摘要：綜合渦(wō)輪流量計的(de)計量原理、山(shān)西省非常規(guī)天然氣井口(kou)氣的氣質和(hé)流動特性，分(fèn)析了流體組(zu)分和脈動流(liu)對渦輪流量(liàng)計計量精度(dù)的影響。結果(guo)表明，實際組(zǔ)分和流動特(te)性均會使渦(wo)💋輪流量🛀🏻計産(chǎn)生正向系統(tong)誤差。基于此(cǐ)對修正正供(gòng)銷差⛱️提出了(le)建議。在山西(xī)省非常規天(tiān)然氣大力發(fā)展之際，面對(dui)絕大多數🐪企(qǐ)業貿易結算(suàn)仍采取渦📞輪(lún)流量計計量(liàng)的🔞實際現狀(zhuàng)，該探究結果(guǒ)對上、中、下遊(you)的供銷差管(guan)理具有一定(dìng)的實際指導(dao)意義。
　　随着國(guo)内天然氣市(shì)場需求不斷(duàn)增加，天然氣(qi)對外♻️依存度(du)持續🛀🏻走高，對(duì)國内天然氣(qi)的自采量增(zeng)幅提出了更(geng)高的要求。山(shān)西的🍉非常規(guī)天然氣資源(yuan)總量約占全(quán)🐇國的1/3，煤☎️層氣(qì)資源豐富，2020年(nian)全省煤層氣(qì)開采量達到(dao)1×1010m3/a，在2025年将達到(dào)2×1010m3/a。
　　渦輪流量計(jì)由流體推動(dong)葉輪旋轉，從(cong)而産生與流(liu)🛀量成正🔞比的(de)電脈沖信号(hao)，具有精度高(gao)、重複性好、測(cè)量範圍廣等(děng)諸多優🎯點。在(zai)🈲天然氣計量(liang)的應用中，被(bèi)測介質的黏(nián)度、密度、髒✔️污(wu)程度⁉️、管道安(ān)🔴裝結構、脈動(dòng)流和組分等(děng)在不同的場(chǎng)所各不相同(tóng)，綜合各種影(yǐng)💯響因素後對(duì)渦輪流量計(jì)🏃的計量精度(du)造成較大影(ying)響。爲此，有必(bì)要結合實地(dì)情況采取必(bì)要的計量修(xiu)正措施，确✔️保(bao)渦輪💋流量計(jì)🌏計量精度，爲(wèi)公平交易奠(diàn)定堅實的基(ji)礎。
　　山西省A分(fèn)輸站（上遊供(gong)氣公司）自2011年(nián)開始向B分輸(shu)站（下🐪遊用氣(qi)公💁司）供氣以(yi)來，供氣長期(qī)受正供銷差(chà)困擾，始終未(wei)得以徹底解(jiě)決（A分輸站至(zhì)B分輸站長輸(shū)管線長度約(yue)爲2km）。爲🤞此，以A分(fèn)輸站長期貿(mào)易計量交接(jie)的渦輪流量(liàng)📐計爲對象進(jin)行研究。該渦(wō)輪流量計距(ju)離上遊最近(jin)壓🈲縮站僅7km，且(qiě)地形地勢特(te)征高差較大(da)，在全省非常(chang)規天😍然氣上(shàng)下遊計量交(jiāo)接中具有代(dài)表性。綜合各(gè)種影響因素(su)的分析可知(zhi)，氣體組分和(he)脈動流對計(jì)量的精度有(yǒu)較大影響。本(běn)文通過實際(ji)數據對比、AGA8-92DC方(fang)🆚法和脈動流(liu)定性影響分(fèn)析對計量🈲偏(piān)差進行研究(jiu)，是山西省非(fei)常規天然氣(qì)公平貿易的(de)一❄️項非常有(yǒu)意義的課題(ti)。
1渦輪流量計(jì)計量和換算(suàn)原理
1.1計量原(yuán)理
　　流體通過(guò)渦輪流量計(ji)時，流速被轉(zhuǎn)換爲渦輪的(de)轉速，轉速再(zai)被轉換成與(yǔ)流量成正比(bi)的電信号，最(zui)後在計數器(qi)上進行顯🆚示(shi)和累計。目前(qian)，絕大多數渦(wō)輪流量計都(dou)爲一體化智(zhì)能流量計，除(chu)上述機械計(ji)量部分外，還(hái)包括1台體積(jī)計算儀，依據(jù)實測工況流(liu)量、取壓口實(shi)測壓力、測溫(wēn)口實測溫度(dù)及内部設定(dìng)的一些固定(ding)參數進行計(ji)算，将工㊙️況體(tǐ)積轉換爲可(kě)貿易交接的(de)天然氣體積(ji)，其原理如圖(tú)1所示。

1.2換算(suan)原理
1.2.1工作條(tiáo)件下的體積(ji)流量計算實(shí)用公式
　　工作(zuo)條件下的體(ti)積流量計算(suàn)實用公式如(rú)式(1)所示：

　　式(1)中(zhong)，qf爲工作條件(jian)下的體積流(liú)量，m3/s；?爲輸出工(gong)作頻率，Hz，由頻(pin)率計采集；k爲(wei)系數，m-3，可按流(liú)量計銘牌給(gei)定值。
1.2.2标準參(can)比條件下的(de)體積流量換(huan)算實用公式(shi)
　　标準參比條(tiao)件下的體積(ji)流量換算實(shí)用公式如式(shi)(2)所示：

式(2)中，q
　　式(shì)(2)中，qn爲标準參(cān)比條件下的(de)體積流量，m3/s；pf爲(wèi)工作條件下(xia)的絕對☂️靜壓(yā)力，MPa；pn爲标準參(can)比條件下的(de)絕對靜壓💰力(li)，MPa；Tn爲标準參比(bǐ)條件下的🏃熱(re)力學溫度，K；Tf爲(wei)工作條件下(xia)的氣體絕對(dui)溫度，K；Zn爲标準(zhun)參比條件下(xia)的氣體壓縮(suo)因子；Zf爲工作(zuo)條件☎️下的氣(qì)體壓縮因子(zǐ)。
　　工作條件下(xià)的壓力和溫(wen)度的精度取(qu)決于測量儀(yí)表。标準參🛀🏻比(bi)🥵條件下的絕(jué)對靜壓力爲(wei)101.325kPa，熱力學溫度(du)爲293.15K。輸出工作(zuo)頻率由頻率(lǜ)計采集得到(dào)。在不考慮測(ce)量儀表測量(liang)誤🏃🏻差的基礎(chu)上，研究範圍(wei)可進一步縮(suō)小，可主要從(cóng)天然氣組分(fen)對計量的影(yǐng)響和脈動流(liu)🈲對計量的影(ying)響兩方面進(jin)行研究[1]。
2天然(ran)氣組分對計(ji)量的影響
2.1條(tiáo)件設定
　　非常(cháng)規天然氣與(yu)天然氣相同(tóng)，也是一種混(hun)合物，主要🈲成(chéng)分是烷烴，絕(jué)大多數是CH4，也(yě)含有少量非(fei)烴類氣體，其(qí)組分在各采(cai)氣🐆區各不相(xiang)同，但作爲影(yǐng)響氣體壓縮(suō)因子的因素(su)之一，目前在(zài)山西省🐆的計(jì)量交接💃點處(chu)很少❌進行在(zài)線分析，一般(ban)是在體積計(ji)算儀中輸入(ru)默認組分比(bǐ)例作爲換算(suàn)的依據（設計(jì)組分）。
　　氣體壓(yā)縮因子Zn在标(biao)準參比條件(jiàn)下受介質組(zu)分變化影響(xiǎng)💯極小（近似于(yú)1），但在高壓輸(shū)氣條件下，工(gong)作條件下💃🏻的(de)氣體壓縮因(yin)子Zf受組分影(yǐng)響會發生較(jiào)大變⛷️化。山西(xi)省非常規天(tian)然氣的組分(fèn)與典型的天(tian)然氣組分（設(shè)計🧡組分）相比(bi)有較大變🐅化(huà)，在高壓輸送(sòng)計量🔞中，氣體(ti)壓縮因子的(de)變化對計量(liàng)精度的影響(xiang)已超出了其(qi)本身的🆚計量(liang)精度，其影響(xiǎng)不可忽略。A分(fen)輸站2025年12月15日(rì)11:06的運行參數(shu)如表1所示。

2.2組(zu)分數據
　　設計(ji)組分選取典(dian)型天然氣組(zǔ)分，如表2所示(shi)。

　　非常規天然(rán)氣實際組分(fen)以A分輸站曆(lì)年實際氣質(zhi)檢測🍓報告♌結(jié)果爲依據，如(rú)表3所示。

2.3理論(lùn)分析組分對(duì)氣體壓縮因(yin)子的影響
　　壓(yā)縮因子的求(qiú)得方式有很(hěn)多種，包括儀(yí)器、理計算方(fāng)程、憑🏒借經😄驗(yàn)公式估算、Standing-Katz确(que)定等[2]。　　GB/T17747.1—2011《天然氣(qì)壓縮因子的(de)計算第1部分(fèn)：導論📧和指南(nan)》推薦用AGA8-92DC和SGERG-88法(fǎ)。所研究分析(xi)的介質已有(yǒu)曆年詳細的(de)氣質組分，同(tong)時考慮AGA8-92DC法💰精(jīng)度較高，因此(ci)選用AGA8-92DC法并通(tōng)過VisualBasic編寫程序(xu)💋進行計算。
　　依(yī)據表2典型天(tian)然氣組分和(hé)實際運行參(cān)數計算Zn/Zf，計算(suan)結果爲1.0864，輸入(ru)及輸出結果(guǒ)如圖2所示。

　　依(yī)據表3非常規(guī)天然氣實際(ji)組分和實際(jì)運行參數計(jì)算👅Zn/Zf，計算結果(guo)如表4所示。

　　通(tong)過對比分析(xī)，采用設計組(zu)分計算時氣(qì)體壓縮因子(zi)比值👣爲1.0864，而💯采(cai)用實際組分(fen)計算時爲1.0613，偏(pian)差爲2.365%。由此☔可(ke)知，不調整設(shè)計組分會導(dao)緻正2.365%的供銷(xiāo)差。
2.4實際供銷(xiāo)差數據
　　2011—2019年實(shi)際供銷差如(ru)表5所示。

2.5天然(rán)氣組分對計(jì)量結果的影(ying)響
　　将理論計(ji)算與實際供(gong)銷差數據進(jin)行對比，結果(guǒ)相近，由🌈此可(kě)📱知在假設條(tiao)件和不考慮(lǜ)其他影響因(yin)素時，受非常(chang)規天然氣👨‍❤️‍👨組(zu)分❄️的影響，計(jì)量值偏大，正(zheng)偏差值約爲(wei)2.28%，對下🈲遊接氣(qi)單位不🐅利，給(gei)下遊單位的(de)供銷差管理(lǐ)造成不利後(hou)果。
3脈動流對(dui)計量的影響(xiang)
　　脈動流的成(cheng)因有很多，如(rú)在緊鄰增壓(yā)機出口處、控(kong)制閥🍉頻繁操(cao)作時、管線振(zhèn)蕩時和管線(xian)中有漩渦等(deng)，有時壓力和(he)溫🌈度探測器(qi)産生的渦街(jiē)也會形成脈(mo)動流。其📐特性(xing)是介質流🔞動(dòng)不穩定，但周(zhou)期性變化，流(liú)體在加速或(huo)減速過程中(zhōng)會影🔞響葉輪(lún)旋轉速，但葉(yè)💚輪旋轉相對(dui)滞後，通俗可(kě)理解爲“慣性(xing)”，由此對流量(liàng)計的正确計(ji)量造成一定(dìng)的影響。
3.1流量(liang)測量
　　現階段(duàn)，脈動流的直(zhí)接測量還存(cún)在很大困難(nán)，但可通過誤(wu)差方⚽程分析(xi)、實驗室試驗(yan)和專業的脈(mo)動流量誤差(cha)檢測設備檢(jiǎn)測分析某一(yī)特定脈動流(liu)的測量誤差(cha)。前兩種👈方法(fǎ)基于脈動♌流(liu)的振幅和頻(pin)率的可測量(liàng)性，振幅和頻(pin)率的測量🥵可(ke)通過激光多(duō)普勒👉技術、熱(re)線風速儀法(fǎ)等。專業的脈(mò)動流☔量誤差(chà)檢測設備已(yǐ)有設備🌈制造(zào)廠家在生産(chǎn)。
3.1.1誤差方程分(fèn)析
　　通過對機(ji)翼理論的研(yán)究，可列出涉(shè)及慣量、夾角(jiao)、葉輪半徑、角(jiǎo)速度等參數(shu)的誤差運動(dong)方程，通過編(bian)程可求得針(zhen)對某一特👉定(ding)渦輪流量計(jì)的不同振幅(fú)和頻率脈動(dòng)流的測量誤(wù)差[3]。依據動量(liàng)守❌恒定律，可(kě)列出包含流(liú)速、切線速度(dù)等參數的非(fēi)線性微分方(fang)程，通過計算(suàn)和分析可理(li)論☀️推導測量(liang)誤差[4]。
3.1.2實驗室(shì)試驗
　　現場實(shí)測脈動流的(de)特性，采用已(yǐ)知标準體積(ji)壓縮空氣，在(zai)實驗室模拟(nǐ)脈動流，将測(ce)量值與标準(zhun)體積進行對(dui)比🐇，分析測量(liang)誤差。
3.1.3誤差檢(jiǎn)測設備檢測(cè)
　　一種燃氣脈(mò)動流誤差檢(jian)測設備，可較(jiào)正确地測得(dé)脈動🔞誤差🌈值(zhí)，暫未在山西(xi)省廣泛應用(yong)。在絕大多數(shù)燃氣公司的(de)實際運行管(guǎn)理過程中，脈(mo)動流的特性(xing)參數無法在(zai)日常運行🙇‍♀️監(jian)測數據中獲(huo)取，因此，主要(yào)定性地說明(ming)脈動流✨對渦(wo)輪流量計計(ji)量偏差的影(ying)響。
3.2測量誤差(cha)
　　已有很多學(xue)者針對脈動(dòng)流對計量的(de)影響進行了(le)研究。分析結(jié)果可知，由于(yú)葉輪受流體(ti)加速影響小(xiǎo)，受流體減速(su)影響大，計量(liàng)始終存在正(zhèng)供銷差。此外(wài)，正供銷🔞差取(qu)決于脈動流(liú)的振🈲幅和頻(pin)率，整體來說(shuo)，如果脈動流(liú)頻率大于葉(ye)輪角頻率時(shí)正😄供銷差值(zhí)較大，脈動振(zhèn)幅增大時正(zhèng)供銷差值也(yě)随之增大。
3.3脈(mò)動流對計量(liang)結果影響
　　A分(fèn)輸站渦輪流(liú)量計距離上(shang)遊最近的壓(ya)縮站（往複式(shì)壓縮機✌️增壓(yā)）不到7km，且該分(fèn)輸站工藝布(bù)置緊湊。據實(shi)地🌐測量，流量(liang)計上遊直管(guan)段長度約爲(wei)6Dn（Dn爲渦輪流量(liang)計口徑，mm），下遊(yóu)直管段長度(du)約爲4Dn。此外，7km管(guan)道沿線地勢(shì)高低不平，加(jia)之煤層氣氣(qi)質水含量較(jiào)大，導緻在低(di)窪處極易形(xíng)成積液，積液(yè)也會造成📐脈(mò)動流。
　　2014年8—10月期(qi)間，下遊公司(si)發現正供銷(xiao)差持續增大(da)時，對A分輸站(zhan)🏃🏻和💋B分🥰輸站的(de)渦輪流量計(ji)進行了标定(ding)，但标定結果(guo)均爲合💰格。随(sui)後下遊公司(sī)在2014年11月5—7日對(dui)A至B分輸站段(duan)管線進行了(le)清管作業，共(gòng)清出污水雜(za)質約23t，清管完(wán)成💃🏻後正供銷(xiao)差明顯減小(xiǎo)。清管前後實(shi)際供銷差數(shù)據如表6所示(shi)。

　　除此之外，通(tōng)過日常運行(háng)監測，供氣瞬(shun)時流量每次(cì)顯示數🐆據都(dou)在變化，且在(zài)一定時間内(nei)在1個值上下(xia)頻繁波動🌈（波(bo)動💞幅度約爲(wèi)±20%）。綜合上述情(qing)況，該輸氣管(guǎn)道存在脈動(dòng)流㊙️的可能性(xìng)很大。脈動流(liu)會造成正供(gong)銷差影響，對(duì)下遊接氣單(dān)位不利，因此(ci)有🤩必要對脈(mò)動流的影響(xiǎng)進行修正。
4結(jié)語
　　目前，山西(xi)省絕大多數(shù)分輸站未安(an)裝在線色譜(pǔ)儀，且♋直🐇接💞測(ce)量脈動流流(liu)量的計量表(biao)還未被廣泛(fan)應💰用于實際(ji)🌈生産中。探究(jiu)表明，山西省(sheng)非常規天然(rán)氣的組分和(hé)脈動流輸氣(qi)💃均會使📞渦輪(lun)流量計産生(sheng)無法通過定(dìng)🥰期檢定來消(xiao)除的正向系(xì)統誤差。因此(ci)，爲♋确保作爲(wèi)上下遊貿易(yi)交接依據的(de)計量表測量(liàng)的精度，保證(zhèng)公平交易，可(ke)通過誤🧡差分(fèn)析修正、組分(fèn)修正、優化工(gōng)藝等方式對(duì)現渦輪流量(liàng)直接測量結(jié)果♉進❗行修正(zheng)。
a)天然氣組分(fèn)影響的修正(zheng)建議。結合實(shí)際工況條件(jiàn)💚，合🙇‍♀️理調整渦(wo)輪流量計的(de)壓縮因子和(hé)天然氣組分(fèn)；當精♋度要求(qiu)較🧡高時，采取(qu)安裝在線分(fen)析儀的方式(shi)實時更新流(liu)量計參數。
b)脈(mò)動流影響的(de)修正建議。通(tōng)過工藝優化(huà)、改造，使流🌏體(ti)通過流量❗計(jì)時基本穩定(ding)；選定合适的(de)流量計型号(hào)；實🔴測脈💁動流(liu)特性🛀，理論計(ji)算或實驗室(shì)試驗分析📞測(ce)量誤差，與結(jie)算方進行誤(wù)差修正；采用(yòng)誤差測量設(she)備對測量誤(wù)差進行測量(liàng)和修正，并以(yǐ)此作爲結♊算(suàn)依據

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