摘(zhai)要:目(mu)前天(tian)然氣(qi)計量(liang)己制(zhi)定了(le)許多(duo)相關(guan)的國(guo)家标(biao)準、行(hang)業标(biao)準和(he)計量(liang)檢定(ding)規程(cheng)等,但(dan)未形(xing)成完(wan)整體(ti)系與(yu)國外(wai)相比(bi)尚有(you)較大(da)差距(ju)。本文(wen)着重(zhong)探讨(tao)了天(tian)然氣(qi)孔闆(pan) 流量(liang)計 測(ce)量中(zhong)精度(du)要求(qiu)和不(bu)确定(ding)度分(fen)析了(le)影響(xiang)測量(liang)不确(que)定度(du)的幾(ji)種因(yin)素。
引(yin)言
　　孔(kong)闆流(liu)量計(ji) 在20世(shi)紀使(shi)用于(yu)天然(ran)氣流(liu)量測(ce)量,經(jing)過-個(ge)世紀(ji)漫長(zhang)的發(fa)展過(guo)程，它(ta)已成(cheng)爲主(zhu)要的(de)天然(ran)氣流(liu)量計(ji)。目前(qian)我國(guo)天然(ran)氣計(ji)量專(zhuan)業性(xing)标準(zhun)爲《天(tian)然氣(qi)流量(liang)的标(biao)準孔(kong)闆計(ji)量方(fang)法》(SY/T6143-1996)。
1天(tian)然氣(qi)孔闆(pan)流量(liang)計的(de)組成(cheng)
　　孔闆(pan)流量(liang)計由(you)産生(sheng)壓差(cha)的一(yi)次裝(zhuang)置--孔(kong)闆節(jie)流裝(zhuang)置和(he)二次(ci)檢測(ce)儀表(biao)-差壓(ya)計、 壓(ya)力計(ji) 、溫度(du)計和(he)相關(guan)參數(shu)儀器(qi)儀表(biao)加信(xin)号引(yin)線等(deng)組成(cheng),如圖(tu)1所示(shi)。
 
2天然(ran)氣孔(kong)闆流(liu)量計(ji)适用(yong)條件(jian)
　　孔闆(pan)流量(liang)計是(shi)以相(xiang)似原(yuan)理爲(wei)根據(ju)，以實(shi)驗數(shu)據爲(wei)基礎(chu)的瞬(shun)時流(liu)量計(ji),從一(yi)次裝(zhuang)置的(de)幾何(he)尺寸(cun)到流(liu)體流(liu)動狀(zhuang)态都(dou)有一(yi)定的(de)要求(qiu)。
2.1一次(ci)裝置(zhi)幾何(he)尺寸(cun)限制(zhi)條件(jian)
SY/T6143-1996要求(qiu):
孔闆(pan)開孔(kong)直徑(jing)d≥12.Smm;
測量(liang)管内(nei)徑必(bi)須滿(man)足50mm≤D≤1000mm;
孔(kong)徑比(bi)必須(xu)滿足(zu)0.20≤β≤0.75;
　　一次(ci)裝置(zhi)的結(jie)構設(she)計、加(jia)工、裝(zhuang)配、安(an)裝、檢(jian)驗和(he)使用(yong)必須(xu)符合(he)标準(zhun)規定(ding)的全(quan)部技(ji)術要(yao)求。
2.2氣(qi)質和(he)氣流(liu)狀态(tai)條件(jian)
　　SY/T6143-1996标準(zhun)中規(gui)定,氣(qi)流必(bi)須是(shi)單相(xiang)的牛(niu)頓流(liu)體,若(ruo)氣體(ti)含有(you)質量(liang)成分(fen)不超(chao)過2%的(de)固體(ti)或液(ye)體微(wei)粒，且(qie)成均(jun)勻分(fen)散狀(zhuang)态,也(ye)可以(yi)認爲(wei)是單(dan)相的(de)牛頓(dun)流體(ti)。我國(guo)石油(you)天然(ran)氣行(hang)業标(biao)準SY/T7514《天(tian)然氣(qi)》标準(zhun)所規(gui)定的(de)各種(zhong)類别(bie)天然(ran)氣都(dou)适用(yong)。
2.3流動(dong)狀态(tai)的要(yao)求
　　孔(kong)闆流(liu)量計(ji)的流(liu)出系(xi)數C是(shi)在特(te)定的(de)實驗(yan)室參(can)比條(tiao)件下(xia)通過(guo)大量(liang)的實(shi)驗數(shu)據推(tui)導得(de)出的(de)計算(suan)方法(fa),并通(tong)過實(shi)踐檢(jian)驗是(shi)正确(que)的。同(tong)時,差(cha)壓式(shi)流量(liang)計算(suan)基本(ben)方程(cheng)的推(tui)導也(ye)是基(ji)于這(zhe)樣的(de)假設(she)流動(dong)條件(jian)下,偏(pian)離标(biao)準規(gui)定的(de)流動(dong)狀态(tai)條件(jian)将會(hui)産生(sheng)難以(yi)估計(ji)的流(liu)量測(ce)量不(bu)确定(ding)度。因(yin)此,氣(qi)流流(liu)動狀(zhuang)态應(ying)符合(he)如下(xia)四條(tiao)要求(qiu):
(1)天然(ran)氣通(tong)過孔(kong)闆節(jie)流裝(zhuang)置的(de)流動(dong)必須(xu)是亞(ya)音速(su)的、穩(wen)定的(de)或僅(jin)随時(shi)間緩(huan)慢變(bian)化的(de),無脈(mo)動流(liu)存在(zai)。
(2)天然(ran)氣流(liu)必須(xu)是單(dan)相的(de)牛頓(dun)流體(ti)。
(3)天然(ran)氣流(liu)流進(jin)孔闆(pan)以前(qian)其流(liu)速必(bi)須是(shi)與管(guan)道軸(zhou)線平(ping)行，,對(dui)稱充(chong)分發(fa)展的(de)速度(du)分布(bu)剖面(mian),無旋(xuan)轉流(liu)存在(zai)。
(4)天然(ran)氣通(tong)過孔(kong)闆節(jie)流裝(zhuang)置的(de)流動(dong)必須(xu)保持(chi)孔闆(pan)下遊(you)靜壓(ya)與孔(kong)闆上(shang)遊靜(jing)壓之(zhi)比不(bu)小于(yu)0.75,管道(dao)雷諾(nuo)數Re≥5000(角(jiao)接取(qu)壓)和(he)管道(dao)雷諾(nuo)數Re21260β2D(法(fa)蘭取(qu)壓)。
　　因(yin)此在(zai)選型(xing)設計(ji)時一(yi)定要(yao)配合(he)計量(liang)站工(gong)藝參(can)數仔(zai)細.核(he)算和(he)流态(tai)分析(xi)力争(zheng)達到(dao)流量(liang)測量(liang)效果(guo)。
3精度(du)要求(qiu)和不(bu)确定(ding)度分(fen)析
3.1流(liu)量計(ji)量精(jing)度的(de)要求(qiu)
　　國際(ji)法制(zhi)計量(liang)組織(zhi)(OIML)流量(liang)計量(liang)技術(shu)委員(yuan)會的(de)氣體(ti)計量(liang)分委(wei)員會(hui)于1997年(nian)制定(ding)了“氣(qi)體燃(ran)料計(ji)量系(xi)統”國(guo)際建(jian)議。歐(ou)洲标(biao)準化(hua)委員(yuan)會起(qi)草了(le)歐共(gong)體标(biao)準PREN1776“天(tian)然氣(qi)計量(liang)系統(tong)的基(ji)本要(yao)求”[3]。它(ta)們都(dou)是爲(wei)提高(gao)和确(que)保天(tian)然氣(qi)計量(liang)精度(du)而對(dui)輸配(pei)計量(liang)站的(de)設計(ji)、建設(she)、投産(chan)操作(zuo)和維(wei)修等(deng)方面(mian)提出(chu)的基(ji)本技(ji)術要(yao)求。
　　國(guo)際建(jian)議中(zhong)将計(ji)量站(zhan)分爲(wei)A、B、C三個(ge)等級(ji),對不(bu)同的(de)流量(liang)規模(mo)配備(bei)的二(er)次測(ce)量儀(yi)表要(yao)求不(bu)同。該(gai)建議(yi)适用(yong)!于流(liu)量等(deng)于或(huo)大于(yu)100m/h運行(hang)壓力(li)不低(di)于0.2MPa的(de)情況(kuang)。它對(dui)熱值(zhi)測量(liang)、測溫(wen)、測壓(ya)、取樣(yang)以及(ji)包括(kuo)指示(shi)、打印(yin)、.存儲(chu)、轉換(huan)和積(ji)算等(deng)系統(tong)部件(jian)或設(she)備都(dou)作了(le)相應(ying)的技(ji)術規(gui)定。表(biao)1爲測(ce)量儀(yi)表和(he)計算(suan)結果(guo)的最(zui)大允(yun)許誤(wu)差(精(jing)度)。
 
3.2孔(kong)闆流(liu)量計(ji)不确(que)定度(du)變化(hua)範圍(wei)分析(xi)标準(zhun)ISO5167、GB/T2624-93、SY/T6143-1996,以及(ji)AGANo3報告(gao)估算(suan)流量(liang)測量(liang)不确(que)定度(du)公式(shi)都是(shi)相同(tong)的,估(gu)算的(de)方法(fa)大同(tong)小異(yi),其不(bu)确定(ding)度值(zhi)大緻(zhi)相等(deng),結論(lun)大體(ti)-緻,如(ru)圖2所(suo)示。
 
3.2.1一(yi)次裝(zhuang)置不(bu)确定(ding)度變(bian)化分(fen)析
流(liu)出系(xi)數不(bu)确定(ding)度變(bian)化
　　當(dang)直管(guan)段長(zhang)度符(fu)合SY/T6143--1996的(de)規定(ding)的數(shu)值a(表(biao)2中不(bu)帶括(kuo)号中(zhong)的數(shu)值),圓(yuan)度滿(man)足不(bu)大于(yu)士0.3%的(de)标準(zhun)規定(ding)，當孔(kong)闆開(kai)孔軸(zhou)線與(yu)上下(xia)遊測(ce)量管(guan)軸線(xian)之間(jian)的距(ju)離爲(wei)ex:
 
　　則流(liu)出系(xi)數不(bu)确定(ding)度δc/c隻(zhi)随β值(zhi)的不(bu)同而(er)不同(tong)。此時(shi),當β≤0.6時(shi)則δc/c=±0.6%:;當(dang)β>0.60時則(ze)δc/c=±β%。
 
3.2.2天然(ran)氣物(wu)性測(ce)量不(bu)确定(ding)度變(bian)化分(fen)析
(1)天(tian)然氣(qi)可膨(peng)脹性(xing)系數(shu)不确(que)定度(du)的估(gu)算
A.天(tian)然氣(qi)可膨(peng)脹性(xing)系數(shu)的不(bu)确定(ding)度
δε/ε=±4(Op/p.)%
　　它(ta)與孔(kong)闆流(liu)量計(ji)實測(ce)差壓(ya)△p成正(zheng)比，與(yu)靜壓(ya)p1成反(fan)比。
　　目(mu)前在(zai)天然(ran)氣計(ji)量中(zhong)差壓(ya)值一(yi)般在(zai)50000Pa之内(nei),靜壓(ya)在1~10MPa範(fan)圍内(nei),因此(ci)δε/ε最小(xiao)爲±0.00002%,最(zui)大爲(wei)±0.2%或更(geng)大4。
B.當(dang)上遊(you)或下(xia)遊直(zhi)管段(duan)長度(du)小于(yu)該标(biao)準中(zhong)規定(ding)數值(zhi)a(表1中(zhong)不帶(dai)括号(hao)中的(de)數值(zhi))，又等(deng)于或(huo)大于(yu)數值(zhi)(表1中(zhong)帶括(kuo)号中(zhong)的數(shu)值)時(shi)，則應(ying)在流(liu)出系(xi)數不(bu)确定(ding)度.上(shang)相加(jia)±0.5%的附(fu)加不(bu)确定(ding)度。
C.當(dang)在.上(shang)遊直(zhi)管段(duan)長度(du)範圍(wei)内的(de)任何(he)台階(jie)超過(guo)±0.3%圓度(du)要求(qiu),但符(fu)合下(xia)列公(gong)式時(shi)應在(zai)流出(chu)系數(shu)不确(que)定度(du)_上相(xiang)加±0.2%的(de)附加(jia)不确(que)定度(du)。
D.當孔(kong)闆開(kai)孔軸(zhou)線與(yu).上下(xia)遊測(ce)量管(guan)軸線(xian)之間(jian)的距(ju)離e,不(bu)滿足(zu)公式(shi)(1),但滿(man)足(2),則(ze)應在(zai)流出(chu)系數(shu)不确(que)定度(du)上算(suan)術相(xiang)加±0.3%的(de)附加(jia)不确(que)定度(du)。
E.當孔(kong)闆入(ru)口直(zhi)角邊(bian)緣的(de)尖銳(rui)度r的(de)單測(ce)值與(yu)平均(jun)值比(bi)較,最(zui)大偏(pian)差在(zai)±20%以内(nei)時,則(ze)在流(liu)出系(xi)數不(bu)确定(ding)度.上(shang)幾何(he)相加(jia)±0.2%的不(bu)确定(ding)度。
(2)天(tian)然氣(qi)密度(du)測量(liang)不确(que)定度(du)δρρ的估(gu)算根(gen)據目(mu)前現(xian)場常(chang)用儀(yi)表的(de)使用(yong)範圍(wei),所遵(zun)守的(de)标準(zhun)、規程(cheng)規範(fan)進行(hang)具體(ti)計算(suan)綜合(he)考慮(lü),在不(bu)考慮(lü)取氣(qi)樣的(de)間隔(ge)時間(jian)内由(you)于天(tian)然氣(qi)組分(fen)變化(hua)(或波(bo)動)所(suo)引起(qi)的附(fu)加不(bu)确定(ding)度時(shi)天然(ran)氣密(mi)度測(ce)量的(de)不确(que)定度(du)δρ/ρ最小(xiao)爲土(tu)1.013%,最大(da)爲±1.571%或(huo)更大(da)。
由(1)和(he)(2)兩項(xiang)組成(cheng)天然(ran)氣物(wu)性測(ce)量不(bu)确定(ding)度的(de)變化(hua)爲:最(zui)小爲(wei)±1.013%,最大(da)爲±1.584%或(huo)更大(da)。
4結束(shu)語
　　孔(kong)闆天(tian)然氣(qi)流量(liang)測量(liang)的總(zong)不确(que)定度(du),實際(ji)上就(jiu)是測(ce)量系(xi)統的(de)測量(liang)值與(yu)真值(zhi)比較(jiao),置信(xin)概率(lü)爲95%的(de)精度(du)。根據(ju)目前(qian)天然(ran)氣流(liu)量測(ce)量系(xi)統經(jing)常貫(guan)用的(de)二次(ci)儀表(biao)和測(ce)量值(zhi)的計(ji)算積(ji)算方(fang)法,按(an)SY/T6143-1996标準(zhun)有關(guan)條款(kuan)規定(ding)和所(suo)列公(gong)式進(jin)行估(gu)算,得(de)知天(tian)然氣(qi)流量(liang)測量(liang)的總(zong)不确(que)定度(du)δQn/Qn最小(xiao)爲±0.82%,最(zui)大爲(wei)±4.52%或更(geng)大。由(you)此分(fen)析,可(ke)知國(guo)際建(jian)議的(de)A、B、C三級(ji)分别(bie)定級(ji)爲1.0%、2.0%和(he)3.0%。

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