随着國(guo)内天(tian)然氣(qi)市場需求(qiu)不斷(duan)增加(jia)，天然氣對外依(yi)存度(du)持續走高(gao)，對國内(nei)天然氣(qi)的自采量增幅(fu)提出了(le)更(geng)高的要求(qiu)。山(shan)西的非(fei)常規(gui)天然(ran)氣資(zi)源總量約占全(quan) 國的1/3，煤層(ceng)氣資(zi)源豐(feng)富，2020年全省(sheng)煤層氣開采量(liang)達到(dao)1×1010m3/a，在2025年将達(da)到2×1010m3/a。渦(wo)輪流(liu)量計(ji) 由流(liu)體推動葉(ye)輪 旋(xuan)轉(zhuan)，從(cong)而産(chan)生與流(liu)量成正(zheng)比的電(dian)脈沖信(xin)号，具有(you)精度高(gao)、重複性(xing)好(hao)、測量(liang)範圍(wei)廣等諸多(duo)優點(dian)。在天然氣計量(liang)的(de)應用中(zhong)，被測介質的黏(nian)度、密(mi)度(du)、髒污程(cheng)度、管道安(an) 裝結(jie)構、脈動(dong)流和組(zu)分等在(zai)不(bu)同的場所(suo)各(ge)不(bu)相同(tong)，綜合各種影響因素(su)後對渦輪(lun)流量計的(de)計量(liang)準确(que)度造(zao)成較(jiao)大影響。爲(wei)此，有(you)必要(yao)結合實地(di)情況采取必要(yao)的計(ji)量修(xiu)正措(cuo) 施，确(que)保渦(wo)輪流(liu)量計(ji)計量精度(du)，爲公平(ping)交(jiao)易奠(dian)定堅(jian)實的(de)基礎(chu)。
　　山西(xi)省(sheng)A分(fen)輸站（上遊(you)供氣公司(si)）自2011年(nian)開始(shi)向B分(fen)輸站（下(xia)遊用氣(qi)公司(si)）供氣以來(lai)，供氣長期受正(zheng)供銷差(cha)困(kun)擾，始(shi)終未(wei)得(de)以徹底(di)解決(jue)（A分輸 站至(zhi)B分輸(shu)站(zhan)長輸管(guan)線長度(du)約(yue)爲2km）。爲(wei)此，以(yi)A分(fen)輸站長(zhang)期貿易計量交接的渦輪流量(liang)計爲對(dui)象(xiang)進行(hang)研究。該(gai)渦輪流(liu)量計(ji)距(ju)離(li)上遊(you)非常(chang)近壓縮站(zhan)僅7km，且地 形(xing)地勢(shi)特征(zheng)高(gao)差較大(da)，在全省非(fei)常規天然氣(qi)上下遊(you)計量(liang)交接(jie)中具有代(dai)表性。綜合(he)各種影響(xiang)因素(su)的分(fen)析可(ke)知，氣(qi)體組分(fen)和(he)脈動(dong)流對(dui)計量的精(jing)度有(you)較(jiao)大(da)影響。本文通過實 際(ji)數據(ju)對比(bi)、AGA8-92DC方法和脈(mo)動流(liu)定性(xing)影響(xiang)分析(xi)對計(ji)量偏(pian)差(cha)進行研(yan)究，是山西省非(fei)常規(gui)天然(ran)氣公(gong)平貿易的(de)一項非常(chang)有意義的(de)課題。
1渦輪(lun)流量(liang)計計量和換算(suan)原理
1.1計(ji)量(liang)原理
　　流體通過(guo)渦輪(lun)流量(liang)計時(shi)，流速(su)被轉(zhuan)換(huan)爲渦輪(lun)的轉速，轉(zhuan)速再(zai)被轉換(huan)成與流(liu)量成(cheng)正比(bi)的電信号(hao)，非(fei)常(chang)後在(zai)計數(shu)器上進行(hang)顯示(shi)和(he)累(lei)計。目(mu)前，絕大(da)多數渦(wo)輪 流量計(ji)都爲(wei)一體化(hua)智(zhi)能流量計，除上述機(ji)械計量部(bu)分外(wai)，還包(bao)括1台體積(ji)計算儀(yi)，依(yi)據實測工況流(liu)量、取(qu)壓口實測壓力(li)、測溫口實測溫(wen)度及(ji)内部設定(ding)的一(yi)些(xie)固(gu)定參(can)數 進(jin)行計算，将工況(kuang)體積(ji)轉換(huan)爲可(ke)貿易(yi)交接的天然氣體積(ji)，其原理如(ru)圖1所示。

1.2換算(suan)原理(li)
1.2.1工作(zuo)條件下的體積流量(liang)計算實用(yong)公式
　　工(gong)作(zuo)條件(jian)下的體(ti)積流量(liang)計算(suan)實(shi)用(yong)公式如式(1)所示(shi)：

　　式(1)中(zhong)，qf爲工作(zuo)條(tiao)件下(xia)的體(ti)積(ji)流量，m3/s；f爲(wei)輸出(chu)工作(zuo)頻率(lü)，Hz，由頻(pin)率計(ji)采集(ji)；k爲系數，m-3，可(ke)按流(liu)量計(ji)銘(ming)牌給定(ding)值。

1.2.2标準(zhun)參(can)比條(tiao)件下(xia)的(de)體積流(liu)量換算實(shi)用公式
　　标(biao)準(zhun)參比條(tiao)件下的體積流(liu)量換(huan)算實(shi)用公(gong)式如式(shi)(2)所(suo)示：

　　式(2)中，qn爲(wei)标準(zhun)參比(bi)條件(jian)下的(de)體積(ji)流量(liang)，m3/s；pf爲工作條(tiao)件下的絕(jue)對靜(jing)壓力，MPa；pn爲标準參(can)比條件下(xia)的絕對靜(jing)壓力(li)， MPa；Tn爲标(biao)準參比(bi)條(tiao)件下(xia)的熱(re)力(li)學溫度(du)，K；Tf爲工作條件下(xia)的氣(qi)體絕對溫(wen)度，K；Zn爲标(biao)準(zhun)參比(bi)條件(jian)下的(de)氣體(ti)壓縮(suo)因子；Zf爲工(gong)作條(tiao)件下的氣(qi)體壓縮(suo) 因(yin)子。
　　工(gong)作條(tiao)件(jian)下(xia)的壓(ya)力和溫度(du)的準(zhun)确度取(qu)決于測(ce)量儀(yi)表。标(biao)準參比條件下的絕(jue)對靜壓力(li)爲101.325kPa，熱(re)力學(xue)溫度爲293.15K。輸(shu)出工作 頻率由(you)頻率計采集得(de)到。在不考慮測(ce)量儀(yi)表(biao)測量誤(wu)差的(de)基礎上，研(yan)究範圍可進一(yi)步縮小，可(ke)主要從天(tian)然(ran)氣組分(fen)對計(ji)量的(de)影響(xiang)和脈(mo)動流對計(ji)量的影響(xiang)兩方(fang)面進(jin)行(hang)研(yan)究 [1]。
2天(tian)然氣(qi)組(zu)分對計量的(de)影(ying)響(xiang)
2.1條件(jian)設定
　　非(fei)常(chang)規天(tian)然氣與(yu)天然氣(qi)相同，也是一種混合(he)物，主要成(cheng)分是(shi)烷烴，絕大多數(shu)是CH4，也含有(you)少量非烴(ting)類氣體，其組分在各(ge)采氣區各(ge)不相(xiang)同，但(dan)作爲影 響(xiang)氣體(ti)壓縮(suo)因子的因素(su)之一，目(mu)前在(zai)山(shan)西省的(de)計量(liang)交接點處(chu)很少進(jin)行在線(xian)分析(xi)，一(yi)般(ban)是在(zai)體積計(ji)算儀中(zhong)輸入(ru)默(mo)認組分(fen)比例作爲換算的依(yi)據（設計組(zu)分）。
　　氣體(ti)壓(ya)縮因子Zn在标準(zhun)參比(bi)條件(jian)下受(shou)介質組分(fen)變化(hua)影響(xiang)極小（近似(si)于1），但(dan)在高壓(ya)輸氣條(tiao)件下，工(gong)作(zuo)條件下的(de)氣體(ti)壓縮(suo)因子Zf受組分影(ying)響會(hui)發生(sheng) 較大(da)變化(hua)。山(shan)西省非常規天然氣的(de)組分(fen)與(yu)典型的(de)天然(ran)氣組分（設(she)計組分(fen)）相(xiang)比有(you)較大變化，在高(gao)壓輸送計(ji)量中(zhong)，氣體壓縮因子(zi)的變(bian)化對計量準确(que)度的影響(xiang)已超出了(le)其 本(ben)身的(de)計量精度(du)，其影(ying)響不(bu)可忽略。A分(fen)輸站(zhan)2020年9月(yue)24日11:06的運行(hang)參數如表1所(suo)示。

2.2組分(fen)數據
　　設(she)計(ji)組分選取(qu)典(dian)型天然(ran)氣組分，如表2所(suo)示。非(fei)常(chang)規天然(ran)氣實際組(zu)分以(yi)A分輸站曆(li)年實(shi)際氣質檢(jian)測報(bao)告結果爲依據(ju)，如表3所(suo)示(shi)。
2.3理論(lun)分析(xi)組(zu)分對氣(qi)體壓縮因子的影響
　　壓縮因子(zi)的求得(de)方式有(you)很多(duo)種，包括儀(yi)器、理(li)論計(ji)算方程、憑(ping)借經(jing)驗公(gong)式估算、Standing-Katz确(que)定等(deng)[2]。GB/T17747.1 —2011《天然(ran)氣(qi)壓縮因(yin)子的計算(suan)第1部(bu)分：導論和指南(nan)》推薦用AGA8-92DC和SGERG-88法。所研究(jiu)分(fen)析的介(jie)質已有曆(li)年詳(xiang)細的(de)氣(qi)質組分(fen)，同時 考慮(lü)AGA8-92DC法精(jing)度高(gao)，因(yin)此(ci)選用(yong)AGA8-92DC法并通過(guo)VisualBasic編寫(xie)程序(xu)進行計算(suan)。


　　依據(ju)表2典型天(tian)然氣(qi)組分和實(shi)際運(yun)行參數計(ji)算Zn/Zf，計(ji)算結果爲(wei)1.0864，輸入及輸(shu)出結(jie)果如(ru)圖2所(suo)示。

　　依(yi)據表(biao)3非常規天然氣實際(ji)組分(fen)和實際運(yun)行參(can)數計(ji)算Zn/Zf，計算結(jie)果如表(biao)4所(suo)示。

　　通過對(dui)比(bi)分(fen)析，采(cai)用設(she)計組分計算時(shi)氣(qi)體壓縮(suo)因子(zi)比值(zhi)爲1.0864，而(er)采用(yong)實際(ji)組分(fen)計算時(shi)爲1.0613，偏差爲2.365%。由(you)此可知，不(bu)調整設計(ji)組分會導(dao)緻(zhi)正(zheng)2.365%的供(gong)銷差。
2.4實際供銷差數據
2011—2019年實際(ji)供銷(xiao)差(cha)如(ru)表5所(suo)示。

2.5天(tian)然(ran)氣組分(fen)對計量結(jie)果的(de)影響(xiang)
　　将理(li)論計(ji)算與實(shi)際(ji)供銷(xiao)差數(shu)據進(jin)行對(dui)比，結(jie)果(guo)相(xiang)近，由(you)此可知在假設(she)條件(jian)和不考慮(lü)其他(ta)影(ying)響(xiang)因素(su)時，受非常(chang)規天(tian)然氣(qi)組(zu)分的影(ying)響，計量值(zhi)偏大(da)，正偏差(cha) 值(zhi)約爲(wei)2.28%，對下遊接(jie)氣單(dan)位不(bu)利，給下遊(you)單位(wei)的供銷差(cha)管理(li)造成不利(li)後果(guo)。
3脈動(dong)流對計量(liang)的(de)影響
　　脈(mo)動流(liu)的(de)成(cheng)因有(you)很多(duo)，如在(zai)緊鄰(lin)增壓機(ji)出口處(chu)、控制(zhi)閥(fa)頻(pin)繁操(cao)作時、管線振蕩(dang)時和(he)管(guan)線(xian)中有(you)漩渦(wo)等(deng)，有(you)時壓(ya)力和(he)溫度探測(ce)器産生(sheng)的渦街也會(hui)形成(cheng)脈動(dong)流。其(qi)特性是介(jie)質流(liu)動(dong)不穩定(ding)，但周(zhou)期性(xing)變化(hua)，流體(ti)在加(jia)速或(huo)減速過(guo)程(cheng)中會(hui)影響(xiang)葉輪旋轉(zhuan)速，但葉(ye)輪(lun)旋轉相對滞後(hou)，通俗(su)可理解(jie)爲(wei)“慣性(xing)”，由此對流(liu)量計(ji)的準确計量造成一定的影響(xiang)。
3.1流量(liang)測量
　　現階(jie)段，脈(mo)動流的直(zhi)接測量還(hai)存在(zai)很大(da)困難，但可(ke)通過誤差(cha)方程(cheng)分析(xi)、實(shi)驗室試(shi)驗和專業(ye)的脈(mo)動流(liu)量誤(wu)差檢(jian)測設備檢測分(fen)析某(mou)一(yi)特定脈(mo)動流的(de)測(ce)量誤 差。前兩種方法(fa)基于脈動流的(de)振幅(fu)和頻率的(de)可測量性，振幅(fu)和頻(pin)率的(de)測量(liang)可通過(guo)激(ji)光多普勒(le)技(ji)術、熱線(xian)風速儀法等。專(zhuan)業的(de)脈(mo)動(dong)流量(liang)誤差(cha)檢(jian)測設備已有(you)設備制造(zao)廠家 在生(sheng)産。
3.1.1誤差方(fang)程分(fen)析
　　通(tong)過對(dui)機翼(yi)理論(lun)的研(yan)究，可(ke)列出(chu)涉及慣量、夾角(jiao)、葉輪(lun)半徑、角速(su)度等參(can)數(shu)的誤(wu)差運動方程，通(tong)過編程可(ke)求得針對某一特定(ding)渦輪流量(liang)計的不同(tong)振幅和頻(pin) 率脈動(dong)流(liu)的測(ce)量誤(wu)差[3]。依(yi)據動(dong)量守恒(heng)定律，可(ke)列出包含流速(su)、切線速度(du)等參(can)數的(de)非線性微(wei)分方程(cheng)，通(tong)過計(ji)算和(he)分(fen)析可理(li)論推導測(ce)量誤差[4]。
3.1.2實驗室(shi)試驗(yan)
　　現場實(shi)測脈動(dong)流的(de)特(te)性，采用(yong)已知标準(zhun)體積(ji)壓縮空氣，在實(shi)驗室模(mo)拟脈動流，将(jiang)測量(liang)值與(yu)标準(zhun)體(ti)積(ji)進行(hang)對比，分析測量(liang)誤差(cha)。
3.1.3誤差(cha)檢測設備(bei)檢測(ce)
　　一種(zhong)燃氣脈動流誤差檢(jian)測設(she)備，可(ke)較正确(que)地(di)測得脈動(dong)誤(wu)差(cha)值，但(dan)暫未(wei)在山西省(sheng)廣泛(fan)應(ying)用。在絕(jue)大多數燃(ran)氣公(gong)司的(de)實 際運行(hang)管理過程(cheng)中，脈動流的特性參(can)數無法(fa)在(zai)日常(chang)運行(hang)監測(ce)數據(ju)中獲取(qu)，因此，主(zhu)要定(ding)性地說明(ming)脈動流(liu)對(dui)渦輪(lun)流量(liang)計計量偏(pian)差的(de)影響。
3.2測量誤差(cha)
  已有(you)很多(duo)學者針對(dui)脈動流對計量(liang)的影(ying)響進(jin)行了(le)研究(jiu)。分析(xi)結果可知(zhi)，由于(yu)葉(ye)輪(lun)受流體加速影(ying)響小(xiao)，受流(liu)體減速影(ying)響大(da)，計(ji)量(liang)始終(zhong)存在正(zheng)供(gong)銷差。此外(wai)， 正供銷差(cha)取決于脈(mo)動流的振幅和(he)頻率(lü)，整體(ti)來(lai)說(shuo)，如果脈動流頻(pin)率大(da)于葉(ye)輪角(jiao)頻率(lü)時正(zheng)供銷(xiao)差值(zhi)較大，脈動(dong)振幅(fu)增大(da)時(shi)正供銷(xiao)差值也随(sui)之增(zeng)大。
3.3脈動流對計(ji)量結果(guo)影(ying)響
A分(fen)輸站渦輪流量(liang)計距離(li)上(shang)遊非(fei)常近的壓(ya)縮站(zhan)（往複(fu)式壓縮機(ji)增壓(ya)）不(bu)到7km，且該(gai)分輸(shu)站工藝布(bu)置緊湊(cou)。據實地(di)測量(liang)，流(liu)量(liang)計上(shang)遊直(zhi)管段(duan)長度(du)約爲 6Dn（Dn爲渦(wo)輪流量計(ji)口(kou)徑(jing)，mm），下遊(you)直管段(duan)長度約(yue)爲4Dn。此(ci)外，7km管道沿(yan)線地勢高低不(bu)平，加(jia)之(zhi)煤層氣(qi)氣質(zhi)水含(han)量較(jiao)大，導(dao)緻在低窪(wa)處極易形(xing)成 積(ji)液，積(ji)液也會造(zao)成脈動流(liu)。2014年8—10月(yue)期間(jian)，下遊公司(si)發現(xian)正供(gong)銷差持續(xu)增大時，對(dui)A分輸站(zhan)和B分輸(shu)站的渦輪流量(liang)計進行了标定(ding)，但标(biao)定結果均(jun)爲合(he) 格。随(sui)後下(xia)遊公(gong)司(si)在2014年11月(yue)5—7日對A至B分(fen)輸站段管(guan)線(xian)進行了(le)清管作業(ye)，共清(qing)出污(wu)水(shui)雜(za)質約(yue)23t，清管完成(cheng)後正(zheng)供銷(xiao)差(cha)明顯減(jian)小。清管(guan)前後實際供(gong) 銷(xiao)差數據(ju)如表6所示(shi)。

　　除此(ci)之外(wai)，通過日常(chang)運行監測，供氣(qi)瞬時(shi)流量(liang)每次(ci)顯示數據(ju)都在(zai)變化，且(qie)在一定(ding)時間内在1個值上下(xia)頻繁波動(dong)（波動幅(fu)度(du)約爲(wei)±20%）。綜合(he)上述情 況(kuang)，該輸(shu)氣(qi)管道存(cun)在脈動流(liu)的可(ke)能性(xing)很大。脈動(dong)流會造成正供(gong)銷差(cha)影(ying)響(xiang)，對下(xia)遊接(jie)氣單(dan)位不(bu)利，因此有必要對脈(mo)動流(liu)的影(ying)響進行修(xiu)正。
4結(jie)語
　　目前(qian)，山西省(sheng)絕大多數分輸站未(wei)安裝(zhuang)在線(xian)色譜儀(yi)，且(qie)直接測量(liang)脈(mo)動(dong)流流(liu)量的計量表還(hai)未被廣(guang)泛(fan)應用(yong)于實際生産中。探究(jiu)表(biao)明，山西(xi)省非常(chang)規天然(ran)氣的(de)組(zu) 分(fen)和脈(mo)動流(liu)輸氣(qi)均會使渦(wo)輪流(liu)量計(ji)産生無法(fa)通過(guo)定期(qi)檢定來消(xiao)除的正向(xiang)系統(tong)誤差(cha)。因此，爲确(que)保作爲上下遊貿易(yi)交接(jie)依據(ju)的計量(liang)表(biao)測量(liang)的精度(du)，保證公(gong)平交易(yi)，可(ke)通 過(guo)誤差(cha)分析(xi)修正(zheng)、組分修(xiu)正、優化工藝等方(fang)式對(dui)現渦輪流量直(zhi)接測(ce)量結(jie)果進(jin)行修正(zheng)。
a)天(tian)然氣(qi)組分影(ying)響(xiang)的修(xiu)正建議。結合實(shi)際工(gong)況條件，合(he)理調(diao)整(zheng)渦輪流量計(ji)的壓(ya)縮因(yin)子和(he)天(tian)然(ran)氣組(zu)分；當精度(du)要求(qiu)較高時，采(cai)取安(an)裝在(zai)線分析儀(yi)的方式實時更(geng)新流(liu)量計參數(shu)。
b)脈動(dong)流(liu)影(ying)響的修正(zheng)建(jian)議。通過(guo)工藝優(you)化(hua)、改造(zao)，使流體通過流(liu)量計時(shi)基(ji)本穩(wen)定；選(xuan)定合适的(de)流量(liang)計(ji)型号；實測脈(mo)動(dong)流(liu)特性(xing)，理論計算(suan)或實驗室試(shi)驗分析(xi)測量誤差(cha)，與結(jie)算方進(jin)行誤差(cha)修正；采(cai)用誤差(cha)測量設備(bei)對測(ce)量誤差進(jin)行測(ce)量和(he)修正，并以(yi)此作爲(wei)結(jie)算依(yi)據。

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