摘要：綜合渦輪(lún)流量(liàng)計的(de)計量原理、山西省非常規(guī)天然氣井口氣(qì)的氣質和流動特性，分析(xī)了流體組分和(hé)脈動(dòng)流對渦輪流量(liàng)計計量精(jīng)度(dù)的影響。結果(guǒ)表明，實際組(zǔ)分和流(liú)動特(tè)性均會使(shǐ)渦輪流量(liàng)計産(chǎn)生正向(xiàng)系統誤(wù)差。基于此(cǐ)對修(xiū)正正供銷差提(tí)出了(le)建議。在山(shān)西省非常規天(tiān)然氣大力(lì)發展(zhǎn)之際(jì)，面對絕大(dà)多數企業貿易(yì)結算仍(réng)采取渦(wō)輪(lún)流量計計量(liàng)的實際現狀，該(gāi)探究結果(guǒ)對上(shàng)、中、下遊(yóu)的供銷(xiāo)差管(guǎn)理具有一(yī)定的(de)實際(jì)指導(dǎo)意義(yì)。
　　随着國内天然氣市場需(xū)求不斷增(zēng)加，天(tiān)然氣對(duì)外依存(cún)度(dù)持續走高，對國内天然氣的(de)自采量增幅提出了更高的要(yào)求。山(shān)西(xī)的非常(cháng)規天(tiān)然氣資源(yuán)總量約占全(quán)國(guó)的1/3，煤(méi)層氣資源(yuán)豐富，2020年全省煤(méi)層氣開采(cǎi)量達(dá)到1×1010m3/a，在2025年将(jiāng)達到(dào)2×1010m3/a。
　　渦輪流(liú)量(liàng)計由(yóu)流體推(tuī)動(dòng)葉輪旋轉，從(cóng)而産生(shēng)與流量(liàng)成正比(bǐ)的(de)電脈沖(chòng)信号(hào)，具有精度(dù)高、重複性(xìng)好(hǎo)、測量範(fàn)圍廣(guǎng)等諸(zhū)多優(yōu)點。在天然(rán)氣計(jì)量的應用中，被(bèi)測介質的黏度(dù)、密度、髒污(wū)程度、管道(dào)安(ān)裝結構(gòu)、脈動(dòng)流和組分等在不(bú)同(tóng)的場(chǎng)所各不相同，綜(zōng)合各(gè)種影響因(yīn)素後對渦輪流量計的計量精(jīng)度造成(chéng)較(jiào)大影(yǐng)響。爲此，有必(bì)要(yào)結合實地情況(kuàng)采取必(bì)要的計量修正措施，确(què)保渦(wō)輪流量計(jì)計量(liàng)精度(dù)，爲(wèi)公平交易奠定堅(jiān)實的(de)基礎(chǔ)。
　　山西省a分(fèn)輸站（上遊(yóu)供氣公司）自2011年(nián)開始向b分輸站（下遊(yóu)用氣公司(sī)）供氣(qì)以來，供氣(qì)長期(qī)受正供銷差困擾，始終未(wèi)得以徹底解決（a分輸站至b分輸(shū)站長輸管(guǎn)線長度約(yuē)爲2km）。爲此，以(yǐ)a分輸(shū)站(zhàn)長(zhǎng)期貿(mào)易計量(liàng)交接的(de)渦輪流(liú)量(liàng)計爲(wèi)對象進行研究(jiū)。該渦輪流量計(jì)距離上(shàng)遊最近(jìn)壓縮站僅(jǐn)7km，且(qiě)地(dì)形地勢特(tè)征高(gāo)差較大(dà)，在(zài)全省非常(cháng)規天然氣(qì)上下遊計(jì)量交(jiāo)接中具有代表(biǎo)性。綜合各種影響因(yīn)素的分析可知，氣(qì)體組分(fèn)和脈動流對計(jì)量的(de)精度有(yǒu)較大影響(xiǎng)。本文通(tōng)過實際(jì)數據對比、aga8-92dc方(fāng)法和脈動(dòng)流(liú)定性(xìng)影響分(fèn)析對計量偏差(chà)進行研究(jiū)，是山(shān)西省非(fēi)常規天(tiān)然氣公平貿易(yì)的一項(xiàng)非常有(yǒu)意義(yì)的(de)課(kè)題。
1渦(wō)輪流量計(jì)計量(liàng)和換(huàn)算原理
1.1計量原(yuán)理
　　流體通(tōng)過渦輪流(liú)量計(jì)時，流速(sù)被轉(zhuǎn)換(huàn)爲渦(wō)輪的轉速，轉速再被(bèi)轉換(huàn)成與流(liú)量成正比的(de)電信号，最(zuì)後在計(jì)數(shù)器上(shàng)進行顯示(shì)和累(lèi)計。目前，絕大多數渦輪流(liú)量計(jì)都(dōu)爲一(yī)體(tǐ)化智(zhì)能流量計，除上(shàng)述機(jī)械計(jì)量部分外，還包括1台體積計算儀，依(yī)據實(shí)測工況流(liú)量、取壓口實測(cè)壓力、測(cè)溫(wēn)口實(shí)測溫度(dù)及内部(bù)設定(dìng)的(de)一些固定參數進行計(jì)算，将工(gōng)況體積(jī)轉換爲可(kě)貿易(yì)交接的(de)天然氣體積，其(qí)原(yuán)理如(rú)圖1所示。

1.2換算(suàn)原理(lǐ)
1.2.1工作(zuò)條件(jiàn)下的體積(jī)流(liú)量(liàng)計算(suàn)實用公式
　　工作(zuò)條件下的(de)體(tǐ)積(jī)流量計算實用(yòng)公式(shì)如(rú)式(1)所示：

　　式(1)中，qf爲(wèi)工作條件(jiàn)下的體積流(liú)量，m3/s；?爲輸出工作(zuò)頻率(lǜ)，hz，由頻率計(jì)采集；k爲系(xì)數，m-3，可(kě)按流(liú)量計銘牌(pái)給定值。
1.2.2标準參(cān)比條件下的(de)體(tǐ)積流量換(huàn)算實(shí)用公式
　　标(biāo)準參比條件下的體(tǐ)積(jī)流(liú)量換算實(shí)用公式如式(2)所(suǒ)示：

式(2)中，q
　　式(2)中，qn爲标準參比(bǐ)條件下的(de)體積流量(liàng)，m3/s；pf爲(wèi)工作條件下(xià)的絕對靜壓力(lì)，mpa；pn爲标準(zhǔn)參(cān)比條(tiáo)件下的(de)絕對靜(jìng)壓力(lì)，mpa；tn爲标準參(cān)比條(tiáo)件下的熱(rè)力學(xué)溫度(dù)，k；tf爲工(gōng)作條件下的氣(qì)體絕對溫(wēn)度，k；zn爲(wèi)标準參比條件(jiàn)下的氣體(tǐ)壓縮(suō)因子；zf爲工作條(tiáo)件下的氣(qì)體壓縮因子。
　　工作條(tiáo)件下(xià)的壓(yā)力和(hé)溫度的精度取(qǔ)決于測量儀(yí)表(biǎo)。标準(zhǔn)參比(bǐ)條件(jiàn)下的絕對靜壓力爲(wèi)101.325kpa，熱力學溫(wēn)度爲293.15k。輸出工作(zuò)頻率由頻率(lǜ)計(jì)采集得到。在不(bú)考慮(lǜ)測量儀表(biǎo)測量(liàng)誤差的基(jī)礎上(shàng)，研究範圍(wéi)可進一步縮小，可主要從(cóng)天然(rán)氣組(zǔ)分(fèn)對(duì)計量的影(yǐng)響(xiǎng)和脈動(dòng)流(liú)對計(jì)量的影響兩方面(miàn)進(jìn)行(háng)研究[1]。
2天然(rán)氣組分對(duì)計量(liàng)的影響
2.1條(tiáo)件設(shè)定
　　非常規天然氣與(yǔ)天然氣相同，也(yě)是一種混合物(wù)，主要成(chéng)分是烷烴，絕大多數是ch4，也含有(yǒu)少(shǎo)量非烴類氣體(tǐ)，其(qí)組(zǔ)分在各采氣區(qū)各不相(xiàng)同(tóng)，但作(zuò)爲影響氣體壓(yā)縮因(yīn)子的因素(sù)之一，目前在山西省(shěng)的計(jì)量交接點處(chù)很少進(jìn)行在(zài)線分析，一(yī)般是在體積計(jì)算儀(yí)中輸入(rù)默認組分比(bǐ)例作(zuò)爲換(huàn)算的依據(jù)（設計組分）。
　　氣體(tǐ)壓縮(suō)因子zn在标(biāo)準參比條件下受介質組(zǔ)分變(biàn)化影響(xiǎng)極(jí)小（近(jìn)似于1），但在高壓(yā)輸氣條件下，工(gōng)作條件下的氣(qì)體壓縮因(yīn)子zf受(shòu)組分(fèn)影(yǐng)響會發(fā)生較大變(biàn)化。山(shān)西省非常規天(tiān)然氣的(de)組分與(yǔ)典型(xíng)的天然氣(qì)組分（設計組分(fèn)）相比有較大變化，在高壓(yā)輸送(sòng)計量中，氣體壓(yā)縮因子的(de)變化(huà)對計(jì)量精度的(de)影響已超出了其本身的計量(liàng)精度，其(qí)影(yǐng)響不(bú)可忽(hū)略(luè)。a分輸站(zhàn)2020年9月24日11:06的運行參數如表(biǎo)1所示(shì)。

2.2組分數(shù)據(jù)
　　設計組分選(xuǎn)取典型天然氣組(zǔ)分，如(rú)表2所(suǒ)示(shì)。

　　非常規(guī)天然氣實(shí)際組(zǔ)分以(yǐ)a分(fèn)輸(shū)站曆(lì)年實際氣質檢(jiǎn)測報(bào)告結(jié)果爲(wèi)依據，如表(biǎo)3所示。

2.3理論(lùn)分析組分(fèn)對氣(qì)體壓縮因(yīn)子的(de)影(yǐng)響(xiǎng)
　　壓縮(suō)因子的求(qiú)得方(fāng)式有(yǒu)很多種，包(bāo)括儀(yí)器、理(lǐ)計算(suàn)方程(chéng)、憑借(jiè)經驗(yàn)公式估算(suàn)、standing-katz确定等[2]。　　gb/t17747.1—2011《天(tiān)然(rán)氣壓縮(suō)因子的計算第1部分：導論和指(zhǐ)南》推薦用aga8-92dc和sgerg-88法(fǎ)。所研(yán)究分析的(de)介質已(yǐ)有曆年詳細的(de)氣質組(zǔ)分，同時考慮aga8-92dc法(fǎ)精(jīng)度(dù)較高，因此(cǐ)選用(yòng)aga8-92dc法并通過visualbasic編寫(xiě)程序(xù)進行(háng)計算。
　　依(yī)據表2典(diǎn)型天(tiān)然氣(qì)組分(fèn)和實(shí)際運行參數計(jì)算zn/zf，計算結(jié)果爲1.0864，輸入(rù)及輸出結果(guǒ)如圖2所示。

　　依據表3非常規天(tiān)然氣實際(jì)組分(fèn)和(hé)實(shí)際運(yùn)行參(cān)數計(jì)算zn/zf，計算結果如(rú)表4所(suǒ)示。

　　通過對比分(fèn)析，采用設計組(zǔ)分計算(suàn)時氣體壓縮因子(zǐ)比值爲1.0864，而采用實際(jì)組分計算時爲1.0613，偏(piān)差爲2.365%。由(yóu)此可(kě)知，不調整設計(jì)組分會導(dǎo)緻正(zhèng)2.365%的供銷差。
2.4實際(jì)供銷(xiāo)差數據
　　2011—2019年(nián)實際供銷(xiāo)差如(rú)表5所示。

2.5天然氣(qì)組分對計(jì)量結(jié)果的(de)影響(xiǎng)
　　将理論計算與(yǔ)實際供銷差數(shù)據進(jìn)行對(duì)比，結果相近，由此(cǐ)可知在(zài)假設條件(jiàn)和不考慮其他影響(xiǎng)因素時(shí)，受非常規天然氣組分(fèn)的影響(xiǎng)，計量值(zhí)偏大，正偏(piān)差值(zhí)約爲2.28%，對下遊接氣(qì)單位(wèi)不(bú)利，給(gěi)下遊單位(wèi)的(de)供銷差管(guǎn)理造成不利後果。
3脈動(dòng)流對計量(liàng)的影(yǐng)響(xiǎng)
　　脈動流(liú)的成(chéng)因有很多，如在(zài)緊鄰增壓(yā)機出口處、控制閥頻(pín)繁操(cāo)作時、管線(xiàn)振(zhèn)蕩時和管線(xiàn)中有(yǒu)漩渦等，有時壓力和(hé)溫度(dù)探測器(qì)産生的(de)渦街(jiē)也(yě)會形成(chéng)脈動(dòng)流。其特性(xìng)是介質流動不穩定，但周期性變化(huà)，流(liú)體在加(jiā)速或減速過程(chéng)中會影響葉輪(lún)旋轉(zhuǎn)速，但葉輪(lún)旋轉(zhuǎn)相對滞後(hòu)，通俗(sú)可(kě)理解爲(wèi)“慣性”，由(yóu)此對流(liú)量(liàng)計的正(zhèng)确計(jì)量造(zào)成一定的(de)影響。
3.1流量測量
　　現階段(duàn)，脈動流(liú)的直(zhí)接測(cè)量還存(cún)在很大困難(nán)，但可通過誤差方程分析(xī)、實驗(yàn)室試(shì)驗和(hé)專業(yè)的脈(mò)動流量誤(wù)差檢測設(shè)備檢(jiǎn)測分析某一特(tè)定脈(mò)動流的測(cè)量誤差。前兩種(zhǒng)方法基于脈動流的振幅和頻(pín)率的可測量性，振幅(fú)和頻(pín)率的(de)測量可通過激(jī)光多(duō)普勒技術(shù)、熱線風速儀法(fǎ)等。專(zhuān)業的脈動(dòng)流量誤差檢測設備已有設備(bèi)制造(zào)廠家(jiā)在生(shēng)産。
3.1.1誤差方(fāng)程分(fèn)析
　　通過對(duì)機翼(yì)理論的研(yán)究，可(kě)列出涉及慣量、夾角(jiǎo)、葉(yè)輪半徑(jìng)、角速度等參數(shù)的誤差運動(dòng)方(fāng)程，通過編程可(kě)求得針對(duì)某一(yī)特定渦輪流量計的不同振幅(fú)和頻率脈(mò)動流(liú)的測量誤差[3]。依據動(dòng)量守(shǒu)恒定(dìng)律，可(kě)列出(chū)包含(hán)流(liú)速、切線(xiàn)速度(dù)等參數(shù)的非(fēi)線(xiàn)性微分方程，通過計(jì)算(suàn)和分析(xī)可理論推(tuī)導測量誤(wù)差[4]。
3.1.2實(shí)驗室(shì)試驗
　　現場實測脈動流(liú)的特性(xìng)，采用已知(zhī)标準(zhǔn)體積壓縮空氣(qì)，在實驗(yàn)室(shì)模拟(nǐ)脈動流，将測量(liàng)值與(yǔ)标(biāo)準(zhǔn)體積(jī)進行對比，分析(xī)測量誤差(chà)。
3.1.3誤差(chà)檢測(cè)設備檢測(cè)
　　一種燃氣(qì)脈(mò)動(dòng)流誤(wù)差檢測設(shè)備，可較正确地(dì)測得(dé)脈動誤差(chà)值(zhí)，暫(zàn)未在山西(xī)省廣(guǎng)泛應用。在(zài)絕大多(duō)數燃氣(qì)公司的實際運(yùn)行管(guǎn)理過程中(zhōng)，脈動(dòng)流的特性(xìng)參數無法(fǎ)在日(rì)常運行監(jiān)測數據中(zhōng)獲取，因此(cǐ)，主要(yào)定性地說(shuō)明(míng)脈動流對渦(wō)輪流(liú)量計計量偏差的影響。
3.2測量誤(wù)差(chà)
　　已有很(hěn)多學(xué)者針對脈(mò)動流對計量的(de)影響進(jìn)行(háng)了(le)研(yán)究。分析結(jié)果可(kě)知，由于(yú)葉輪受流體(tǐ)加(jiā)速影響(xiǎng)小，受流體(tǐ)減速(sù)影響(xiǎng)大，計(jì)量始終存在正供銷(xiāo)差。此(cǐ)外，正供銷(xiāo)差取決于(yú)脈動(dòng)流的振幅和頻(pín)率，整體(tǐ)來說，如(rú)果脈動流(liú)頻率(lǜ)大于葉輪角頻率時正供銷差(chà)值較大，脈(mò)動振(zhèn)幅增(zēng)大時正供(gòng)銷差值也随之增大。
3.3脈動流對計量結果(guǒ)影響
　　a分輸(shū)站(zhàn)渦(wō)輪流(liú)量計(jì)距離(lí)上遊最近(jìn)的壓縮站（往複式壓(yā)縮機增壓）不到7km，且該(gāi)分輸站(zhàn)工(gōng)藝布(bù)置緊湊。據實地(dì)測量，流量計上遊直(zhí)管段(duàn)長度(dù)約爲6dn（dn爲渦輪流(liú)量(liàng)計口(kǒu)徑，mm），下遊(yóu)直管段長(zhǎng)度約(yuē)爲4dn。此外(wài)，7km管(guǎn)道沿(yán)線地勢(shì)高(gāo)低不(bú)平，加(jiā)之煤(méi)層氣(qì)氣質水(shuǐ)含量較(jiào)大，導緻在低窪處極易形成積(jī)液，積液也會造(zào)成脈(mò)動流(liú)。
　　2014年8—10月(yuè)期間(jiān)，下(xià)遊公司(sī)發現正供銷差(chà)持續增大時，對a分輸站(zhàn)和(hé)b分輸站的(de)渦輪流量計進行了标定(dìng)，但标定結果均爲合格。随(suí)後下遊公司(sī)在2014年11月5—7日對a至(zhì)b分(fèn)輸站(zhàn)段(duàn)管(guǎn)線進行了(le)清管作業，共清(qīng)出污水雜質約23t，清管完成後正供銷差明顯減(jiǎn)小。清管前(qián)後實際供(gòng)銷差數(shù)據(jù)如表6所示。

　　除此之外，通過(guò)日常(cháng)運行監(jiān)測，供氣(qì)瞬時流量每次(cì)顯示數據(jù)都(dōu)在變化，且在(zài)一定(dìng)時間内在(zài)1個值上下頻繁波動(dòng)（波(bō)動幅度約爲(wèi)±20%）。綜合上述情況(kuàng)，該輸氣管道存在脈動流的可(kě)能性很大。脈動(dòng)流會造成正供(gòng)銷差影響，對下(xià)遊接氣(qì)單位不利，因(yīn)此(cǐ)有(yǒu)必要(yào)對脈(mò)動流的影響進行(háng)修(xiū)正。
4結語
　　目前，山西(xī)省(shěng)絕大多數(shù)分輸站未(wèi)安(ān)裝(zhuāng)在線(xiàn)色譜儀，且(qiě)直接(jiē)測(cè)量脈動流流(liú)量的(de)計量表(biǎo)還未被(bèi)廣泛應用于實際(jì)生産中(zhōng)。探究(jiū)表明，山西(xī)省非常規天然(rán)氣的組分和脈(mò)動流(liú)輸(shū)氣(qì)均會(huì)使渦輪流量計(jì)産生(shēng)無法通過(guò)定期檢定來消(xiāo)除的正向系統(tǒng)誤差。因(yīn)此，爲确保作爲上下遊(yóu)貿易交接(jiē)依據(jù)的計(jì)量表測量(liàng)的精度，保(bǎo)證公(gōng)平交(jiāo)易，可通過(guò)誤差分(fèn)析修正(zhèng)、組分(fèn)修正、優化(huà)工藝(yì)等方式對(duì)現渦(wō)輪流(liú)量直接測量結(jié)果進(jìn)行修(xiū)正(zhèng)。
a)天(tiān)然氣(qì)組分影響的修(xiū)正建(jiàn)議。結(jié)合實(shí)際工(gōng)況(kuàng)條件，合(hé)理調整(zhěng)渦(wō)輪流(liú)量計的壓縮因(yīn)子和(hé)天然氣組(zǔ)分；當(dāng)精度(dù)要求(qiú)較高時(shí)，采(cǎi)取(qǔ)安(ān)裝在(zài)線分析儀(yí)的方(fāng)式(shì)實時更新流(liú)量(liàng)計參數(shù)。
b)脈動流(liú)影響的(de)修正建議。通過(guò)工藝優化、改造，使流體(tǐ)通過流(liú)量計(jì)時基本穩定；選定(dìng)合适的(de)流量計型号(hào)；實(shí)測脈(mò)動流(liú)特性(xìng)，理論(lùn)計(jì)算或實驗室(shì)試驗分析(xī)測(cè)量誤差，與結(jié)算方(fāng)進(jìn)行誤差(chà)修正；采用(yòng)誤差(chà)測量設備對測(cè)量誤(wù)差(chà)進(jìn)行測量(liàng)和修(xiū)正，并以(yǐ)此作爲(wèi)結(jié)算依(yī)據

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