摘要：綜合(hé)渦輪流量計的(de)計量原理、山西(xi)省非常規天然(rán)氣井口氣的氣(qi)質和流動特性(xìng)，分析了流體組(zu)分和脈動流對(dui)渦輪流✔️量計計(jì)量精度的影💁響(xiang)。結果表明，實際(jì)組分和流動特(tè)性均會使渦輪(lun)流量計産生🐉正(zhèng)向系統誤差。基(ji)于此對修正🛀正(zheng)供銷差提出了(le)建議。在山西省(shěng)非常規💃天然氣(qi)大力發展之際(ji)，面對絕大多數(shu)企業貿易結算(suan)仍采取渦輪流(liu)量計計量的實(shí)際現狀，該探究(jiū)結🔞果對上、中、下(xià)遊的供銷差管(guǎn)理具有一定的(de)實際指導👈意義(yì)。
　　随着國内天然(rán)氣市場需求不(bú)斷增加，天然氣(qi)對外依存度持(chi)續走高，對國内(nei)天然氣的自采(cai)量增幅提🐅出了(le)更高的要👅求。山(shan)西的非常規天(tiān)然氣資源總量(liang)約占全國的1/3，煤(mei)層氣資💔源豐富(fu)🈲，2020年全省煤層氣(qì)開采量達到1×1010m3/a，在(zai)2025年将達到2×1010m3/a。
　　渦輪(lun)流量計由流體(tǐ)推動葉輪旋轉(zhuan)，從而産生與流(liu)🆚量成正🈲比的電(dian)脈沖信号，具有(you)精度高、重複性(xing)好、測🌍量範圍廣(guang)♊等諸多優⭐點。在(zài)🌈天然氣計量的(de)應用中，被📱測介(jiè)質的黏度、密度(dù)、髒污程度、管道(dào)安裝結構、脈動(dong)流和組分等在(zài)不同的場所各(ge)不相同，綜👈合各(ge)種影響因素後(hòu)對渦輪流量計(jì)的計量精度造(zào)成較大影響。爲(wei)此，有必❄️要結合(hé)實地情況采取(qǔ)必要的計量修(xiū)🈲正措施，确💚保渦(wō)輪流量計計量(liang)精度，爲公平交(jiao)易奠👨‍❤️‍👨定堅實的(de)基礎。
　　山西省A分(fèn)輸站（上遊供氣(qi)公司）自2011年開始(shi)向B分輸站（下遊(yóu)用氣公司）供氣(qì)以來，供氣長期(qī)受正供銷差困(kùn)擾，始終未得以(yi)徹底🌐解決⁉️（A分輸(shū)站至B分輸站長(zhang)輸管🤟線長度約(yuē)爲2km）。爲此，以A分輸(shū)站長🐇期貿易計(jì)量交接的渦輪(lun)流量計爲對象(xiang)☁️進行研究。該渦(wo)輪流量計距離(lí)上遊最近壓縮(suō)站僅7km，且地形地(di)勢特征高差較(jiào)大，在全省非常(cháng)規天然氣上下(xià)遊計量交接中(zhong)具有代表性。綜(zong)合各種影響因(yīn)素的分析可知(zhī)，氣體組分和脈(mò)動流對計量的(de)精度有較大影(ying)響。本文通過實(shi)際數據對比、AGA8-92DC方(fang)法和脈動流定(dìng)性影響分析對(duì)計量偏差進行(hang)研究，是山西省(sheng)非常規天然氣(qi)公平貿易的一(yī)🧡項非常有意義(yi)的課題。
1渦輪流(liú)量計計量和換(huan)算原理
1.1計量原(yuan)理
　　流體通過渦(wō)輪流量計時，流(liu)速被轉換爲渦(wo)輪的轉🌂速，轉🌐速(su)⛷️再被轉換成與(yu)流量成正比的(de)電信号，最後在(zai)計數器上進🐆行(háng)顯示和🥰累計。目(mu)前，絕大多數渦(wō)輪流量計都爲(wei)一體化智♌能流(liu)量☀️計，除上述機(ji)械計量部分外(wài)，還包括1台體📐積(ji)計算儀，依據實(shí)測工況流量♍、取(qu)壓口實測壓力(li)、測溫口實測溫(wēn)度及内部設定(dìng)的一些固定參(can)數⛷️進行計算，将(jiāng)工況體積轉換(huan)爲♊可貿易交接(jiē)的天然氣體積(jī)，其原理如圖📱1所(suǒ)示。

1.2換算原理
1.2.1工作(zuò)條件下的體積(ji)流量計算實用(yòng)公式
　　工作條件(jiàn)下的體積流量(liàng)計算實用公式(shi)如式(1)所示：

　　式(1)中(zhōng)，qf爲工作條件下(xià)的體積流量，m3/s；?爲(wei)輸出工作頻率(lü)❗，Hz，由🔱頻率計采集(jí)；k爲系數，m-3，可按流(liu)量計銘牌給定(dìng)值。
1.2.2标準參比條(tiáo)件下的體積流(liú)量換算實用公(gōng)式
　　标準參比條(tiáo)件下的體積流(liu)量換算實用公(gōng)式如式(2)所💋示：

式(shì)(2)中，q
　　式(2)中，qn爲标準(zhun)參比條件下的(de)體積流量，m3/s；pf爲工(gong)作條件下的絕(jué)對靜壓力，MPa；pn爲标(biāo)準參比條件下(xia)的絕對靜壓力(li)，MPa；Tn爲标準🐪參比條(tiao)件下的熱力學(xue)溫度，K；Tf爲工作條(tiáo)件下的氣體絕(jue)對溫度，K；Zn爲标準(zhun)參比條件下的(de)氣體壓縮因子(zi)；Zf爲工作條件下(xia)的氣體壓縮因(yīn)子。
　　工作條件下(xia)的壓力和溫度(du)的精度取決于(yu)測量儀表。标準(zhǔn)參比條件下的(de)絕對靜壓力爲(wèi)101.325kPa，熱力學溫度爲(wei)293.15K。輸出工☎️作頻🈲率(lǜ)由頻率♍計采集(ji)得到。在不考慮(lǜ)測量儀表測量(liàng)誤差的基礎上(shang)，研✔️究範圍👉可進(jìn)一步縮小，可主(zhǔ)要🏃🏻‍♂️從天然氣組(zu)分對計量的影(ying)響和脈動流對(dui)計量的影響兩(liang)方面進行研究(jiu)[1]。
2天然氣組分對(dui)計量的影響
2.1條(tiao)件設定
　　非常規(guī)天然氣與天然(rán)氣相同，也是一(yi)種混合物，主要(yao)♈成分♊是烷烴，絕(jué)大多數是CH4，也含(hán)有少量非烴類(lei)氣體，其⁉️組分在(zài)各采氣✊區各不(bú)相同，但作爲影(ying)響氣體壓縮因(yin)子的因素之一(yi)，目前在山西省(shěng)的計量交接㊙️點(dian)處很少進行在(zai)線分析，一般是(shi)在體積計算儀(yí)中輸入默認組(zǔ)分比例作爲🔅換(huan)算的依據（設計(ji)組分）。
　　氣體壓縮(suō)因子Zn在标準參(can)比條件下受介(jiè)質組分變化影(ying)響極小（近似于(yu)1），但在高壓輸氣(qì)條件下，工作條(tiáo)件下的氣體壓(yā)縮因子Zf受組分(fèn)影響會發生較(jiao)大變化。山西省(sheng)非常規天然氣(qi)的組分與典✌️型(xing)的天然氣🌐組分(fen)（設計🌈組分）相比(bǐ)有較大變化，在(zai)高壓輸送計量(liang)🍓中，氣體壓縮因(yīn)子的變化對計(ji)量精度的影響(xiang)已超出了其本(běn)身的計量精度(du)，其影響不可忽(hū)略。A分輸站2025年12月(yue)16日11:06的運行參數(shu)如表1所示。

2.2組分(fen)數據
　　設計組分(fen)選取典型天然(rán)氣組分，如表2所(suǒ)示。

　　非常規天然(ran)氣實際組分以(yi)A分輸站曆年實(shi)際氣質檢👉測㊙️報(bào)告✔️結果爲依據(jù)，如表3所示。

2.3理論(lùn)分析組分對氣(qi)體壓縮因子的(de)影響
　　壓縮因子(zi)的求得方式有(yǒu)很多種，包括儀(yí)器、理計算方程(cheng)、憑借經🌈驗公式(shi)估算、Standing-Katz确定等[2]。　　GB/T17747.1—2011《天(tian)然氣壓縮因子(zǐ)的計算第🛀1部分(fen)：導論⚽和指南》推(tuī)薦用AGA8-92DC和SGERG-88法。所研(yan)究分析的介🔞質(zhì)已有曆年詳細(xi)的氣質組分，同(tóng)時考慮AGA8-92DC法精度(dù)較高🤞，因此選用(yong)AGA8-92DC法并通過VisualBasic編寫(xiě)程序進行計算(suàn)。
　　依據表2典型天(tiān)然氣組分和實(shi)際運行參數計(ji)算Zn/Zf，計算結😍果爲(wèi)1.0864，輸入及輸出結(jie)果如圖2所示。

　　依(yī)據表3非常規天(tian)然氣實際組分(fen)和實際運行參(cān)數計算Zn/Zf，計算結(jié)果如表4所示。

　　通(tong)過對比分析，采(cai)用設計組分計(jì)算時氣體壓縮(suo)因💜子比👉值爲1.0864，而(ér)采用實際組分(fen)計算時爲1.0613，偏差(cha)爲2.365%。由此可知，不(bu)調整設計組分(fen)會導緻正2.365%的供(gong)銷差。
2.4實際供銷(xiāo)差數據
　　2011—2019年實際(ji)供銷差如表5所(suǒ)示。

2.5天然氣組分(fen)對計量結果的(de)影響
　　将理論計(ji)算與實際供銷(xiāo)差數據進行對(dui)比，結果相近🔴，由(yóu)此可知在假設(she)條件和不考慮(lǜ)其他影響因素(sù)時，受非常規天(tian)然氣組分的影(yǐng)響，計量值偏大(da)，正偏差值約爲(wei)2.28%，對下遊接氣單(dān)位不♻️利，給下🐕遊(yóu)單位的供🔞銷差(chà)管理造成不利(lì)後果。
3脈動流對(dui)計量的影響
　　脈(mò)動流的成因有(you)很多，如在緊鄰(lin)增壓機出口處(chù)、控制閥頻繁操(cao)作時、管線振蕩(dang)時和管線中有(yǒu)漩渦等，有時壓(yā)力和溫度探測(cè)器産生的渦街(jie)也會形成脈動(dòng)流。其特性是🔱介(jiè)質流動不穩定(dìng)，但周期性變化(huà)，流體在加速或(huo)減速過程中會(hui)影響葉輪旋轉(zhuǎn)速，但葉輪旋轉(zhuan)相對滞後，通俗(sú)可理解爲“慣性(xing)㊙️”，由此對流量🈲計(ji)的正确計量💯造(zào)成一定的影響(xiǎng)。
3.1流量測量
　　現階(jie)段，脈動流的直(zhí)接測量還存在(zài)很大困難，但可(ke)㊙️通過誤🐉差❓方程(chéng)分析、實驗室試(shì)驗和專業的脈(mo)動流量誤差檢(jian)測設備檢測分(fen)析某一特定脈(mo)動流的測量誤(wù)差。前兩種❓方法(fa)基于脈動流的(de)振幅和頻率的(de)可測量性，振幅(fu)和頻率的測量(liang)可通過激光多(duo)普勒技術、熱線(xian)風速儀法等。專(zhuān)業的脈動流量(liang)誤差檢測設備(bèi)已有設備制造(zao)廠家在生産。
3.1.1誤(wù)差方程分析
　　通(tong)過對機翼理論(lun)的研究，可列出(chū)涉及慣量、夾角(jiǎo)、葉☁️輪半徑、角速(su)度等參數的誤(wu)差運動方程，通(tōng)過編程可求得(de)針對某一特定(dìng)渦輪流量計的(de)不同振幅和頻(pin)率脈動流的測(cè)量誤🌏差[3]。依據動(dòng)量守⭕恒定律，可(ke)列出包含流💘速(sù)、切線速度等參(cān)數的非線性微(wei)分方程🈲，通過計(jì)算和分析可理(li)論推導測量誤(wu)差[4]。
3.1.2實驗室試驗(yan)
　　現場實測脈動(dòng)流的特性，采用(yòng)已知标準體積(jī)壓縮空氣👌，在實(shí)驗室模拟脈動(dong)流，将測量值與(yu)标準體積☎️進行(háng)對比，分析測量(liàng)💜誤差。
3.1.3誤差檢測(cè)設備檢測
　　一種(zhong)燃氣脈動流誤(wu)差檢測設備，可(kě)較正确地測得(dé)脈♊動誤差值，暫(zàn)未在山西省廣(guǎng)泛應用。在絕大(dà)多數燃氣公司(si)的實際運㊙️行管(guǎn)理過程中，脈動(dong)流的特性參數(shù)無🏃🏻‍♂️法在日常運(yun)行監測數據中(zhong)獲取，因此，主要(yào)定性地說明脈(mo)動流對渦輪流(liu)量計計量📧偏差(cha)的影響。
3.2測量誤(wù)差
　　已有很多學(xué)者針對脈動流(liu)對計量的影響(xiǎng)進行了研究🏒。分(fèn)🍓析結果可知，由(yóu)于葉輪受流體(ti)加速影響小，受(shòu)流體減速影響(xiǎng)大，計量始終存(cun)在正供銷差。此(ci)外，正供銷差取(qǔ)決于脈動流的(de)振幅和頻率，整(zheng)體來說，如果脈(mò)動流頻率大于(yu)葉輪角頻率時(shi)正🧑🏽‍🤝‍🧑🏻供銷差值⛹🏻‍♀️較(jiao)大，脈動振幅增(zēng)大時正供銷差(chà)值也💯随之增大(da)。
3.3脈動流對計量(liàng)結果影響
　　A分輸(shu)站渦輪流量計(ji)距離上遊最近(jin)的壓縮站（往複(fú)式壓☁️縮機增🌍壓(yā)）不到7km，且該分輸(shū)站工藝布置緊(jin)湊。據實地測量(liang)🚩，流量計上遊直(zhi)🏃🏻管段長度約爲(wei)6Dn（Dn爲渦輪流量計(ji)口徑，mm），下遊直管(guǎn)段長度約爲4Dn。此(ci)外，7km管道沿線地(di)勢高低不平，加(jia)之煤🆚層氣氣質(zhì)水含量較大，導(dao)緻在低窪處極(ji)易🐪形成積液，積(ji)液也會造成脈(mo)動流。
　　2014年8—10月期間(jiān)，下遊公司發現(xian)正供銷差持續(xu)增大時，對☁️A分輸(shu)站🈲和B分輸站的(de)渦輪流量計進(jìn)行了标定，但标(biao)✏️定結果均♍爲合(he)格。随後下遊公(gōng)司在2014年11月5—7日對(duì)A至B分🚩輸站段♋管(guǎn)線進⭐行了清管(guan)作業，共清出污(wū)水雜質約23t，清管(guan)完成☔後正供銷(xiāo)差明顯減小。清(qing)管前後實際供(gòng)銷差數據如💃表(biǎo)6所示。

　　除此之外(wai)，通過日常運行(háng)監測，供氣瞬時(shi)流量每次顯示(shì)數據都在變化(hua)，且在一定時間(jian)内在1個值上下(xià)頻繁🐕波動（波動(dòng)幅度約爲±20%）。綜合(hé)上述情況，該輸(shu)氣管💛道存在脈(mò)動流🌈的可能🔱性(xing)很大⛷️。脈動流會(hui)造成正供銷差(cha)影響，對下遊接(jiē)氣單位不利，因(yīn)此有必要對脈(mò)動流的影響進(jin)行修正。
4結語
　　目(mù)前，山西省絕大(dà)多數分輸站未(wèi)安裝在線色譜(pǔ)儀，且㊙️直接☔測量(liang)脈動流流量的(de)計量表還未被(bèi)廣泛應🤟用于實(shí)際生産中。探究(jiū)表💞明，山西省非(fēi)常規天然氣的(de)組分和脈動流(liú)輸氣均會使渦(wo)輪流量計産生(shēng)無法通過定期(qī)檢定來消除的(de)正向系統誤差(cha)。因此，爲👈确保作(zuò)爲上下遊貿易(yì)交接依據的計(jì)量表測量的精(jīng)度，保證公🎯平交(jiao)易，可通過誤差(cha)分析修正、組分(fen)修正、優化工藝(yi)等方式對現渦(wō)輪流量直接測(cè)量結果進🙇🏻行修(xiū)正。
a)天然氣組分(fèn)影響的修正建(jian)議。結合實際工(gong)況條件🌈，合理調(diào)🤞整👌渦輪流量計(jì)的壓縮因子和(he)天然氣組分♈；當(dang)精度要求較高(gāo)時♉，采取安裝在(zài)線分析儀的方(fāng)式🔞實時更新流(liú)量🎯計參數。
b)脈動(dòng)流影響的修正(zhèng)建議。通過工藝(yi)優化、改造，使流(liú)體⛷️通過流量計(ji)時基本穩定；選(xuan)定合适的流量(liàng)計型号；實測脈(mò)👉動流特性，理論(lùn)計算或實驗室(shì)試驗分析測量(liang)誤差，與結算方(fāng)進行誤差修正(zheng)；采用誤差測量(liàng)設備對測🏃‍♀️量誤(wu)差進行測量和(he)修正，并以此作(zuo)爲結算依據

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