🔞的變(biàn)化很小,基本(ben)爲💰一條直線(xian);随着β的🐕增大(dà),不确定度迅(xùn)速增大,當β=0.75時(shi),不😍确定度達(dá)到最大。
(2)二次(ci)儀表的不确(que)定度
　　由于目(mu)前天然氣計(ji)量大多采用(yòng)計算機智能(neng)化數據采集(ji)、數據處理A/D轉(zhuǎn)換精度高,量(liàng)化誤差的影(ying)響可以忽✊略(lue),差♉壓、壓力、溫(wēn)度的測量由(yóu)于大量精度(du)智能化變送(song)器的應用使(shǐ)二次儀表對(dui)整個🔅流量系(xi)統的誤差成(chéng)爲了非主要(yào)影響因素。

1)壓力儀表(biao)測量誤差:主(zhǔ)要由壓力測(cè)量儀表的精(jīng)度🔱引起(儀💚表(biǎo)✂️正确率受溫(wen)度變化影響(xiǎng))。采用3051T型變送(song)器在5.0MPa工作,溫(wēn)度變化在30℃左(zuo)右👈。
溫度影響(xiǎng):±0.15%;
　　最終精度爲(wei):ζ=±0.225%(儀表校驗誤(wu)差爲±0.075%)。
2)差壓儀(yi)表測量誤差(cha):主要由儀表(biǎo)精度、儀表安(ān)裝位置、導壓(yā)‼️管引起。采用(yong)3051CD型變送器在(zài)5.0MPa工作,溫度變(bian)化在30℃左右。
溫(wēn)度影響:±0.075%;
　　靜壓(ya)力影響:±0.15%;
　　安裝(zhuāng)位置可通過(guò)零點調整予(yu)以消除。
　　其最(zui)終精度爲:ζ=±0.30%(儀(yi)表校驗誤差(chà)爲±0.075%);
　　導壓管引(yin)起誤差爲:±0.2%;
　　總(zong)體差壓誤差(chà)爲:±0.36%。
3)溫度儀表(biao)測量誤差:主(zhǔ)要由儀表精(jing)度和安裝位(wei)置正确性🌈影(yǐng)🛀🏻響。
溫度儀表(biao)精度爲:ζ=±0.5%。
　　安裝(zhuāng)位置的影響(xiǎng)在标準規定(ding)範圍内忽略(lue)不計。
(3)計量條(tiao)件下天然氣(qi)流量測量的(de)不确定度假(jia)定流量✍️測量(liàng)裝置⛷️爲理想(xiǎng)狀态,已知條(tiáo)件:天然氣外(wài)輸測量管D20=205mm;d20=103.76mm;p=4.50MPa;Δpmax=54kPa;溫(wen)度計上限爲(wei)50℃,正确率爲0.2級(ji),壓力、 差壓變(bian)送器 正确率(lǜ)爲0.1級。據式(4)則(ze)有不确定度(du)爲:

二、控制誤(wù)差提高計量(liang)正确率的方(fāng)法
　　因爲天然(rán)氣流量測量(liang)計算的不确(que)定度是在其(qi)他影響因✨素(su)都🔱不存在附(fù)加誤差的情(qíng)況下計算得(de)到的,但是使(shi)用中🐆由于各(gè)種原因會帶(dài)來一定的附(fù)加誤差,這是(shì)需要消除的(de)。根據實🐕際應(yīng)用情況,提出(chū)以下控制方(fāng)🍉法及建議。
1.孔(kǒng)闆節流裝置(zhì)必須符合标(biao)準
　　孔闆節流(liú)裝置在使用(yong)前的安裝中(zhōng)應按照标準(zhun)安裝⭕設計🏃,根(gen)據孔闆前阻(zǔ)力件形式配(pei)接足夠長度(dù)的直管段,一(yī)般應至少前(qian)30D,氣💜田在開發(fa)初期部分集(ji)氣站因爲設(she)計原因流量(liang)計直管段長(zhang)度爲前10D後5D,造(zao)成天然氣計(ji)量輸差達到(dao)±5%～±8%,分析原因後(hòu)經過技術改(gai)造,計量管段(duàn)改🐉爲前30D後10D,使(shi)計量輸差降(jiang)低到±1.5%。
2.氣流中(zhong)存在脈動流(liu)的改善措施(shi)
　　天然氣從地(dì)層中采集後(hòu)經節流、分離(lí)、淨化後一般(ban)🌂能達到均勻(yún)單相的牛頓(dun)流體,在天然(ran)氣計量中由(yóu)👄于各種原因(yin)使天然氣脈(mò)動,可以采取(qu)以下措施減(jian)小脈動流的(de)影響。
(1)在滿足(zú)計量能力的(de)條件下,應選(xuǎn)擇内徑較小(xiao)的測量✂️管,使(shi)🏃Δp、β在比🚶較高的(de)雷諾數下運(yùn)行。
(2)采用短引(yǐn)壓管線,盡量(liang)減少引壓管(guǎn)線系統中的(de)阻力🤞件‼️,并使(shi)上下遊管線(xiàn)長度相等,以(yǐ)減少系統中(zhong)産生諧振和(hé)壓力脈動振(zhen)幅的增加。
(3)從(cóng)管線中除去(qu)遊離液體,管(guǎn)線中的積液(ye)引起的脈動(dong)可🏃以采⛱️用自(zi)動清管系統(tong)或低處安裝(zhuāng)分液器來處(chù)理。
爲使天然(rán)氣具有最佳(jiā)的計量性能(néng),應将天然氣(qi)中👌的水分徹(che)底脫出。
3.加強(qiang)計量管理、建(jian)立健全各項(xiàng)規章制度
　　嚴(yan)格貫徹執行(háng)SY/T6143-1996标準,确保裝(zhuang)置完全符合(he)标準的技術(shù)🈲要求。建立☔健(jiàn)全各項規章(zhang)制度,如定期(qī)維護制度、周(zhōu)期送檢制度(du),加強對天然(ran)氣生産情況(kuàng)的監測,及時(shí)消除❓誤差。
　　在(zai)差壓式孔闆(pǎn)流量計日常(cháng)使用過程中(zhong),要确保準♊确(què)的計量⛱️,還應(yīng)至少每月一(yī)次清洗檢測(ce)孔闆、檢查儀(yi)表零點、儀表(biao)D/A轉換通道、核(hé)對流量計算(suan)程序,對有坑(keng)蝕及劃痕的(de)孔闆應及時(shí)更☀️換。氣田根(gēn)據氣質的淨(jìng)化程度,規定(ding)集氣站每月(yuè)清👅洗檢查一(yī)次孔闆,貿🚶‍♀️易(yi)交接計量孔(kong)闆每半月💃和(he)用戶一起檢(jian)查清洗一🌈次(ci),同時還配備(bei)孔闆綜合測(cè)試☎️儀定期對(dui)孔闆進行❓幾(ji)何尺寸檢定(ding),使集氣站⛷️單(dān)井計量輸差(cha)能有效控㊙️制(zhi)在±1.5%以内,貿易(yì)計量輸差在(zài)±1.0%以内。
4.量值溯(sù)源是确保天(tiān)然氣計量正(zheng)确率的有效(xiao)措施🏃
(1)當孔闆(pǎn)節流裝置的(de)一次裝置設(shè)計、制造、安裝(zhuāng)、檢驗🐅和使😍用(yong)完全符合SY/T6143-1996标(biāo)準中1～7章的全(quán)部技術要求(qiú)時,即可達到(dào)幾何和流體(ti)力學相似,在(zai)此基礎上可(ke)以執行單參(can)數溯源💁,節流(liu)裝置部分用(yong)長度标準進(jìn)行幾♊何尺寸(cùn)幹‼️檢,壓力、溫(wen)度、時間或氣(qi)樣分析🏃‍♂️用各(gè)自的🔆标準器(qi)具或标準樣(yang)氣進行檢驗(yan),并将标準器(qi)與國🔆家基準(zhun)建立溯源鏈(liàn)。
(2)對用于貿易(yi)計量的孔闆(pǎn)流量計量裝(zhuang)置,建議流量(liang)計❄️投🔴入使💋用(yong)前或使用一(yi)段時間後,進(jin)行實流檢定(ding)或校🏃🏻準,以保(bǎo)證一次❄️儀表(biao)的正确率。
(3)天(tian)然氣組成分(fen)析應采用GB/T13610規(gui)定的方法進(jin)行,标準氣體(ti)🔆應選擇經國(guo)家質量技術(shù)監督局考核(he)合格的、有合(he)格🚶‍♀️證并标有(you)不确定度的(de)标準氣體,标(biao)氣正确率應(yīng)不低于二級(jí)标準氣體(2.0%)。在(zai)條件許可的(de)條件下,應開(kāi)展天然氣在(zài)線組成分析(xī)和物性參數(shù)的在線測定(dìng)。
三、結束語
　　客(kè)觀地講,在采(cǎi)用孔闆流量(liàng)計測量天然(ran)氣流量時,如(ru)💜果對差壓式(shi)孔闆流量計(jì)的一次裝置(zhì)(孔闆節流✌️裝(zhuang)置💜)和二次儀(yi)❤️表(差壓、靜壓(ya)、溫度、天然氣(qì)物性參數計(jì)量器具等)配(pei)💔套儀表的選(xuǎn)擇、設計、安裝(zhuang)、使用都嚴格(ge)按照有關标(biao)準進行,并在(zài)受控狀态下(xia)使用時,其流(liu)量測量正确(que)率是可以控(kòng)制在±1%～±1.5%範圍内(nèi)的。

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