摘要(yào)：綜合渦輪(lun)流量計的(de)計量原理(li)、山西省非(fēi)常規天然(ran)氣井口氣(qì)的氣質和(hé)流動特💚性(xìng)，分析了流(liú)體組分和(hé)脈動流對(duì)渦輪流量(liàng)計計量精(jīng)度⛷️的影響(xiǎng)。結🈚果表明(ming)，實際組分(fèn)和流動✂️特(te)性均會使(shǐ)渦輪流量(liàng)計産生正(zhèng)向系統誤(wù)差。基于此(ci)對修正💁正(zheng)供銷差提(ti)出了建議(yi)。在山西省(shěng)非常規天(tiān)然氣大力(li)✨發展之際(jì)，面對絕大(da)多數企業(yè)貿易結算(suan)仍采取渦(wo)輪流量計(ji)計量的實(shí)際現狀，該(gāi)探🚩究結果(guǒ)對上、中、下(xia)遊的供銷(xiao)差管理具(ju)有一定的(de)實際指導(dǎo)意義。
　　随着(zhe)國内天然(rán)氣市場需(xu)求不斷增(zeng)加，天然氣(qì)對外依存(cun)度持續走(zǒu)高，對國内(nèi)天然氣的(de)自采量增(zeng)幅提出了(le)❗更高的要(yao)求。山西的(de)非常規天(tiān)然氣資源(yuan)總量約占(zhàn)全國的1/3，煤(méi)層氣資♌源(yuan)豐富，2020年全(quán)省煤層氣(qi)開采🌈量達(dá)到1×1010m3/a，在2025年将(jiang)達到2×1010m3/a。
　　渦輪(lun)流量計由(yóu)流體推動(dong)葉輪旋轉(zhuǎn)，從而産生(shēng)與流量⚽成(cheng)正比的電(dian)脈沖信号(hao)，具有精度(du)高、重複性(xing)好、測🧡量範(fan)圍廣等諸(zhu)多優點。在(zai)天然氣計(jì)量的應用(yòng)中，被測介(jie)質的黏度(du)、密度、髒污(wū)程度、管道(dào)安裝結構(gòu)、脈動流和(he)組分⚽等在(zài)不同的場(chǎng)所各不相(xiàng)同，綜🈲合各(ge)種影響因(yīn)素後對渦(wo)輪流量計(ji)的計量精(jīng)度造成較(jiao)大影響。爲(wei)此，有必🏃🏻‍♂️要(yao)結合實地(dì)情況采取(qǔ)必要的計(jì)量修正措(cuo)施，确保渦(wo)輪流量計(jì)計量精度(du)👌，爲公平交(jiāo)易奠定堅(jian)實的基礎(chǔ)。
　　山西省A分(fèn)輸站（上遊(yóu)供氣公司(sī)）自2011年開始(shǐ)向B分輸站(zhàn)（下遊♊用氣(qi)公司）供氣(qi)以來，供氣(qì)長期受正(zheng)供銷差困(kun)擾，始終未(wei)得以✏️徹底(dǐ)解決（A分輸(shu)站至B分輸(shu)站長輸管(guǎn)線長度約(yuē)爲2km）。爲💰此，以(yi)A分輸站長(zhang)期貿易計(ji)量交接的(de)渦輪流量(liang)計爲對象(xiang)🌂進行研究(jiu)。該渦輪流(liú)量計距離(lí)上遊最近(jin)壓縮站僅(jin)7km，且地形地(dì)勢特征高(gao)差較大，在(zai)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻全省非常(chang)規天然氣(qì)上下遊計(jì)量交接中(zhong)具有代表(biao)性。綜合各(gè)種影響因(yin)素的分析(xi)可知，氣體(ti)組分和脈(mò)動流對計(ji)量的精度(du)⭐有較大影(ying)響。本文通(tōng)🌐過實際數(shù)據對比、AGA8-92DC方(fāng)法和脈動(dòng)流定性影(ying)響分析對(duì)計量偏差(chà)進行研究(jiū)，是山西省(sheng)非常規天(tiān)然氣公平(píng)貿易的一(yi)項非常有(yǒu)意義的課(kè)題。
1渦輪流(liu)量計計量(liang)和換算原(yuan)理
1.1計量原(yuán)理
　　流體通(tong)過渦輪流(liú)量計時，流(liu)速被轉換(huan)爲渦輪的(de)轉速，轉速(su)再被🚶‍♀️轉換(huan)成與流量(liàng)成正比的(de)電信号，最(zui)後在計🈲數(shu)器上進㊙️行(háng)顯示和累(lei)計。目前，絕(jue)大多數渦(wō)輪流量計(jì)都爲一🌐體(ti)化智能流(liú)量❄️計，除上(shang)述機械計(ji)量部分外(wai)，還包括1台(tái)體積計算(suàn)儀，依據實(shí)測工況流(liú)量‼️、取壓口(kou)實測壓力(lì)、測溫口實(shí)測溫度及(jí)内部設定(dìng)的一些固(gù)定參數進(jìn)行計算，将(jiang)工況體積(jī)轉換爲可(kě)貿💔易交接(jiē)的🥰天然氣(qi)體積，其原(yuan)理如圖1所(suo)示。

1.2換算原理(li)
1.2.1工作條件(jian)下的體積(jī)流量計算(suàn)實用公式(shi)
　　工作條件(jian)下的體積(jī)流量計算(suàn)實用公式(shi)如式(1)所示(shì)：

　　式(1)中，qf爲工(gong)作條件下(xià)的體積流(liú)量，m3/s；?爲輸出(chū)工作頻率(lü)，Hz，由頻率計(ji)采💞集；k爲系(xi)數，m-3，可按流(liú)量計銘牌(pái)給定值。
1.2.2标(biao)準參比條(tiao)件下的體(ti)積流量換(huan)算實用公(gōng)式
　　标準參(cān)比條件下(xià)的體積流(liú)量換算實(shí)用公式如(rú)式(2)所示：

式(shì)(2)中，q
　　式(2)中，qn爲(wèi)标準參比(bi)條件下的(de)體積流量(liang)，m3/s；pf爲工作條(tiao)件下🛀的絕(jué)對靜壓力(li)，MPa；pn爲标準參(can)比條件下(xia)的絕對靜(jing)壓力，MPa；Tn爲标(biāo)準🧑🏽‍🤝‍🧑🏻參比條(tiao)件下的熱(rè)力學溫度(dù)，K；Tf爲工作條(tiáo)件下的氣(qì)體絕對溫(wēn)度，K；Zn爲标準(zhǔn)參📱比條件(jian)下的氣體(tǐ)壓縮因子(zi)；Zf爲工作條(tiao)件下的氣(qì)體壓縮因(yin)子。
　　工作條(tiao)件下的壓(yā)力和溫度(dù)的精度取(qǔ)決于測量(liang)儀表☔。标準(zhǔn)參比🏃‍♀️條件(jian)下的絕對(dui)靜壓力爲(wei)101.325kPa，熱力學溫(wēn)度爲293.15K。輸出(chū)工😄作頻率(lǜ)由♋頻率計(jì)采集得到(dào)。在不考慮(lü)測量儀表(biao)測量誤差(cha)的基礎上(shàng)，研究範圍(wei)可進一步(bù)縮💃小，可主(zhu)要從天然(rán)氣組分對(dui)計量的影(ying)響⭐和脈動(dòng)流♋對計量(liang)的影響兩(liǎng)方面進行(hang)研究[1]。
2天然(ran)氣組分對(duì)計量的影(yǐng)響
2.1條件設(shè)定
　　非常規(guī)天然氣與(yǔ)天然氣相(xiang)同，也是一(yi)種混合物(wu)，主要🚩成分(fèn)是烷烴，絕(jué)大多數是(shì)CH4，也含有少(shǎo)量非烴類(lei)氣體，其組(zǔ)分在各采(cǎi)氣區各👄不(bu)相同，但作(zuo)爲影響氣(qi)體壓縮因(yīn)子的因素(su)之一，目前(qian)在山西省(shěng)的計量交(jiāo)接點處很(hěn)少📞進行在(zai)線㊙️分析，一(yi)般是在體(tǐ)積🧑🏽‍🤝‍🧑🏻計算儀(yí)中輸入默(mò)認組🐅分比(bǐ)例作爲換(huàn)算的依據(jù)（設計組分(fen)）。
　　氣體壓縮(suo)因子Zn在标(biāo)準參比條(tiao)件下受介(jie)質組分變(bian)化影✨響⭐極(jí)小（近似于(yu)1），但在高壓(ya)輸氣條件(jiàn)下，工作條(tiáo)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼件下💃🏻的氣(qì)體壓縮因(yīn)子Zf受組分(fen)影響會發(fā)生較大變(biàn)化。山西省(sheng)非常規天(tian)然氣的組(zǔ)分與典型(xíng)的天然氣(qì)組分（設計(jì)組分）相比(bi)有較大變(biàn)化，在高壓(ya)❌輸送計量(liang)中，氣體壓(yā)縮🔞因子的(de)變化⛹🏻‍♀️對計(jì)量精度的(de)影響已超(chāo)🛀🏻出了其本(běn)身的計量(liàng)精度，其影(ying)響不可忽(hū)略。A分輸站(zhàn)2025年12月15日11:06的(de)運行參🚩數(shu)如表1所示(shì)。

2.2組分數據(ju)
　　設計組分(fèn)選取典型(xíng)天然氣組(zu)分，如表2所(suǒ)示。

　　非常規(guī)天然氣實(shi)際組分以(yi)A分輸站曆(li)年實際氣(qi)質👄檢測報(bao)告結果爲(wei)依據，如表(biǎo)3所示。

2.3理論(lun)分析組分(fen)對氣體壓(yā)縮因子的(de)影響
　　壓縮(suō)因子的求(qiu)得方式有(yǒu)很多種，包(bāo)括儀器、理(li)計算方程(chéng)、憑借經驗(yàn)公式估算(suan)、Standing-Katz确定等[2]。　　GB/T17747.1—2011《天(tian)然氣壓縮(suō)因子的計(jì)算第1部分(fen)：導論和指(zhǐ)南》推薦用(yòng)AGA8-92DC和SGERG-88法。所研(yan)究分析的(de)介質已有(yǒu)曆年詳細(xi)的氣質組(zu)分，同時考(kǎo)慮AGA8-92DC法精度(dù)較高，因此(ci)選用AGA8-92DC法并(bìng)通過VisualBasic編寫(xie)程序進行(hang)計算。
　　依據(jù)表2典型天(tian)然氣組分(fen)和實際運(yun)行參數計(ji)算Zn/Zf，計算結(jie)♻️果爲💜1.0864，輸入(ru)及輸出結(jié)果如圖2所(suo)示。

　　依據表(biǎo)3非常規天(tiān)然氣實際(jì)組分和實(shí)際運行參(can)數計算Zn/Zf，計(ji)算💘結果如(ru)表4所示。

　　通(tōng)過對比分(fen)析，采用設(shè)計組分計(jì)算時氣體(tǐ)壓縮因子(zi)比值爲1.0864，而(er)采用實際(ji)組分計算(suan)時爲1.0613，偏差(chà)爲2.365%。由此可(kě)知🏃，不調整(zheng)設計組分(fen)會🥵導緻正(zhèng)2.365%的供銷差(cha)。
2.4實際供銷(xiāo)差數據
　　2011—2019年(nian)實際供銷(xiao)差如表5所(suo)示。

2.5天然氣(qì)組分對計(jì)量結果的(de)影響
　　将理(lǐ)論計算與(yǔ)實際供銷(xiāo)差數據進(jin)行對比，結(jie)果相近，由(you)🔱此可💘知在(zài)假設條件(jiàn)和不考慮(lǜ)其他影響(xiǎng)因素時，受(shòu)非常規天(tiān)然氣組分(fen)的影響，計(jì)量值偏大(dà)，正偏差值(zhí)約爲2.28%，對下(xià)遊接氣單(dan)位不利，給(gěi)下遊單位(wei)的供銷差(chà)管理造成(chéng)不利後果(guǒ)。
3脈動流對(duì)計量的影(ying)響
　　脈動流(liú)的成因有(yǒu)很多，如在(zài)緊鄰增壓(ya)機出口處(chu)、控制閥✨頻(pin)繁🌈操作時(shí)、管線振蕩(dang)時和管線(xiàn)中有漩渦(wo)等，有時壓(yā)力和溫度(dù)探測器産(chan)生的渦街(jiē)也會形成(cheng)脈動流。其(qí)特性是✏️介(jie)質流動不(bu)穩定，但周(zhōu)🏃🏻‍♂️期性變化(huà)，流體在加(jiā)速❄️或減速(su)過程中會(hui)影🈲響葉輪(lún)旋轉速，但(dàn)葉🔴輪旋轉(zhuǎn)相對滞後(hòu)，通俗可理(li)解爲“慣性(xing)”，由此對流(liu)量🏃‍♀️計的正(zhèng)确計量☔造(zao)成一定的(de)影♻️響。
3.1流量(liang)測量
　　現階(jiē)段，脈動流(liú)的直接測(ce)量還存在(zai)很大困難(nan)，但可🌐通過(guò)誤差方程(chéng)分析、實驗(yan)室試驗和(he)專業的脈(mo)動流量誤(wù)🔞差檢測設(she)備檢測分(fèn)析某一特(te)定脈動流(liu)的測👉量誤(wù)差。前兩種(zhong)方法基✂️于(yu)脈動❓流的(de)振幅和頻(pin)率的可測(ce)量性，振幅(fu)和頻率的(de)測量可通(tōng)過激光多(duo)普勒🌂技術(shu)、熱線風速(su)儀法等。專(zhuan)業的脈動(dòng)流量誤差(chà)檢測🥰設備(bei)已有設備(bèi)制造廠家(jiā)在生📱産。
3.1.1誤(wù)差方程分(fèn)析
　　通過對(dui)機翼理論(lun)的研究，可(kě)列出涉及(jí)慣量、夾角(jiǎo)、葉輪😘半徑(jìng)、角速度等(deng)參數的誤(wu)差運動方(fang)程，通過編(biān)程可求得(dé)針對某一(yī)特定渦輪(lún)流量計的(de)不同振幅(fu)和頻率脈(mo)動流的測(ce)量誤差[3]。依(yī)據動量守(shou)恒定律，可(kě)列出包含(hán)流速、切線(xian)速度等參(can)數的非線(xiàn)性微分方(fāng)程，通過計(jì)算和分析(xī)可理論推(tuī)導測量誤(wù)差[4]。
3.1.2實驗室(shì)試驗
　　現場(chang)實測脈動(dong)流的特性(xìng)，采用已知(zhī)标準體積(jī)壓縮💔空氣(qì)，在實驗室(shì)模拟脈動(dong)流，将測量(liàng)值與标準(zhun)體積🛀🏻進行(hang)對比，分析(xi)測量誤差(chà)。
3.1.3誤差檢測(ce)設備檢測(ce)
　　一種燃氣(qi)脈動流誤(wù)差檢測設(she)備，可較正(zhèng)确地測得(dé)脈動❄️誤♊差(chà)值，暫未在(zai)山西省廣(guǎng)泛應用。在(zài)絕大多數(shu)燃氣公司(sī)的實🈲際運(yun)❗行管理過(guo)程中，脈動(dòng)流的特性(xìng)參數無法(fa)在日常運(yùn)行🏃🏻監測數(shu)據中獲取(qu)，因此，主要(yao)定性地說(shuō)明脈動流(liu)對渦輪流(liu)量計計量(liang)♍偏差的影(yǐng)💁響。
3.2測量誤(wù)差
　　已有很(hěn)多學者針(zhen)對脈動流(liú)對計量的(de)影響進行(hang)了研究。分(fèn)析結果可(kě)知，由于葉(yè)輪受流體(ti)加速影響(xiang)小，受流體(tǐ)減速影響(xiǎng)大，計量始(shi)終存在正(zheng)供銷差。此(ci)外，正供銷(xiāo)差取決于(yú)脈動流的(de)振幅和頻(pín)率，整體來(lai)說，如果脈(mò)動流頻率(lü)大于葉輪(lun)角頻率時(shi)正供銷差(chà)值🌏較大，脈(mo)動振幅增(zeng)大時正供(gong)銷差值也(yě)随之增大(dà)。
3.3脈動流對(dui)計量結果(guo)影響
　　A分輸(shū)站渦輪流(liú)量計距離(li)上遊最近(jìn)的壓縮站(zhàn)（往複式壓(yā)縮機增🧑🏽‍🤝‍🧑🏻壓(ya)）不到7km，且該(gāi)分輸站工(gōng)藝布置緊(jin)湊。據實地(dì)測量，流量(liàng)計上遊直(zhí)管段長度(du)約爲6Dn（Dn爲渦(wo)輪流量計(ji)口徑，mm），下遊(yóu)直管段長(zhǎng)度約爲4Dn。此(ci)外，7km管道沿(yán)線地勢高(gāo)低不平，加(jia)之煤層氣(qi)氣質水含(han)量較㊙️大，導(dao)緻在低窪(wā)處極易形(xíng)成積液，積(ji)液也會造(zào)成脈動流(liu)。
　　2014年8—10月期間(jian)，下遊公司(si)發現正供(gong)銷差持續(xu)增大時，對(duì)A分輸站♍和(he)B分輸站的(de)渦輪流量(liang)計進行了(le)标定，但标(biao)定結果均(jun1)爲合格。随(sui)後下遊公(gōng)司在2014年11月(yuè)5—7日對A至B分(fen)輸站段管(guǎn)線進行了(le)清💚管作業(ye)，共清出污(wu)水雜質約(yuē)23t，清管完成(cheng)後正供銷(xiao)🔅差明顯減(jiǎn)小。清管前(qian)後實際供(gong)銷差數據(ju)如表6所示(shi)。

　　除此之外(wai)，通過日常(chang)運行監測(ce)，供氣瞬時(shi)流量每次(ci)顯示數據(ju)🐪都✉️在變化(hua)，且在一定(ding)時間内在(zai)1個值上下(xia)頻繁波動(dong)（波動📧幅度(dù)☀️約爲±20%）。綜合(hé)上述情況(kuang)，該輸氣管(guǎn)🐕道存在🔞脈(mò)動流的可(ke)能性很大(dà)。脈動流會(hui)造成正供(gong)銷差影響(xiang)，對下遊接(jiē)氣單位不(bu)利，因此有(yǒu)必要對脈(mò)動流的影(ying)響🔞進行修(xiu)正。
4結語
　　目(mu)前，山西省(sheng)絕大多數(shu)分輸站未(wei)安裝在線(xian)色譜儀，且(qiě)㊙️直接♊測量(liàng)脈動流流(liu)量的計量(liàng)表還未被(bei)廣泛應㊙️用(yòng)于實際生(sheng)産中。探究(jiū)表明，山西(xi)省非常規(guī)天然氣的(de)組分和脈(mò)動流輸氣(qì)均會使渦(wo)輪流量計(jì)産生無法(fǎ)通過定🏒期(qi)檢定來❓消(xiao)除的正🐇向(xiàng)系統誤🛀差(cha)。因此，爲确(que)保作爲上(shàng)下遊貿易(yì)交接依據(ju)的計量表(biao)測量的精(jing)度，保證公(gong)平交易，可(ke)通過誤差(chà)分析修正(zheng)、組分修正(zheng)、優化工藝(yi)等方式對(duì)現渦輪流(liú)量🔱直接測(ce)量結果🍓進(jin)行修正。
a)天(tiān)然氣組分(fen)影響的修(xiū)正建議。結(jié)合實際工(gōng)況條件，合(hé)理👌調整渦(wō)輪流量計(jì)的壓縮因(yīn)子和天然(ran)氣組分🔴；當(dang)精度要求(qiú)較高時🔞，采(cai)取安裝在(zai)線分析儀(yi)的方式實(shí)時更新流(liú)量計參數(shu)。
b)脈動流影(yǐng)響的修正(zheng)建議。通過(guo)工藝優化(huà)、改造，使流(liú)體通過流(liú)量計時基(jī)本穩定；選(xuan)定合适的(de)流量計型(xíng)号；實測脈(mò)動流特性(xìng)，理論計算(suàn)或實驗室(shi)試驗分析(xī)測量誤差(cha)，與結🐪算方(fāng)進行誤差(chà)修正；采用(yòng)誤差測量(liang)設備對測(ce)量誤差進(jìn)🚶‍♀️行測量和(he)☀️修正，并以(yǐ)此作爲結(jie)🏃算依據

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