摘要:目(mu)前天然(ran)氣計量(liang)己制定(ding)了許多(duo)相關的(de)國家标(biao)準、行業(ye)标準和(he)計量檢(jian)定規程(cheng)等,但未(wei)形成完(wan)整體系(xi)與國外(wai)相比尚(shang)有較大(da)差距。本(ben)文着重(zhong)探讨了(le)天然氣(qi)孔闆 流(liu)量計 測(ce)量中精(jing)度要求(qiu)和不确(que)定度分(fen)析了影(ying)響測量(liang)不确定(ding)度的幾(ji)種因素(su)。
引言
　　孔(kong)闆流量(liang)計 在20世(shi)紀使用(yong)于天然(ran)氣流量(liang)測量,經(jing)過-個世(shi)紀漫長(zhang)的發展(zhan)過程，它(ta)已成爲(wei)主要的(de)天然氣(qi)流量計(ji)。目前我(wo)國天然(ran)氣計量(liang)專業性(xing)标準爲(wei)《天然氣(qi)流量的(de)标準孔(kong)闆計量(liang)方法》(SY/T6143-1996)。
1天(tian)然氣孔(kong)闆流量(liang)計的組(zu)成
　　孔闆(pan)流量計(ji)由産生(sheng)壓差的(de)一次裝(zhuang)置--孔闆(pan)節流裝(zhuang)置和二(er)次檢測(ce)儀表-差(cha)壓計、 壓(ya)力計 、溫(wen)度計和(he)相關參(can)數儀器(qi)儀表加(jia)信号引(yin)線等組(zu)成,如圖(tu)1所示。
 
2天(tian)然氣孔(kong)闆流量(liang)計适用(yong)條件
　　孔(kong)闆流量(liang)計是以(yi)相似原(yuan)理爲根(gen)據，以實(shi)驗數據(ju)爲基礎(chu)的瞬時(shi)流量計(ji),從一次(ci)裝置的(de)幾何尺(chi)寸到流(liu)體流動(dong)狀态都(dou)有一定(ding)的要求(qiu)。
2.1一次裝(zhuang)置幾何(he)尺寸限(xian)制條件(jian)
SY/T6143-1996要求:
孔(kong)闆開孔(kong)直徑d≥12.Smm;
測(ce)量管内(nei)徑必須(xu)滿足50mm≤D≤1000mm;
孔(kong)徑比必(bi)須滿足(zu)0.20≤β≤0.75;
　　一次裝(zhuang)置的結(jie)構設計(ji)、加工、裝(zhuang)配、安裝(zhuang)、檢驗和(he)使用必(bi)須符合(he)标準規(gui)定的全(quan)部技術(shu)要求。
2.2氣(qi)質和氣(qi)流狀态(tai)條件
　　SY/T6143-1996标(biao)準中規(gui)定,氣流(liu)必須是(shi)單相的(de)牛頓流(liu)體,若氣(qi)體含有(you)質量成(cheng)分不超(chao)過2%的固(gu)體或液(ye)體微粒(li)，且成均(jun)勻分散(san)狀态,也(ye)可以認(ren)爲是單(dan)相的牛(niu)頓流體(ti)。我國石(shi)油天然(ran)氣行業(ye)标準SY/T7514《天(tian)然氣》标(biao)準所規(gui)定的各(ge)種類别(bie)天然氣(qi)都适用(yong)。
2.3流動狀(zhuang)态的要(yao)求
　　孔闆(pan)流量計(ji)的流出(chu)系數C是(shi)在特定(ding)的實驗(yan)室參比(bi)條件下(xia)通過大(da)量的實(shi)驗數據(ju)推導得(de)出的計(ji)算方法(fa),并通過(guo)實踐檢(jian)驗是正(zheng)确的。同(tong)時,差壓(ya)式流量(liang)計算基(ji)本方程(cheng)的推導(dao)也是基(ji)于這樣(yang)的假設(she)流動條(tiao)件下,偏(pian)離标準(zhun)規定的(de)流動狀(zhuang)态條件(jian)将會産(chan)生難以(yi)估計的(de)流量測(ce)量不确(que)定度。因(yin)此,氣流(liu)流動狀(zhuang)态應符(fu)合如下(xia)四條要(yao)求:
(1)天然(ran)氣通過(guo)孔闆節(jie)流裝置(zhi)的流動(dong)必須是(shi)亞音速(su)的、穩定(ding)的或僅(jin)随時間(jian)緩慢變(bian)化的,無(wu)脈動流(liu)存在。
(2)天(tian)然氣流(liu)必須是(shi)單相的(de)牛頓流(liu)體。
(3)天然(ran)氣流流(liu)進孔闆(pan)以前其(qi)流速必(bi)須是與(yu)管道軸(zhou)線平行(hang)，,對稱充(chong)分發展(zhan)的速度(du)分布剖(pou)面,無旋(xuan)轉流存(cun)在。
(4)天然(ran)氣通過(guo)孔闆節(jie)流裝置(zhi)的流動(dong)必須保(bao)持孔闆(pan)下遊靜(jing)壓與孔(kong)闆上遊(you)靜壓之(zhi)比不小(xiao)于0.75,管道(dao)雷諾數(shu)Re≥5000(角接取(qu)壓)和管(guan)道雷諾(nuo)數Re21260β2D(法蘭(lan)取壓)。
　　因(yin)此在選(xuan)型設計(ji)時一定(ding)要配合(he)計量站(zhan)工藝參(can)數仔細(xi).核算和(he)流态分(fen)析力争(zheng)達到流(liu)量測量(liang)效果。
3精(jing)度要求(qiu)和不确(que)定度分(fen)析
3.1流量(liang)計量精(jing)度的要(yao)求
　　國際(ji)法制計(ji)量組織(zhi)(OIML)流量計(ji)量技術(shu)委員會(hui)的氣體(ti)計量分(fen)委員會(hui)于1997年制(zhi)定了“氣(qi)體燃料(liao)計量系(xi)統”國際(ji)建議。歐(ou)洲标準(zhun)化委員(yuan)會起草(cao)了歐共(gong)體标準(zhun)PREN1776“天然氣(qi)計量系(xi)統的基(ji)本要求(qiu)”[3]。它們都(dou)是爲提(ti)高和确(que)保天然(ran)氣計量(liang)精度而(er)對輸配(pei)計量站(zhan)的設計(ji)、建設、投(tou)産操作(zuo)和維修(xiu)等方面(mian)提出的(de)基本技(ji)術要求(qiu)。
　　國際建(jian)議中将(jiang)計量站(zhan)分爲A、B、C三(san)個等級(ji),對不同(tong)的流量(liang)規模配(pei)備的二(er)次測量(liang)儀表要(yao)求不同(tong)。該建議(yi)适用!于(yu)流量等(deng)于或大(da)于100m/h運行(hang)壓力不(bu)低于0.2MPa的(de)情況。它(ta)對熱值(zhi)測量、測(ce)溫、測壓(ya)、取樣以(yi)及包括(kuo)指示、打(da)印、.存儲(chu)、轉換和(he)積算等(deng)系統部(bu)件或設(she)備都作(zuo)了相應(ying)的技術(shu)規定。表(biao)1爲測量(liang)儀表和(he)計算結(jie)果的最(zui)大允許(xu)誤差(精(jing)度)。
 
3.2孔闆(pan)流量計(ji)不确定(ding)度變化(hua)範圍分(fen)析标準(zhun)ISO5167、GB/T2624-93、SY/T6143-1996,以及AGANo3報(bao)告估算(suan)流量測(ce)量不确(que)定度公(gong)式都是(shi)相同的(de),估算的(de)方法大(da)同小異(yi),其不确(que)定度值(zhi)大緻相(xiang)等,結論(lun)大體-緻(zhi),如圖2所(suo)示。
 
3.2.1一次(ci)裝置不(bu)确定度(du)變化分(fen)析
流出(chu)系數不(bu)确定度(du)變化
　　當(dang)直管段(duan)長度符(fu)合SY/T6143--1996的規(gui)定的數(shu)值a(表2中(zhong)不帶括(kuo)号中的(de)數值),圓(yuan)度滿足(zu)不大于(yu)士0.3%的标(biao)準規定(ding)，當孔闆(pan)開孔軸(zhou)線與上(shang)下遊測(ce)量管軸(zhou)線之間(jian)的距離(li)爲ex:
 
　　則流(liu)出系數(shu)不确定(ding)度δc/c隻随(sui)β值的不(bu)同而不(bu)同。此時(shi),當β≤0.6時則(ze)δc/c=±0.6%:;當β>0.60時則(ze)δc/c=±β%。
 
3.2.2天然氣(qi)物性測(ce)量不确(que)定度變(bian)化分析(xi)
(1)天然氣(qi)可膨脹(zhang)性系數(shu)不确定(ding)度的估(gu)算
A.天然(ran)氣可膨(peng)脹性系(xi)數的不(bu)确定度(du)
δε/ε=±4(Op/p.)%
　　它與孔(kong)闆流量(liang)計實測(ce)差壓△p成(cheng)正比，與(yu)靜壓p1成(cheng)反比。
　　目(mu)前在天(tian)然氣計(ji)量中差(cha)壓值一(yi)般在50000Pa之(zhi)内,靜壓(ya)在1~10MPa範圍(wei)内,因此(ci)δε/ε最小爲(wei)±0.00002%,最大爲(wei)±0.2%或更大(da)4。
B.當上遊(you)或下遊(you)直管段(duan)長度小(xiao)于該标(biao)準中規(gui)定數值(zhi)a(表1中不(bu)帶括号(hao)中的數(shu)值)，又等(deng)于或大(da)于數值(zhi)(表1中帶(dai)括号中(zhong)的數值(zhi))時，則應(ying)在流出(chu)系數不(bu)确定度(du).上相加(jia)±0.5%的附加(jia)不确定(ding)度。
C.當在(zai).上遊直(zhi)管段長(zhang)度範圍(wei)内的任(ren)何台階(jie)超過±0.3%圓(yuan)度要求(qiu),但符合(he)下列公(gong)式時應(ying)在流出(chu)系數不(bu)确定度(du)_上相加(jia)±0.2%的附加(jia)不确定(ding)度。
D.當孔(kong)闆開孔(kong)軸線與(yu).上下遊(you)測量管(guan)軸線之(zhi)間的距(ju)離e,不滿(man)足公式(shi)(1),但滿足(zu)(2),則應在(zai)流出系(xi)數不确(que)定度上(shang)算術相(xiang)加±0.3%的附(fu)加不确(que)定度。
E.當(dang)孔闆入(ru)口直角(jiao)邊緣的(de)尖銳度(du)r的單測(ce)值與平(ping)均值比(bi)較,最大(da)偏差在(zai)±20%以内時(shi),則在流(liu)出系數(shu)不确定(ding)度.上幾(ji)何相加(jia)±0.2%的不确(que)定度。
(2)天(tian)然氣密(mi)度測量(liang)不确定(ding)度δρρ的估(gu)算根據(ju)目前現(xian)場常用(yong)儀表的(de)使用範(fan)圍,所遵(zun)守的标(biao)準、規程(cheng)規範進(jin)行具體(ti)計算綜(zong)合考慮(lü),在不考(kao)慮取氣(qi)樣的間(jian)隔時間(jian)内由于(yu)天然氣(qi)組分變(bian)化(或波(bo)動)所引(yin)起的附(fu)加不确(que)定度時(shi)天然氣(qi)密度測(ce)量的不(bu)确定度(du)δρ/ρ最小爲(wei)土1.013%,最大(da)爲±1.571%或更(geng)大。
由(1)和(he)(2)兩項組(zu)成天然(ran)氣物性(xing)測量不(bu)确定度(du)的變化(hua)爲:最小(xiao)爲±1.013%,最大(da)爲±1.584%或更(geng)大。
4結束(shu)語
　　孔闆(pan)天然氣(qi)流量測(ce)量的總(zong)不确定(ding)度,實際(ji)上就是(shi)測量系(xi)統的測(ce)量值與(yu)真值比(bi)較,置信(xin)概率爲(wei)95%的精度(du)。根據目(mu)前天然(ran)氣流量(liang)測量系(xi)統經常(chang)貫用的(de)二次儀(yi)表和測(ce)量值的(de)計算積(ji)算方法(fa),按SY/T6143-1996标準(zhun)有關條(tiao)款規定(ding)和所列(lie)公式進(jin)行估算(suan),得知天(tian)然氣流(liu)量測量(liang)的總不(bu)确定度(du)δQn/Qn最小爲(wei)±0.82%,最大爲(wei)±4.52%或更大(da)。由此分(fen)析,可知(zhi)國際建(jian)議的A、B、C三(san)級分别(bie)定級爲(wei)1.0%、2.0%和3.0%。

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