摘要(yao)：伴随(sui)着(zhe)工業技(ji)術的(de)不(bu)斷發展(zhan)，濕氣流量(liang)的測量日(ri)益(yi)增多，濕(shi)氣流量計(ji)的校(xiao)準工(gong)作(zuo)日益迫(po)切，亟待(dai)解(jie)決。本(ben)文介(jie)紹(shao)了在濕(shi)氣流(liu)量(liang)計(ji)量領(ling)域中廣(guang)泛應用(yong)的差(cha)壓式(shi)濕氣(qi)兩相(xiang)流流量計(ji) 的原理，并(bing)自動(dong)化工(gong)程學(xue)院的(de)中壓(ya)閉(bi)環濕氣(qi)标定(ding)裝置(zhi)中對(dui)其進(jin)行(hang)了(le)校準，對該(gai)流量計的(de)氣相和液(ye)相的(de)不确(que)定度(du)進行(hang)了評定，爲(wei)今後(hou)開展(zhan)相關流量(liang)計的校準(zhun)工作提供(gong)了參考和(he)數據支(zhi)持。
0引言(yan)
　　近年來，伴随着(zhe)工業技術的不(bu)斷發展，濕(shi)氣流(liu)量的(de)測量(liang)日益(yi)增多(duo)地(di)出(chu)現在(zai)許多工業(ye)領域中，如：天然氣、石(shi)油開采過(guo)程中産生(sheng)的天(tian)然氣(qi)和水(shui)混(hun)合(he)的濕氣；沸點較低的(de)液體輸送(song)中産(chan)生的(de)濕(shi)氣；核電(dian)廠、熱電廠(chang)中氣化單元産生的(de)濕氣等。所(suo)謂濕(shi)氣，是(shi)指在(zai)總流(liu)體混合物中，氣(qi)體體積在95%以上(shang)的氣液(ye)兩(liang)相流。液體(ti)是存(cun)在于(yu)濕氣(qi)中的一種介質，或(huo)者是多(duo)種介質，其(qi)以遊離狀(zhuang)态存(cun)在。例(li)如，水以(yi)及液态(tai)的其(qi)它化(hua)合物(wu)等。它(ta)是(shi)普(pu)遍存(cun)在于(yu)工業應用(yong)中以及自然界中的(de)流動現象(xiang)[1,2]。尤其在(zai)氣(qi)田開(kai)采過程中，天然(ran)氣總(zong)是(shi)伴(ban)随着(zhe)液态(tai)烴、水蒸氣(qi)等一起産(chan)出，濕氣計(ji)量(liang)的(de)精度(du)與開采方(fang)的經濟效(xiao)益(yi)和對氣(qi)井的(de)産(chan)出(chu)能力(li)的了解程度息(xi)息相(xiang)關。因(yin)此，越來越多的公司(si)和研究(jiu)機構開(kai)始重(zhong)視(shi)濕氣的(de)計量(liang)精(jing)度(du)。
1差壓式濕(shi)氣兩(liang)相流(liu)流量(liang)計
　　基于差(cha)壓原(yuan)理的濕氣(qi)流量(liang)測量最早(zao)始于20世(shi)紀中期(qi)，在20世(shi)紀90年(nian)代初(chu)，伴随(sui)着歐洲的(de)北海區(qu)域(yu)油氣(qi)田的(de)開發，大型(xing)天然氣跨(kua)國公(gong)司資(zi)助相(xiang)關國(guo)家的實(shi)驗室開(kai)展針(zhen)對(dui)油氣田(tian)中濕(shi)氣計(ji)量技(ji)術的研究(jiu)[3]。其中(zhong)，在濕氣流(liu)量的(de)計量(liang)領(ling)域取得(de)重大(da)突破(po)，其研究的(de)相關設備(bei)在濕氣流(liu)量的(de)計量(liang)過程中具(ju)有精(jing)度(du)高(gao)、穩定性好(hao)等特點。從(cong)而系統(tong)地(di)開展(zhan)了對(dui)如噴嘴、 孔(kong)闆流(liu)量計 和錐形流(liu)量(liang)計爲代(dai)表的(de)典(dian)型(xing)差壓原理(li)流量計的(de)濕氣計量特性研究，爲(wei)進一步(bu)研究濕氣中包(bao)含的氣體和液(ye)體體積(ji)奠(dian)定了(le)基礎(chu)。
　　以差壓式(shi)的節流裝(zhuang)置爲(wei)測量流量的基(ji)本單元(yuan)的(de)差壓式濕(shi)氣流量計(ji)，廣泛(fan)應(ying)用(yong)于濕(shi)氣的計量，可實(shi)現氣相(xiang)、液(ye)相流(liu)體的(de)計(ji)量。氣相(xiang)部分(fen)的測(ce)量是(shi)基于(yu)差壓原理(li)的節流(liu)裝(zhuang)置，以其簡單(dan)的結構(gou)、較高(gao)的可(ke)靠性(xing)、低廉(lian)的(de)成本、便(bian)捷的維護(hu)且具有較高的(de)精度(du)等優勢，被(bei)廣泛(fan)應用(yong)于(yu)兩相流(liu)的工作環境中，并能滿足(zu)其他(ta)較多測量(liang)環境的需(xu)要(yao)，工作狀(zhuang)态穩定且(qie)可靠(kao)。液相(xiang)部(bu)分采用(yong)射線、微波(bo)、電容、差壓(ya)、電導等方(fang)法，實現體積含(han)液率(lü)的(de)測量，同(tong)時結合液(ye)體密度和氣體組分(fen)等參數(shu)，可以實(shi)現氣相流(liu)量的(de)測量(liang)，以及(ji)氣液兩相(xiang)流量的計(ji)量。

　　流量計(ji)常(chang)見(jian)的兩(liang)種工作原理示(shi)意圖(tu)如(ru)圖1和圖(tu)2所示(shi)。
　　其(qi)中，體積含氣(qi)率(lü)和體積(ji)含液率是(shi)兩個(ge)濕氣(qi)計(ji)量(liang)中的(de)兩個(ge)重(zhong)要參數(shu)。體積含液率（LVF）：工(gong)況條件下(xia)，液體體積流量與總(zong)體積流量之比(bi)；體積(ji)含氣率（GVF）：工(gong)況條件下，氣體體積流量與總(zong)體積流量(liang)之比。

2差壓式濕(shi)氣兩(liang)相流流量(liang)計的(de)校準
2.1實驗(yan)裝置(zhi)
　　該裝置基(ji)于标(biao)準表(biao)法，由介質(zhi)源、混(hun)合器、計量(liang)管道(dao)、水平環管(guan)實驗(yan)管段、垂直井筒(tong)實驗管段(duan)、分離(li)裝置(zhi)和計算機控制系統(tong)等部分組(zu)成。差(cha)壓式(shi)濕(shi)氣兩相(xiang)流實(shi)驗(yan)是在水平環(huan)管(guan)實驗管(guan)段上(shang)進行(hang)的，實驗系(xi)統如圖3所(suo)示。該(gai)裝(zhuang)置的測(ce)量範圍爲：水，（0～16）m3/h；氣(qi),(0~1000)m3/h;測量(liang)不确定度爲:水(shui)介質0.22%(k=2);空氣(qi)介質0.36%(k=2)。

　　實驗(yan)中所使用的兩(liang)相介(jie)質分别(bie)爲水和(he)壓縮空氣(qi)。水是(shi)由一台離心泵(beng)輸入(ru)至(zhi)穩(wen)壓水(shui)塔中，采用(yong)水塔(ta)的自(zi)行溢流的(de)方式爲實(shi)驗系統提(ti)供穩定的(de)液相工(gong)作壓力(li)；空氣(qi)由兩台空(kong)氣壓縮機(ji)産生(sheng)，經冷幹(gan)機脫水(shui)降溫後，輸(shu)入至(zhi)兩個儲(chu)氣罐中(zhong)，儲氣(qi)罐的容積均爲(wei)6m3。在計(ji)量管(guan)段和儲(chu)氣罐之間配備(bei)有(you)穩壓(ya)閥，以(yi)保證(zheng)實驗(yan)期間氣流的工(gong)作壓(ya)力相(xiang)對穩(wen)定。水(shui)和空氣經(jing)引射器(qi)混(hun)合後(hou)，通入(ru)實(shi)驗(yan)管段(duan)。實驗過程(cheng)中，濕氣經氣液分離(li)罐分(fen)離(li)，空氣經(jing)放氣(qi)閥門排放(fang)，水則繼(ji)續流入(ru)儲水(shui)罐實(shi)現循(xun)環使(shi)用(yong)。整(zheng)個實驗過程中的數(shu)據采(cai)集(ji)和(he)控制(zhi)在工(gong)控(kong)機中完(wan)成。
2.2 校(xiao)準(zhun)實(shi)驗及其不(bu)确定度評(ping)定
　　 被(bei)校準(zhun)流量計選(xuan)用的差壓(ya)式濕氣流(liu)量計(ji)，型号(hao)爲(wei)DN80(A)-0.55，流量範(fan)圍（0～200）；m3/h，其原理(li)圖如(ru)圖4所示。

　　選取0.5qmax、GVF爲97.5%流(liu)量測試點(dian)作爲(wei)不确(que)定(ding)度(du)評定(ding)的案例進行分析，在(zai)該點(dian)下将(jiang)濕氣流量計測(ce)量3次(ci)，其校準結(jie)果見表1。

2.2.1氣(qi)相不(bu)确定(ding)度評定
　　濕(shi)氣流量計的氣相瞬(shun)時流(liu)量相(xiang)對誤(wu)差可(ke)由下式計算(suan)：

相對不(bu)确定度公(gong)式如(ru)下：

1）由(you)重(zhong)複(fu)多次(ci)測量(liang)引(yin)入的A類(lei)不确(que)定度(du)分量(liang)由重(zhong)複多次測(ce)量引(yin)入(ru)的(de)不确(que)定度爲：

2）由(you)标準(zhun)表處壓力測量(liang)Ps所引入的(de)B類不(bu)确定(ding)度分量
　　标(biao)準表(biao)處(chu)壓(ya)力由(you)絕壓變送(song)器測(ce)量，該絕(jue)壓(ya)變送器測量(liang)範(fan)圍爲(wei)(0~2)MPa，對應(ying)的輸出電(dian)流範(fan)圍(wei)是(4~20)mA。該流(liu)量點的(de)壓力爲(wei)1.3MPa，對應(ying)輸出電流(liu)值爲14.4mA。絕壓(ya)變送器的校(xiao)準(zhun)證書(shu)中，其擴展不确(que)定度爲U(Ps)=0.004(mA)（k=2），則(ze)


3）由标(biao)準裝(zhuang)置引入的B類不确定(ding)度分(fen)量
　　标準裝(zhuang)置的(de)氣相(xiang)流(liu)量(liang)測量(liang)相對擴展(zhan)不确(que)定度爲(wei)Urel(qs)=0.36%(k=2)，則

4）壓縮(suo)因子(zi)Z的不确定度
　　壓(ya)縮因(yin)子的(de)允許誤差(cha)是0.01%，按(an)矩形(xing)分(fen)布計算(suan)，則标(biao)準(zhun)表(biao)處空(kong)氣壓(ya)縮因子和(he)标準狀态(tai)下空(kong)氣壓(ya)縮(suo)因子的(de)不确(que)定度(du)爲：

5）标(biao)準表處溫度測(ce)量所(suo)引入(ru)的B類不确(que)定(ding)度分量(liang)
　　标準表處(chu)溫度(du)由 一(yi)體化溫度(du)變送(song)器 測量。由(you)該一體化(hua)溫度(du)變送器(qi)的(de)校準證書(shu)可(ke)得，其擴(kuo)展不确(que)定(ding)度爲(wei)：U(Ts)=0.1(℃)(k=2)，則

　　綜上所述，在(zai)GVF爲97.5%、0.5qmax的流(liu)量(liang)點下，該濕(shi)氣流(liu)量計(ji)的氣相(xiang)誤(wu)差爲(wei)-2.93%，測量(liang)結果擴展(zhan)不确(que)定度(du)爲：Up(g)=0.38%（k=2）。
2.2.2液(ye)相流量的測量(liang)不确定(ding)度(du)評定(ding)
　　濕氣(qi)流(liu)量(liang)計的(de)液相瞬(shun)時(shi)流量(liang)測量(liang)，其(qi)相對誤(wu)差由下式計算(suan)：

相對不确(que)定度(du)公式爲(wei)：

1）重(zhong)複多(duo)次測(ce)量(liang)所引入(ru)的A類不确(que)定度(du)分量由重複多(duo)次測量(liang)引(yin)入的(de)不确定度(du)爲：

2）标(biao)準裝置(zhi)所引入(ru)的B類不(bu)确定度(du)分量(liang)
　　查濕(shi)氣兩(liang)相流量(liang)标準裝(zhuang)置的(de)校(xiao)準證書(shu)可知，液(ye)相(xiang)測量(liang)相對擴(kuo)展(zhan)不确定度爲(wei)Urel(qs)=0.22%（k=2），則(ze)

　　因此(ci)，在GVF爲97.5%，0.5qmax流量(liang)點下，該濕(shi)氣流量計(ji)液相誤(wu)差(cha)爲1.47%，液(ye)相測量結果擴(kuo)展不确(que)定(ding)度爲Up(l)=0.454%（k=2）。


3總結(jie)
　　本文介紹(shao)了廣泛應(ying)用于濕氣流量計量(liang)領域(yu)的差壓式(shi)濕氣(qi)兩相流流(liu)量計(ji)的(de)原理，并(bing)在電(dian)氣與自動(dong)化工(gong)程學(xue)院的(de)中壓(ya)閉(bi)環濕氣(qi)标定(ding)裝置(zhi)中對(dui)其校(xiao)準(zhun)，對該流(liu)量計的氣相和(he)液相(xiang)的不确定(ding)度進行(hang)了評定。伴随(sui)着工業技(ji)術的不斷(duan)發展(zhan)及其對能(neng)源日(ri)益增(zeng)加的需求，濕氣(qi)流量的測(ce)量将(jiang)會越來越多地出現在諸(zhu)多的工業(ye)領域(yu)中。濕(shi)氣流量的(de)計量踐行(hang)了國(guo)家質(zhi)檢總局“計(ji)量支撐(cheng)産(chan)業發(fa)展”的理(li)念，爲今(jin)後開展相(xiang)關差(cha)壓式濕氣(qi)流量(liang)計的(de)校(xiao)準(zhun)工作提供(gong)了參考和(he)數據支持(chi)，并爲(wei)支撐(cheng)國(guo)家(jia)以及(ji)區域(yu)經濟(ji)發展(zhan)轉型貢獻一份(fen)力量。

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