摘要(yao)：綜合渦(wo)輪流量(liang)計的計(ji)量原理(li)、山西省(sheng)非常規(gui)天然氣(qi)井口氣(qi)的氣質(zhi)💋和流動(dong)💜特性，分(fen)析了流(liu)體組分(fen)和脈動(dong)流對渦(wo)輪流量(liang)計計量(liang)精度☂️的(de)影響。結(jie)果表明(ming)，實際組(zu)分和流(liu)動特性(xing)均會使(shi)渦輪流(liu)量計産(chan)生🌂正向(xiang)系統誤(wu)差。基于(yu)此對修(xiu)正正供(gong)銷差🔞提(ti)出了建(jian)議。在山(shan)西省非(fei)常規💛天(tian)然氣大(da)力發展(zhan)之際，面(mian)對絕大(da)多數企(qi)業貿易(yi)結算仍(reng)采取渦(wo)輪流量(liang)計計量(liang)的實際(ji)現狀，該(gai)探究結(jie)果對上(shang)、中、下遊(you)的供銷(xiao)差管理(li)具有一(yi)定的實(shi)際指導(dao)🐪意義。
　　随(sui)着國内(nei)天然氣(qi)市場需(xu)求不斷(duan)增加，天(tian)然氣對(dui)外依存(cun)度持續(xu)走高，對(dui)國内天(tian)然氣的(de)自采量(liang)增幅提(ti)出了更(geng)高的要(yao)👌求。山西(xi)的非常(chang)規天然(ran)氣資源(yuan)總量😄約(yue)占全🌏國(guo)的1/3，煤層(ceng)氣資源(yuan)豐富，2020年(nian)全省煤(mei)層氣開(kai)采量達(da)到1×1010m3/a，在2025年(nian)将達到(dao)2×1010m3/a。
　　渦輪流(liu)量計由(you)流體推(tui)動葉輪(lun)旋轉，從(cong)而産生(sheng)與流量(liang)成正比(bi)🎯的電脈(mo)沖信号(hao)，具有精(jing)度高、重(zhong)複性好(hao)、測💘量範(fan)圍廣♌等(deng)諸多優(you)點。在天(tian)然氣計(ji)量的應(ying)用中，被(bei)測介質(zhi)的黏度(du)、密度、髒(zang)污程度(du)、管道安(an)裝結構(gou)、脈動🈲流(liu)和組分(fen)等在不(bu)同的場(chang)所各不(bu)相同，綜(zong)👄合各種(zhong)影響因(yin)素後對(dui)渦輪流(liu)量計的(de)計量精(jing)度造成(cheng)較大影(ying)響。爲此(ci)，有必要(yao)結合實(shi)地情況(kuang)采取必(bi)要的計(ji)量修正(zheng)措施，确(que)保渦輪(lun)流量計(ji)計量精(jing)度，爲公(gong)平交易(yi)奠🆚定堅(jian)實的基(ji)礎。
　　山西(xi)省A分輸(shu)站（上遊(you)供氣公(gong)司）自2011年(nian)開始向(xiang)B分輸站(zhan)✉️（下遊用(yong)氣公司(si)）供氣以(yi)來，供氣(qi)長期受(shou)正供銷(xiao)差困擾(rao)，始終未(wei)得以🐉徹(che)底解決(jue)（A分輸站(zhan)至B分輸(shu)站長輸(shu)管線長(zhang)度約爲(wei)2km）。爲此，以(yi)A分輸站(zhan)長期貿(mao)易計量(liang)交接的(de)渦輪流(liu)量計爲(wei)對象進(jin)行研究(jiu)👈。該渦輪(lun)流量計(ji)距離🌐上(shang)遊最近(jin)壓縮站(zhan)僅7km，且地(di)形地勢(shi)特征高(gao)差較大(da)，在😍全省(sheng)非常規(gui)天然氣(qi)上下遊(you)計🔞量交(jiao)接中具(ju)有代表(biao)性。綜合(he)各種影(ying)響因素(su)的分析(xi)可知，氣(qi)體組分(fen)和脈動(dong)流對計(ji)量的精(jing)度有較(jiao)大影響(xiang)。本文❌通(tong)過實際(ji)數據對(dui)比、AGA8-92DC方法(fa)和脈動(dong)流定性(xing)影響分(fen)析對計(ji)量偏差(cha)進行研(yan)究，是山(shan)西省非(fei)常規天(tian)然氣公(gong)平☔貿易(yi)的一項(xiang)非常有(you)意義的(de)課題。
1渦(wo)輪流量(liang)計計量(liang)和換算(suan)原理
1.1計(ji)量原理(li)
　　流體通(tong)過渦輪(lun)流量計(ji)時，流速(su)被轉換(huan)爲渦輪(lun)的轉速(su)，轉☂️速再(zai)被轉換(huan)成與流(liu)量成正(zheng)比的電(dian)信号，最(zui)後在計(ji)🔞數器上(shang)進💘行顯(xian)示和累(lei)計。目前(qian)，絕大多(duo)數渦輪(lun)🆚流量計(ji)都爲一(yi)體化智(zhi)能流量(liang)計，除上(shang)述機械(xie)計量🧡部(bu)分外，還(hai)包括1台(tai)體積計(ji)算儀，依(yi)據實測(ce)工況流(liu)量🛀🏻、取壓(ya)口實測(ce)壓力、測(ce)溫口實(shi)測溫度(du)及内部(bu)設定的(de)一些固(gu)定參數(shu)進行計(ji)算，将工(gong)況體積(ji)轉換爲(wei)可貿☎️易(yi)交接的(de)天然氣(qi)❤️體積，其(qi)原理如(ru)圖1所示(shi)。

1.2換(huan)算原理(li)
1.2.1工作條(tiao)件下的(de)體積流(liu)量計算(suan)實用公(gong)式
　　工作(zuo)條件下(xia)的體積(ji)流量計(ji)算實用(yong)公式如(ru)式(1)所示(shi)：

　　式(1)中，qf爲(wei)工作條(tiao)件下的(de)體積流(liu)量，m3/s；?爲輸(shu)出工作(zuo)頻率，Hz，由(you)頻率👅計(ji)采🆚集；k爲(wei)系數，m-3，可(ke)按流量(liang)計銘牌(pai)給定值(zhi)。
1.2.2标準參(can)比條件(jian)下的體(ti)積流量(liang)換算實(shi)用公式(shi)
　　标準參(can)比條件(jian)下的體(ti)積流量(liang)換算實(shi)用公式(shi)如式(2)所(suo)示：

式(2)中(zhong)，q
　　式(2)中，qn爲(wei)标準參(can)比條件(jian)下的體(ti)積流量(liang)，m3/s；pf爲工作(zuo)條件下(xia)的絕對(dui)🐕靜壓力(li)，MPa；pn爲标準(zhun)參比條(tiao)件下的(de)絕對靜(jing)壓力，MPa；Tn爲(wei)标準參(can)比條件(jian)下的熱(re)力學溫(wen)度，K；Tf爲工(gong)作條件(jian)🌈下的氣(qi)體絕對(dui)溫度，K；Zn爲(wei)标準參(can)比條件(jian)下的氣(qi)體壓縮(suo)因子；Zf爲(wei)工作條(tiao)件下的(de)氣體壓(ya)縮因子(zi)。
　　工作條(tiao)件下的(de)壓力和(he)溫度的(de)精度取(qu)決于測(ce)量儀表(biao)。标準參(can)比條件(jian)下的絕(jue)對靜壓(ya)力爲101.325kPa，熱(re)力學溫(wen)度❌爲293.15K。輸(shu)🌈出工作(zuo)頻率由(you)頻率計(ji)采集得(de)到。在不(bu)考慮測(ce)量儀表(biao)測量誤(wu)☎️差的基(ji)礎上，研(yan)究範圍(wei)🌈可進一(yi)步縮小(xiao)，可主要(yao)從天然(ran)氣組分(fen)對計量(liang)的影響(xiang)🚶和脈動(dong)流🐕對計(ji)量的影(ying)響兩方(fang)面進行(hang)研究[1]。
2天(tian)然氣組(zu)分對計(ji)量的影(ying)響
2.1條件(jian)設定
　　非(fei)常規天(tian)然氣與(yu)天然氣(qi)相同，也(ye)是一種(zhong)混合物(wu)，主要🈚成(cheng)分✍️是🏃‍♂️烷(wan)🈚烴，絕大(da)多數是(shi)CH4，也含有(you)少量非(fei)烴類氣(qi)體，其組(zu)分在各(ge)采氣區(qu)各不相(xiang)同，但作(zuo)爲影響(xiang)氣體壓(ya)縮因🌈子(zi)的因素(su)之一，目(mu)前在山(shan)西省的(de)計量交(jiao)接點處(chu)很少進(jin)行在線(xian)🏃🏻‍♂️分析，一(yi)般是在(zai)體積🤞計(ji)算儀中(zhong)輸入默(mo)認組分(fen)比例作(zuo)爲換算(suan)的依據(ju)（設計組(zu)分）。
　　氣體(ti)壓縮因(yin)子Zn在标(biao)準參比(bi)條件下(xia)受介質(zhi)組分變(bian)化影響(xiang)極小（近(jin)似于1），但(dan)在高壓(ya)輸氣條(tiao)件下，工(gong)作條件(jian)下的氣(qi)體壓縮(suo)因子Zf受(shou)組分影(ying)響會發(fa)生較大(da)變化。山(shan)西省非(fei)常規天(tian)然氣的(de)組分與(yu)典型的(de)天然氣(qi)組分（設(she)計組分(fen)）相比有(you)較大變(bian)化，在高(gao)壓輸送(song)計量中(zhong)，氣體壓(ya)縮因子(zi)的變化(hua)對計量(liang)精度的(de)影響已(yi)超🌈出了(le)其本身(shen)的計量(liang)精度，其(qi)影響不(bu)可忽略(lue)。A分輸站(zhan)🐉2025年11月27日(ri)11:06的運行(hang)參數如(ru)表1所示(shi)。

2.2組分數(shu)據
　　設計(ji)組分選(xuan)取典型(xing)天然氣(qi)組分，如(ru)表2所示(shi)。

　　非常規(gui)天然氣(qi)實際組(zu)分以A分(fen)輸站曆(li)年實際(ji)氣質檢(jian)📧測🥰報告(gao)結果爲(wei)依據，如(ru)表3所示(shi)。

2.3理論分(fen)析組分(fen)對氣體(ti)壓縮因(yin)子的影(ying)響
　　壓縮(suo)因子的(de)求得方(fang)式有很(hen)多種，包(bao)括儀器(qi)、理計算(suan)方程、憑(ping)借經驗(yan)公式估(gu)算、Standing-Katz确定(ding)等[2]。　　GB/T17747.1—2011《天然(ran)氣壓縮(suo)因子的(de)計算第(di)🔆1部分：導(dao)論和指(zhi)南》推薦(jian)用AGA8-92DC和SGERG-88法(fa)。所研究(jiu)分析的(de)介質已(yi)有曆年(nian)詳細的(de)氣質組(zu)分，同時(shi)考慮AGA8-92DC法(fa)精度較(jiao)高，因此(ci)選用AGA8-92DC法(fa)并通過(guo)VisualBasic編寫程(cheng)序進行(hang)計算。
　　依(yi)據表2典(dian)型天然(ran)氣組分(fen)和實際(ji)運行參(can)數計算(suan)Zn/Zf，計算結(jie)果爲1.0864，輸(shu)入及輸(shu)出結果(guo)如圖2所(suo)示。

　　依據(ju)表3非常(chang)規天然(ran)氣實際(ji)組分和(he)實際運(yun)行參數(shu)計🏒算Zn/Zf，計(ji)算結果(guo)如表4所(suo)示。

　　通過(guo)對比分(fen)析，采用(yong)設計組(zu)分計算(suan)時氣體(ti)壓縮因(yin)子比值(zhi)💋爲🌏1.0864，而采(cai)用實際(ji)組分計(ji)算時爲(wei)1.0613，偏差爲(wei)2.365%。由此❤️可(ke)知，不調(diao)整設計(ji)組分會(hui)㊙️導緻正(zheng)2.365%的供銷(xiao)差。
2.4實際(ji)供銷差(cha)數據
　　2011—2019年(nian)實際供(gong)銷差如(ru)表5所示(shi)。

2.5天然氣(qi)組分對(dui)計量結(jie)果的影(ying)響
　　将理(li)論計算(suan)與實際(ji)供銷差(cha)數據進(jin)行對比(bi)，結果相(xiang)近，由此(ci)可‼️知在(zai)假設條(tiao)件和不(bu)考慮其(qi)他影響(xiang)因素時(shi)，受非常(chang)規天然(ran)氣組分(fen)的影響(xiang)，計量值(zhi)偏大，正(zheng)偏👨‍❤️‍👨差值(zhi)約爲2.28%，對(dui)下遊接(jie)氣單位(wei)不利，給(gei)下遊單(dan)位的供(gong)🤟銷差管(guan)理造成(cheng)不利後(hou)果。
3脈動(dong)流對計(ji)量的影(ying)響
　　脈動(dong)流的成(cheng)因有很(hen)多，如在(zai)緊鄰增(zeng)壓機出(chu)口處、控(kong)制閥頻(pin)✨繁操作(zuo)時、管線(xian)振蕩時(shi)和管線(xian)中有漩(xuan)渦等，有(you)時壓力(li)和溫度(du)探🙇🏻測器(qi)産生的(de)渦街也(ye)會形成(cheng)脈動流(liu)。其特性(xing)是介質(zhi)流動不(bu)穩定，但(dan)周期性(xing)變化，流(liu)🌈體在加(jia)速或減(jian)速過🌐程(cheng)中會影(ying)響葉輪(lun)旋轉速(su)，但葉輪(lun)旋轉相(xiang)對滞後(hou)，通俗可(ke)理解爲(wei)“慣性”，由(you)此對流(liu)量計的(de)正确計(ji)量🚩造成(cheng)一定的(de)影🙇‍♀️響。
3.1流(liu)量測量(liang)
　　現階段(duan)，脈動流(liu)的直接(jie)測量還(hai)存在很(hen)大困難(nan)，但可📧通(tong)過誤差(cha)方程分(fen)析、實驗(yan)室試驗(yan)和專業(ye)的脈動(dong)流量誤(wu)差檢測(ce)設備檢(jian)測分析(xi)某一特(te)定脈動(dong)流的測(ce)量誤差(cha)。前兩種(zhong)方法基(ji)于脈動(dong)流的振(zhen)👄幅和頻(pin)率的可(ke)測量性(xing)，振幅和(he)頻率的(de)測量可(ke)通過激(ji)光多普(pu)勒技術(shu)、熱線風(feng)速儀法(fa)等。專業(ye)的脈動(dong)流量誤(wu)差檢測(ce)設備已(yi)有設備(bei)‼️制造廠(chang)家在生(sheng)産。
3.1.1誤差(cha)方程分(fen)析
　　通過(guo)對機翼(yi)理論的(de)研究，可(ke)列出涉(she)及慣量(liang)、夾角、葉(ye)輪半徑(jing)🔴、角速度(du)等參數(shu)的誤差(cha)運動方(fang)程，通過(guo)編程可(ke)求🧑🏽‍🤝‍🧑🏻得針(zhen)對某一(yi)特定渦(wo)輪流量(liang)計的不(bu)同振幅(fu)和頻率(lü)脈動流(liu)的測量(liang)誤差[3]。依(yi)據動量(liang)守❌恒定(ding)律，可列(lie)出包含(han)流速、切(qie)線速度(du)等參數(shu)🚶的非線(xian)性🍉微分(fen)方程，通(tong)過計算(suan)和分析(xi)可理論(lun)推導測(ce)量誤差(cha)[4]。
3.1.2實驗室(shi)試驗
　　現(xian)場實測(ce)脈動流(liu)的特性(xing)，采用已(yi)知标準(zhun)體積壓(ya)縮空氣(qi)，在👄實驗(yan)室模拟(ni)脈動流(liu)，将測量(liang)值與标(biao)準體積(ji)💁進行對(dui)比，分析(xi)測量誤(wu)差。
3.1.3誤差(cha)檢測設(she)備檢測(ce)
　　一種燃(ran)氣脈動(dong)流誤差(cha)檢測設(she)備，可較(jiao)正确地(di)測得脈(mo)💛動誤差(cha)值，暫未(wei)在山西(xi)省廣泛(fan)應用。在(zai)絕大多(duo)數燃氣(qi)公司的(de)實🏒際運(yun)行管理(li)過程中(zhong)，脈動流(liu)的特性(xing)參數無(wu)🌍法在日(ri)💚常運行(hang)監測數(shu)據中獲(huo)♌取，因此(ci)，主要定(ding)性地說(shuo)明脈動(dong)流對渦(wo)輪流量(liang)計計量(liang)偏差的(de)影響。
3.2測(ce)量誤差(cha)
　　已有很(hen)多學者(zhe)針對脈(mo)動流對(dui)計量的(de)影響進(jin)行了研(yan)究。分析(xi)結果可(ke)知，由于(yu)葉輪受(shou)流體加(jia)速影響(xiang)小⭐，受流(liu)體減速(su)影響大(da)🌈，計量🌈始(shi)終存在(zai)正供銷(xiao)差。此外(wai)，正供銷(xiao)🏃‍♀️差取決(jue)于脈動(dong)💋流的振(zhen)幅和頻(pin)🧡率，整體(ti)來說，如(ru)果脈動(dong)流頻率(lü)大📞于葉(ye)輪角頻(pin)率時正(zheng)供銷差(cha)值較大(da)，脈動振(zhen)幅增大(da)時正供(gong)銷差值(zhi)也随之(zhi)增大。
3.3脈(mo)動流對(dui)計量結(jie)果影響(xiang)
　　A分輸站(zhan)渦輪流(liu)量計距(ju)離上遊(you)最近的(de)壓縮站(zhan)（往複式(shi)壓縮機(ji)增壓）不(bu)到7km，且該(gai)分輸站(zhan)工藝布(bu)置緊湊(cou)。據實地(di)💰測量，流(liu)量計上(shang)遊直管(guan)段長度(du)約爲6Dn（Dn爲(wei)渦輪流(liu)🆚量計口(kou)徑，mm），下遊(you)直管段(duan)長度約(yue)🏃‍♂️爲4Dn。此外(wai)，7km管道沿(yan)線地勢(shi)高低不(bu)平，加之(zhi)煤層氣(qi)氣質水(shui)含量較(jiao)大，導緻(zhi)在🤩低窪(wa)處極易(yi)形成積(ji)液，積液(ye)也會造(zao)成脈動(dong)流。
　　2014年8—10月(yue)期間，下(xia)遊公司(si)發現正(zheng)供銷差(cha)持續增(zeng)大時，對(dui)A分輸🏃‍♀️站(zhan)和B分❌輸(shu)站的渦(wo)輪流量(liang)計進行(hang)了标定(ding)，但标定(ding)結果均(jun)爲合格(ge)。随後下(xia)遊公司(si)在2014年11月(yue)5—7日對A至(zhi)B分輸站(zhan)段管線(xian)進行了(le)清管作(zuo)業，共清(qing)出污水(shui)雜質約(yue)23t，清管完(wan)成後正(zheng)供銷差(cha)明顯減(jian)小。清管(guan)前後實(shi)際供🤟銷(xiao)差數據(ju)如表6所(suo)示。

　　除此(ci)之外，通(tong)過日常(chang)運行監(jian)測，供氣(qi)瞬時流(liu)量每次(ci)顯示數(shu)據💔都🌈在(zai)變化，且(qie)在一定(ding)時間内(nei)在1個值(zhi)上下頻(pin)繁🐆波動(dong)（波動幅(fu)度約爲(wei)±20%）。綜合上(shang)述情況(kuang)，該輸氣(qi)管道存(cun)在脈動(dong)流的可(ke)能💃性很(hen)大。脈動(dong)流👣會造(zao)成正供(gong)銷差影(ying)響，對下(xia)遊接氣(qi)單位不(bu)利，因此(ci)有必要(yao)對脈動(dong)流的影(ying)響進行(hang)修正。
4結(jie)語
　　目前(qian)，山西省(sheng)絕大多(duo)數分輸(shu)站未安(an)裝在線(xian)色譜儀(yi)🈲，且⭕直接(jie)測💃🏻量脈(mo)動流流(liu)量的計(ji)量表還(hai)未被廣(guang)泛應用(yong)于實際(ji)生産中(zhong)。探究表(biao)明，山西(xi)省非常(chang)規天然(ran)氣的組(zu)分和脈(mo)動流輸(shu)氣💜均會(hui)使渦輪(lun)流⛷️量計(ji)産生無(wu)法通過(guo)定期檢(jian)定來消(xiao)除的正(zheng)向系統(tong)誤差。因(yin)此，爲确(que)保作爲(wei)上下遊(you)貿易交(jiao)接依據(ju)的計量(liang)表測量(liang)的㊙️精度(du)，保證公(gong)平😘交易(yi)，可通過(guo)誤差分(fen)析修正(zheng)、組分修(xiu)正、優化(hua)工藝等(deng)方🔆式對(dui)現渦輪(lun)流量直(zhi)接測量(liang)結果🔆進(jin)行修正(zheng)。
a)天然氣(qi)組分影(ying)響的修(xiu)正建議(yi)。結合實(shi)際工況(kuang)條件💁，合(he)理❓調整(zheng)渦輪流(liu)量計的(de)壓縮因(yin)子和天(tian)然氣組(zu)分；當精(jing)度要求(qiu)較高時(shi)，采取安(an)裝在線(xian)分析儀(yi)的方式(shi)實時更(geng)新流量(liang)計參數(shu)。
b)脈動流(liu)影響的(de)修正建(jian)議。通過(guo)工藝優(you)化、改造(zao)，使流體(ti)通過流(liu)量計時(shi)基本穩(wen)定；選定(ding)合适的(de)流量計(ji)型号；實(shi)測脈動(dong)流特性(xing)，理論計(ji)算或實(shi)驗室試(shi)驗分析(xi)測量誤(wu)差，與結(jie)👨‍❤️‍👨算方進(jin)⁉️行誤差(cha)修正；采(cai)用誤差(cha)測量設(she)備對測(ce)量誤差(cha)進💚行測(ce)量和修(xiu)正，并以(yi)此作爲(wei)結🧑🏽‍🤝‍🧑🏻算依(yi)據

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