摘要:目(mù)前天然氣(qì)計量(liàng)己制定了(le)許多相關的國家标準、行業标(biāo)準和(hé)計量檢(jiǎn)定規程(chéng)等,但未形(xíng)成完(wán)整體系與國外(wài)相比尚(shàng)有較大(dà)差距(jù)。本文(wén)着重探讨了(le)天然氣(qì)孔闆 流量計 測(cè)量中精度(dù)要求(qiú)和不确(què)定(dìng)度分(fèn)析了(le)影響測量不确定度(dù)的幾種因(yīn)素。
引(yǐn)言
　　孔(kǒng)闆流量計(jì) 在20世(shì)紀使(shǐ)用于天然(rán)氣流量測量,經(jīng)過(guò)-個世紀漫長(zhǎng)的發展過程(chéng)，它(tā)已成爲主要的(de)天然氣流(liú)量計。目前(qián)我(wǒ)國(guó)天然(rán)氣計量專(zhuān)業性标準爲《天然氣(qì)流量的标(biāo)準孔(kǒng)闆計量(liàng)方法》(sy/t6143-1996)。
1天(tiān)然氣(qì)孔闆流量(liàng)計的組成
　　孔闆(pǎn)流量計由(yóu)産生壓差的一(yī)次裝(zhuāng)置--孔闆(pǎn)節(jiē)流裝(zhuāng)置和(hé)二次檢測(cè)儀表(biǎo)-差壓(yā)計、 壓(yā)力計(jì) 、溫度計和(hé)相關參數儀器(qì)儀表加信号引線等(děng)組(zǔ)成,如圖1所示(shì)。
 
2天然(rán)氣孔(kǒng)闆流量計适用(yòng)條件
　　孔闆流量(liàng)計是以(yǐ)相似原理爲(wèi)根(gēn)據，以實(shí)驗(yàn)數據爲(wèi)基礎(chǔ)的瞬時流量計(jì),從一次裝置的幾何(hé)尺寸到流(liú)體流動狀(zhuàng)态都有一定的要求(qiú)。
2.1一次裝置幾何尺寸(cùn)限(xiàn)制條件
sy/t6143-1996要求:
孔(kǒng)闆開孔(kǒng)直徑(jìng)d≥12.smm;
測量(liàng)管内(nèi)徑(jìng)必(bì)須滿足50mm≤d≤1000mm;
孔(kǒng)徑比必須滿足0.20≤β≤0.75;
　　一次(cì)裝置的結(jié)構設計(jì)、加工、裝(zhuāng)配、安(ān)裝、檢(jiǎn)驗和使(shǐ)用必須符合(hé)标準(zhǔn)規定的全(quán)部技(jì)術要(yào)求。
2.2氣(qì)質和氣流(liú)狀态條件
　　sy/t6143-1996标(biāo)準中規(guī)定,氣流必須是(shì)單相的牛頓(dùn)流體,若氣體(tǐ)含有(yǒu)質量成分不超過2%的固體或液體微粒(lì)，且(qiě)成均(jun1)勻分散狀态,也(yě)可以認爲是單(dān)相的(de)牛頓(dùn)流體(tǐ)。我國(guó)石油天然(rán)氣行業标準sy/t7514《天然氣》标準所規定的各種(zhǒng)類别(bié)天然氣都适用。
2.3流動狀态的要求
　　孔(kǒng)闆流量計(jì)的流出系(xì)數c是在特(tè)定的實驗(yàn)室參比條(tiáo)件下(xià)通過(guò)大量的實(shí)驗數據推導得出的計算方法(fǎ),并通過實(shí)踐檢驗是(shì)正确的。同(tóng)時,差壓式流量(liàng)計(jì)算基本方程(chéng)的推導也是(shì)基(jī)于這樣的假設(shè)流動條件(jiàn)下,偏離标(biāo)準規定的(de)流動狀态(tài)條件(jiàn)将會産生難以(yǐ)估計的流量測(cè)量不(bú)确(què)定度。因(yīn)此,氣流流動狀(zhuàng)态應(yīng)符合如下(xià)四條要求:
(1)天然氣通過(guò)孔闆節(jiē)流裝置的(de)流動必須是亞音速(sù)的(de)、穩定的或僅(jǐn)随時間緩慢變(biàn)化的,無脈(mò)動流存在。
(2)天然(rán)氣流(liú)必須是單相的牛頓(dùn)流體。
(3)天然(rán)氣流(liú)流(liú)進孔闆(pǎn)以前其(qí)流速必(bì)須是與(yǔ)管道軸(zhóu)線平行，,對稱充(chōng)分(fèn)發展的速度(dù)分布(bù)剖面,無(wú)旋轉流存在(zài)。
(4)天然氣通過孔闆節(jiē)流裝(zhuāng)置(zhì)的流動(dòng)必須(xū)保持孔闆(pǎn)下遊靜壓與孔闆上(shàng)遊靜壓之(zhī)比不小于(yú)0.75,管道(dào)雷諾數(shù)re≥5000(角接取壓)和管道(dào)雷諾(nuò)數re21260β2d(法蘭取壓)。
　　因(yīn)此在選型設計時一(yī)定要配合計量(liàng)站工藝參(cān)數仔細.核算和(hé)流态分析力争(zhēng)達到流量(liàng)測量效果。
3精(jīng)度(dù)要求(qiú)和不确定度分(fèn)析
3.1流量計量精(jīng)度的要求
　　國(guó)際(jì)法制(zhì)計量(liàng)組織(zhī)(oiml)流量計量技術(shù)委員(yuán)會(huì)的氣體(tǐ)計量(liàng)分委(wěi)員會(huì)于1997年制定(dìng)了(le)“氣(qì)體燃料計(jì)量系統”國際建(jiàn)議。歐(ōu)洲标(biāo)準化委員(yuán)會起草(cǎo)了(le)歐共體标準pren1776“天然氣(qì)計量系(xì)統(tǒng)的基本要求”[3]。它(tā)們都(dōu)是爲提高和确(què)保天然氣計量(liàng)精度而對輸配(pèi)計量站的(de)設計、建設、投(tóu)産操作(zuò)和維修(xiū)等方面(miàn)提出的基本技(jì)術要求。
　　國際建(jiàn)議中将計量站(zhàn)分爲(wèi)a、b、c三個等級(jí),對不同的(de)流量(liàng)規模配備的二(èr)次測量儀(yí)表要求不(bú)同。該(gāi)建議(yì)适用!于流量等于或(huò)大(dà)于100m/h運行(háng)壓力不低(dī)于0.2mpa的(de)情況。它(tā)對熱值(zhí)測量、測溫、測壓(yā)、取樣以及(jí)包括(kuò)指示、打印、.存儲(chǔ)、轉換和積算等(děng)系統部(bù)件或設(shè)備都作了相應(yīng)的技(jì)術規定。表(biǎo)1爲測(cè)量儀表和(hé)計(jì)算(suàn)結(jié)果(guǒ)的最(zuì)大允(yǔn)許誤差(精(jīng)度)。
 
3.2孔闆流(liú)量計不确(què)定(dìng)度(dù)變化(huà)範圍(wéi)分析(xī)标準(zhǔn)iso5167、gb/t2624-93、sy/t6143-1996,以及agano3報告估算(suàn)流量(liàng)測量(liàng)不确(què)定度公(gōng)式都是(shì)相同的,估(gū)算的方法大同(tóng)小異(yì),其不(bú)确(què)定度值(zhí)大緻相等,結論(lùn)大體(tǐ)-緻,如(rú)圖2所(suǒ)示。
 
3.2.1一次(cì)裝(zhuāng)置不(bú)确定度變化分(fèn)析
流出系數不(bú)确定度變化
　　當直管段長度符(fú)合sy/t6143--1996的規定(dìng)的數(shù)值a(表2中不帶括(kuò)号中的數(shù)值),圓(yuán)度滿足不大于士0.3%的标準(zhǔn)規定，當孔闆開孔軸線與(yǔ)上下(xià)遊測(cè)量管(guǎn)軸線之間(jiān)的距(jù)離(lí)爲(wèi)ex:
 
　　則(zé)流出系數不(bú)确定(dìng)度δc/c隻随β值的不同而不(bú)同(tóng)。此時(shí),當β≤0.6時則δc/c=±0.6%:;當β>0.60時則(zé)δc/c=±β%。
 
3.2.2天然(rán)氣物性測量不(bú)确(què)定(dìng)度變(biàn)化分(fèn)析
(1)天然氣可膨脹性系數(shù)不确定度的估(gū)算
a.天然(rán)氣可(kě)膨(péng)脹性系(xì)數(shù)的不(bú)确定度
δε/ε=±4(op/p.)%
　　它與孔(kǒng)闆流(liú)量計實測(cè)差壓△p成正(zhèng)比，與(yǔ)靜壓(yā)p1成反比(bǐ)。
　　目前在(zài)天然氣計(jì)量中差壓(yā)值一(yī)般在50000pa之内(nèi),靜壓(yā)在1~10mpa範(fàn)圍内,因此(cǐ)δε/ε最小爲±0.00002%,最(zuì)大爲(wèi)±0.2%或更大4。
b.當上遊或下遊直管段(duàn)長度(dù)小于(yú)該标(biāo)準中規定(dìng)數值(zhí)a(表1中不帶括号(hào)中的(de)數值)，又等(děng)于或大(dà)于數值(zhí)(表1中(zhōng)帶括号中的數(shù)值(zhí))時(shí)，則應(yīng)在流出(chū)系數(shù)不确定度.上(shàng)相加±0.5%的附加不(bú)确定(dìng)度。
c.當在.上(shàng)遊直管(guǎn)段長度(dù)範圍(wéi)内的(de)任何(hé)台階(jiē)超過±0.3%圓度(dù)要求,但符(fú)合(hé)下(xià)列公(gōng)式時(shí)應在(zài)流出系數(shù)不(bú)确定度(dù)_上相加±0.2%的附加(jiā)不确定度(dù)。
d.當孔闆開孔(kǒng)軸(zhóu)線與(yǔ).上下(xià)遊測量管軸線之(zhī)間的距(jù)離e,不滿足(zú)公式(shì)(1),但滿足(2),則(zé)應在(zài)流出系數不确(què)定度(dù)上算術相(xiàng)加±0.3%的(de)附加不确(què)定度。
e.當(dāng)孔(kǒng)闆入(rù)口直角邊(biān)緣的(de)尖銳(ruì)度r的(de)單測(cè)值與(yǔ)平均值比(bǐ)較,最大偏差在±20%以内時,則在流(liú)出系數(shù)不(bú)确定(dìng)度.上幾何相加(jiā)±0.2%的不确定度。
(2)天(tiān)然(rán)氣(qì)密度測量(liàng)不确定(dìng)度(dù)δρρ的估(gū)算根據目(mù)前現(xiàn)場常(cháng)用儀表的使用(yòng)範圍,所遵(zūn)守(shǒu)的标(biāo)準、規程(chéng)規範進行具體(tǐ)計算綜合考慮(lǜ),在不(bú)考慮取氣(qì)樣的(de)間隔時間(jiān)内由(yóu)于天然氣(qì)組分(fèn)變化(或波(bō)動)所(suǒ)引起的附(fù)加不确(què)定(dìng)度時(shí)天然氣密度測量(liàng)的不确定度δρ/ρ最小爲土1.013%,最大(dà)爲±1.571%或更大(dà)。
由(1)和(2)兩項(xiàng)組成天然(rán)氣物性測量不(bú)确(què)定度的變化(huà)爲:最小(xiǎo)爲±1.013%,最(zuì)大爲±1.584%或(huò)更大(dà)。
4結束(shù)語
　　孔闆(pǎn)天(tiān)然氣(qì)流量測(cè)量的總(zǒng)不(bú)确定度,實際上就是(shì)測(cè)量系(xì)統的測量(liàng)值與真值比(bǐ)較,置信概率爲95%的精度(dù)。根(gēn)據目前天然(rán)氣流量(liàng)測量系統經常(cháng)貫用的(de)二次儀(yí)表(biǎo)和測(cè)量值(zhí)的(de)計(jì)算積(jī)算方法(fǎ),按sy/t6143-1996标準有關條(tiáo)款規定(dìng)和所列公(gōng)式進行估算(suàn),得知天(tiān)然氣流量測量(liàng)的總不确定度(dù)δqn/qn最小爲(wèi)±0.82%,最大爲±4.52%或更大。由此分析,可知(zhī)國際建(jiàn)議的(de)a、b、c三級分别(bié)定級爲1.0%、2.0%和3.0%。

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