摘要:目前(qián)天然氣計量(liang)己制定了許(xǔ)多相關的國(guó)家标準、行業(ye)标準和計量(liang)檢定規程等(deng),但未形成完(wan)整體系與國(guo)外相比尚有(you)較大差距。本(běn)文着重探讨(tao)了天然氣孔(kong)闆 流量計 測(cè)量中精度要(yao)求和不确定(dìng)度分析了影(yǐng)響測量不确(què)定度的幾種(zhǒng)因素。
引言
　　孔(kǒng)闆流量計 在(zai)20世紀使用于(yu)天然氣流量(liàng)測量,經過-個(ge)世紀漫長的(de)發展過程，它(ta)已成爲主要(yao)的天然氣流(liu)量計。目前我(wǒ)國天然氣計(jì)量專業性标(biāo)準爲《天然氣(qì)流量的标準(zhun)孔闆計量方(fāng)法》(SY/T6143-1996)。
1天然氣孔(kǒng)闆流量計的(de)組成
　　孔闆流(liu)量計由産生(sheng)壓差的一次(ci)裝置--孔闆節(jiē)流裝置和二(èr)次檢測儀表(biao)-差壓計、 壓力(li)計 、溫度計和(hé)相關參數儀(yí)器儀表加信(xìn)号引線等組(zu)成,如圖1所示(shi)。
 
2天然氣孔闆(pan)流量計适用(yòng)條件
　　孔闆流(liú)量計是以相(xiang)似原理爲根(gēn)據，以實驗數(shù)據爲基礎的(de)瞬時流量計(jì),從一次裝置(zhì)的幾何尺寸(cùn)到流體流動(dòng)狀态都有一(yī)定的要求。
2.1一(yi)次裝置幾何(he)尺寸限制條(tiáo)件
SY/T6143-1996要求:
孔闆(pan)開孔直徑d≥12.Smm;
測(ce)量管内徑必(bì)須滿足50mm≤D≤1000mm;
孔徑(jìng)比必須滿足(zú)0.20≤β≤0.75;
　　一次裝置的(de)結構設計、加(jia)工、裝配、安裝(zhuang)、檢驗和使用(yòng)必須符合标(biao)準規定的全(quan)部技術要求(qiu)。
2.2氣質和氣流(liú)狀态條件
　　SY/T6143-1996标(biao)準中規定,氣(qì)流必須是單(dan)相的牛頓流(liu)體,若氣體含(hán)有質量成分(fen)不超過2%的固(gu)體或液體微(wēi)粒，且成均勻(yún)分散狀态,也(ye)可以認爲是(shì)單相的牛頓(dun)流體。我國石(shi)油天然氣行(háng)業标準SY/T7514《天然(rán)氣》标準所規(guī)定的各種類(lei)别天然氣都(dōu)适用。
2.3流動狀(zhuang)态的要求
　　孔(kǒng)闆流量計的(de)流出系數C是(shi)在特定的實(shi)驗室參比條(tiáo)件下通過大(da)量的實驗數(shu)據推導得出(chū)的計算方法(fǎ),并通過實踐(jiàn)檢驗是正确(que)的。同時,差壓(ya)式流量計算(suan)基本方程的(de)推導也是基(jī)于這樣的假(jia)設流動條件(jian)下,偏離标準(zhun)規定的流動(dòng)狀态條件将(jiang)會産生難以(yǐ)估計的流量(liàng)測量不确定(dìng)度。因此,氣流(liu)流動狀态應(yīng)符合如下四(sì)條要求:
(1)天然(rán)氣通過孔闆(pǎn)節流裝置的(de)流動必須是(shì)亞音速的、穩(wěn)定的或僅随(sui)時間緩慢變(biàn)化的,無脈動(dong)流存在。
(2)天然(ran)氣流必須是(shi)單相的牛頓(dùn)流體。
(3)天然氣(qi)流流進孔闆(pǎn)以前其流速(sù)必須是與管(guan)道軸線平行(hang)，,對稱充分發(fā)展的速度分(fen)布剖面,無旋(xuán)轉流存在。
(4)天(tiān)然氣通過孔(kong)闆節流裝置(zhi)的流動必須(xū)保持孔闆下(xià)遊靜壓與孔(kong)闆上遊靜壓(ya)之比不小于(yu)0.75,管道雷諾數(shu)Re≥5000(角接取壓)和(hé)管道雷諾數(shù)Re21260β2D(法蘭取壓)。
　　因(yin)此在選型設(shè)計時一定要(yào)配合計量站(zhàn)工藝參數仔(zǎi)細.核算和流(liu)态分析力争(zheng)達到流量測(ce)量效果。
3精度(du)要求和不确(què)定度分析
3.1流(liu)量計量精度(dù)的要求
　　國際(ji)法制計量組(zu)織(OIML)流量計量(liang)技術委員會(huì)的氣體計量(liàng)分委員會于(yú)1997年制定了“氣(qì)體燃料計量(liang)系統”國際建(jian)議。歐洲标準(zhun)化委員會起(qi)草了歐共體(ti)标準PREN1776“天然氣(qì)計量系統的(de)基本要求”[3]。它(tā)們都是爲提(tí)高和确保天(tiān)然氣計量精(jing)度而對輸配(pei)計量站的設(she)計、建設、投産(chǎn)操作和維修(xiu)等方面提出(chu)的基本技術(shù)要求。
　　國際建(jiàn)議中将計量(liàng)站分爲A、B、C三個(gè)等級,對不同(tóng)的流量規模(mo)配備的二次(ci)測量儀表要(yào)求不同。該建(jiàn)議适用!于流(liú)量等于或大(da)于100m/h運行壓力(li)不低于0.2MPa的情(qíng)況。它對熱值(zhí)測量、測溫、測(cè)壓、取樣以及(ji)包括指示、打(da)印、.存儲、轉換(huàn)和積算等系(xì)統部件或設(shè)備都作了相(xiang)應的技術規(guī)定。表1爲測量(liàng)儀表和計算(suàn)結果的最大(da)允許誤差(精(jīng)度)。
 
3.2孔闆流量(liang)計不确定度(dù)變化範圍分(fen)析标準ISO5167、GB/T2624-93、SY/T6143-1996,以及(ji)AGANo3報告估算流(liú)量測量不确(què)定度公式都(dōu)是相同的,估(gu)算的方法大(da)同小異,其不(bú)确定度值大(dà)緻相等,結論(lùn)大體-緻,如圖(tu)2所示。
 
3.2.1一次裝(zhuang)置不确定度(du)變化分析
流(liú)出系數不确(que)定度變化
　　當(dāng)直管段長度(dù)符合SY/T6143--1996的規定(ding)的數值a(表2中(zhong)不帶括号中(zhōng)的數值),圓度(dù)滿足不大于(yu)士0.3%的标準規(gui)定，當孔闆開(kai)孔軸線與上(shang)下遊測量管(guǎn)軸線之間的(de)距離爲ex:
 
　　則流(liú)出系數不确(que)定度δc/c隻随β值(zhi)的不同而不(bú)同。此時,當β≤0.6時(shi)則δc/c=±0.6%:;當β>0.60時則δc/c=±β%。
 
3.2.2天(tiān)然氣物性測(ce)量不确定度(dù)變化分析
(1)天(tian)然氣可膨脹(zhàng)性系數不确(que)定度的估算(suan)
A.天然氣可膨(péng)脹性系數的(de)不确定度
δε/ε=±4(Op/p.)%
　　它(tā)與孔闆流量(liàng)計實測差壓(ya)△p成正比，與靜(jìng)壓p1成反比。
　　目(mu)前在天然氣(qi)計量中差壓(yā)值一般在50000Pa之(zhi)内,靜壓在1~10MPa範(fàn)圍内,因此δε/ε最(zui)小爲±0.00002%,最大爲(wèi)±0.2%或更大4。
B.當上(shàng)遊或下遊直(zhi)管段長度小(xiao)于該标準中(zhōng)規定數值a(表(biao)1中不帶括号(hao)中的數值)，又(you)等于或大于(yú)數值(表1中帶(dài)括号中的數(shù)值)時，則應在(zài)流出系數不(bu)确定度.上相(xiang)加±0.5%的附加不(bú)确定度。
C.當在(zai).上遊直管段(duàn)長度範圍内(nèi)的任何台階(jiē)超過±0.3%圓度要(yao)求,但符合下(xia)列公式時應(yīng)在流出系數(shù)不确定度_上(shang)相加±0.2%的附加(jiā)不确定度。
D.當(dang)孔闆開孔軸(zhou)線與.上下遊(you)測量管軸線(xiàn)之間的距離(li)e,不滿足公式(shì)(1),但滿足(2),則應(yīng)在流出系數(shu)不确定度上(shàng)算術相加±0.3%的(de)附加不确定(dìng)度。
E.當孔闆入(ru)口直角邊緣(yuan)的尖銳度r的(de)單測值與平(píng)均值比較,最(zuì)大偏差在±20%以(yi)内時,則在流(liu)出系數不确(que)定度.上幾何(he)相加±0.2%的不确(què)定度。
(2)天然氣(qì)密度測量不(bú)确定度δρρ的估(gu)算根據目前(qián)現場常用儀(yí)表的使用範(fan)圍,所遵守的(de)标準、規程規(gui)範進行具體(ti)計算綜合考(kao)慮,在不考慮(lü)取氣樣的間(jiān)隔時間内由(you)于天然氣組(zu)分變化(或波(bō)動)所引起的(de)附加不确定(ding)度時天然氣(qi)密度測量的(de)不确定度δρ/ρ最(zuì)小爲土1.013%,最大(dà)爲±1.571%或更大。
由(you)(1)和(2)兩項組成(chéng)天然氣物性(xìng)測量不确定(dìng)度的變化爲(wèi):最小爲±1.013%,最大(da)爲±1.584%或更大。
4結(jie)束語
　　孔闆天(tiān)然氣流量測(ce)量的總不确(què)定度,實際上(shàng)就是測量系(xi)統的測量值(zhi)與真值比較(jiao),置信概率爲(wèi)95%的精度。根據(ju)目前天然氣(qi)流量測量系(xì)統經常貫用(yong)的二次儀表(biao)和測量值的(de)計算積算方(fang)法,按SY/T6143-1996标準有(yǒu)關條款規定(dìng)和所列公式(shì)進行估算,得(de)知天然氣流(liú)量測量的總(zong)不确定度δQn/Qn最(zui)小爲±0.82%,最大爲(wei)±4.52%或更大。由此(cǐ)分析,可知國(guó)際建議的A、B、C三(san)級分别定級(ji)爲1.0%、2.0%和3.0%。

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