随着國内(nei)天然氣市場需求(qiú)不斷增加，天然氣(qi)對外依存度持續(xu)走高，對國内天然(ran)氣的自采量增幅(fú)提出了更高的要(yao)求。山西的非常規(guī)天然氣資源總量(liang)約占全🤩 國的1/3，煤層(céng)氣資源豐富，2020年全(quán)省煤層氣開采☁️量(liang)達到1×1010m3/a，在2025年将達到(dao)💘2×1010m3/a。渦輪流量計 由流(liú)體推動葉輪 旋轉(zhuǎn)，從而産生與流量(liàng)成正比的電脈沖(chòng)信号，具有精度高(gao)、重複性好、測量範(fan)圍廣等諸多優點(diǎn)⛷️。在天然氣計量☂️的(de)應用中，被測介質(zhi)的黏度、密度🔴、髒污(wu)程㊙️度、管道安 裝結(jie)構、脈動流和組分(fen)等在不同的場所(suǒ)各不相同，綜合各(ge)種影響因素後對(dui)渦輪流量計的計(ji)量準确🔅度造成較(jiào)大影響。爲此，有必(bi)要結合實地情況(kuàng)采取必要的計量(liàng)修正措🏒 施，确☁️保渦(wo)輪流量計計💁量精(jīng)度，爲公平交🙇🏻易奠(diàn)定堅實的基☔礎。
　　山(shān)西省A分輸站（上遊(yóu)供氣公司）自2011年開(kai)始向B分輸站（下遊(you)用氣公司）供氣以(yǐ)來，供氣長期受正(zhèng)供銷差困擾，始終(zhong)未得以徹底解決(jue)（A分輸 站至B分輸站(zhàn)長輸管線長度🚶約(yuē)爲2km）。爲✨此，以A分輸站(zhan)長期貿易計量交(jiāo)接的渦輪流量😘計(ji)爲對象進行研究(jiū)。該渦輪流量計距(jù)離上遊非常近壓(ya)縮站僅7km，且地 形地(dì)勢特征高差較大(dà)🆚，在全省非常規天(tian)然氣上下遊計量(liang)交接中具有代表(biǎo)性。綜合各種影響(xiang)因素的分析可知(zhī)，氣體組分和脈動(dòng)流對計量的精度(du)有較大影響。本文(wen)通過實 際⛷️數據對(duì)比、AGA8-92DC方法和脈動🏃流(liu)定性影響分析對(dui)計量偏📞差進行研(yán)究，是山西省非常(cháng)規天然氣公平貿(mao)易的❄️一項非常有(yǒu)意義的課題。
1渦輪(lún)流量計計量和換(huan)算原理
1.1計量原理(li)
　　流體通過渦輪流(liu)量計時，流速被轉(zhuan)換爲渦輪的轉速(sù)，轉速🌈再被轉換成(cheng)與流量成正比的(de)電信号，非常後在(zai)計數⁉️器上✏️進行顯(xiǎn)示和累計。目前，絕(jué)大多數渦輪 流量(liang)計都爲🌈一體化智(zhi)能流量計，除上述(shù)機械計量部分外(wài)🍉，還包括1台體積計(ji)算儀，依據實測工(gōng)況流量、取壓口實(shí)❤️測壓力、測溫口實(shi)測溫度及内部設(shè)定👄的一些固定參(cān)✨數 進行計算，将工(gong)況體積轉換爲可(ke)💜貿易交接的天然(ran)⛹🏻‍♀️氣體積，其原理如(rú)🏃🏻圖1所示。

1.2換算原理
1.2.1工作條(tiáo)件下的體積流量(liàng)計算實用公式
　　工(gōng)作條件下的體積(jī)流量計算實用公(gōng)式如式(1)所示：

　　式(1)中(zhong)，qf爲工作條件下的(de)體積流量，m3/s；f爲輸出(chū)工作頻率，Hz，由頻🐅率(lü)計采集；k爲系數，m-3，可(ke)按流量計銘牌給(gěi)定值。

1.2.2标準參比條(tiao)件下的體積流量(liàng)換算實用公式
　　标(biao)準參比條件下的(de)體積流量換算實(shí)用公式如式☂️(2)所示(shì)：

　　式(2)中，qn爲标準參比(bǐ)條件下的體積流(liu)量，m3/s；pf爲工作條件🥵下(xià)的絕☁️對靜壓力，MPa；pn爲(wèi)标準參比條件下(xià)的絕對靜壓力， MPa；Tn爲(wèi)标準參比條件下(xia)的熱力學溫度，K；Tf爲(wei)工作條件下的氣(qì)體絕對🧑🏾‍🤝‍🧑🏼溫度，K；Zn爲标(biāo)準參💚比條件下的(de)氣體壓縮因子；Zf爲(wèi)☎️工作條件下的氣(qì)體壓縮 因子。
　　工作(zuò)條件下的壓力和(he)溫度的準确度取(qǔ)決于測量儀表💞。标(biao)準參⛹🏻‍♀️比條件下的(de)絕對靜壓力爲101.325kPa，熱(rè)力學溫度爲293.15K。輸出(chu)工作 頻率由頻率(lü)計采集得到。在不(bu)考慮測量儀🈲表測(cè)量♻️誤差的基礎上(shang)，研究範圍可進一(yi)步⚽縮小，可主要從(cóng)天然氣組分對🌍計(ji)量的影響和脈動(dòng)流對計量的影響(xiang)兩方面進行研究(jiū) [1]。
2天然氣組分對計(ji)量的影響
2.1條件設(she)定
　　非常規天然氣(qi)與天然氣相同，也(ye)是一種混合物，主(zhu)要❗成分是🛀🏻烷🤞烴，絕(jué)大多數是CH4，也含有(yǒu)少量非烴類氣⛱️體(tǐ)，其組分在各采氣(qi)區各不相同，但作(zuo)爲影 響氣體壓縮(suō)因子的因素之一(yī)，目前在山西省的(de)計量交接點處很(hěn)少進行在線分析(xī)，一般是在體積計(ji)算儀中輸入默認(rèn)組分比例作爲換(huan)算的依據👨‍❤️‍👨（設計組(zǔ)分）。
　　氣體壓縮因子(zǐ)Zn在标準參比條件(jian)下受介質組分變(biàn)化影響極🔞小♉（近似(sì)于1），但在高壓輸氣(qì)條件下，工作條件(jian)下的氣體壓縮因(yīn)子Zf受㊙️組分影響會(hui)發生 較大變🐆化。山(shan)西省非常規天然(rán)氣的組分與典型(xíng)的天然氣組分（設(shè)計組分）相比✏️有較(jiao)大變🔞化，在高壓輸(shū)送計量中，氣體壓(yā)縮因子的變化對(dui)計量準确度的影(ying)響已超出了其 本(ben)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼身的計量精度，其(qi)影響不可忽略。A分(fen)輸站2025年12月15日11:06的運(yùn)行參數如表1所示(shì)。

2.2組分數據
　　設計組(zu)分選取典型天然(ran)氣組分，如表2所示(shi)。非常規天♋然氣實(shí)際組分以A分輸站(zhan)曆年實際氣質檢(jian)測報告結果爲依(yī)據，如表3所示。
2.3理論(lùn)分析組分對氣體(ti)壓縮因子的影響(xiang)
　　壓縮因子的求得(de)方式有很多種，包(bāo)括儀器、理論計算(suan)方程、憑借經驗公(gong)式估算、Standing-Katz确定等[2]。GB/T17747.1 —2011《天(tiān)然氣壓縮因子的(de)計算第1部分：導論(lùn)和🏒指南》推薦用AGA8-92DC和(he)SGERG-88法。所研究分析的(de)介質已🈚有曆年詳(xiáng)細的氣質組😍分，同(tong)時 考慮AGA8-92DC法精度高(gāo)，因此選用AGA8-92DC法并通(tōng)過VisualBasic編寫程序進行(háng)計算✏️。


　　依據表2典型(xing)天然氣組分和實(shí)際運行參數計算(suan)Zn/Zf，計算結果🔆爲🔞1.0864，輸入(rù)及輸出結果如圖(tú)2所示。

　　依據表3非常(chang)規天然氣實際組(zu)分和實際運行參(cān)數計🈲算Zn/Zf，計算結♻️果(guo)如表4所示。

　　通過對(dui)比分析，采用設計(jì)組分計算時氣體(ti)壓縮因子比值爲(wèi)1.0864，而采用實際組分(fen)計算時爲1.0613，偏差爲(wèi)2.365%。由此❗可知，不調整(zhěng)設計組分會導緻(zhì)正2.365%的供銷差。
2.4實際(ji)供銷差數據
2011—2019年實(shí)際供銷差如表5所(suǒ)示。

2.5天然氣組分對(duì)計量結果的影響(xiang)
　　将理論計算與實(shi)際供銷差數據進(jin)行對比，結果相近(jin)，由此可👈知在假設(shè)條件和不考慮其(qí)他影響因素時，受(shòu)💘非常規天然氣組(zu)分的影響，計量值(zhi)偏大，正偏差 值約(yue)爲2.28%，對下遊接氣🐕單(dan)位不利，給下👄遊單(dan)位的供♈銷差管理(li)💚造成不利後果。
3脈(mo)動流對計量的影(yǐng)響
　　脈動流的成因(yin)有很多，如在緊鄰(lín)增壓機出口處、控(kong)制閥⚽頻繁操作時(shi)、管線振蕩時和管(guan)線中有漩渦等☔，有(you)時壓力和溫度探(tàn)✂️測器産生的渦街(jiē)也會形成脈動流(liú)。其特性是介質流(liu)動不穩定，但周期(qi)性變化，流體在加(jiā)速或減速過程中(zhong)會影響葉輪旋轉(zhuan)速，但葉🈲輪旋轉相(xiang)對滞後，通俗可理(li)解爲“慣性”，由此對(dui)流量📐計的準确計(jì)量造成一定的影(ying)響。
3.1流量測量
　　現階(jie)段，脈動流的直接(jiē)測量還存在很大(da)困難，但可🐪通過誤(wù)差方程分析、實驗(yàn)室試驗和專業的(de)脈動流量誤差檢(jiǎn)測設備檢📞測分析(xī)某一特定脈動流(liu)的測量誤 差。前兩(liang)種方法基于脈動(dong)流的振幅和頻率(lü)的可測量性，振幅(fú)和頻率的測量可(ke)通過激光多普勒(lè)❗技術、熱線風速儀(yi)法等。專業的脈動(dòng)流量誤差檢測💘設(shè)備已有設備制造(zào)廠家 在生産。
3.1.1誤差(chà)方程分析
　　通過對(duì)機翼理論的研究(jiu)，可列出涉及慣量(liàng)、夾角、葉輪半徑、角(jiǎo)速度等參數的誤(wù)差運動方程，通過(guò)編程可求得針對(dui)某一特定渦輪流(liu)量計的不同振幅(fú)和頻 率脈動流的(de)測量誤差[3]。依據💚動(dòng)量守恒定律，可列(liè)📞出包含流🏒速、切線(xian)速度等參數☂️的非(fēi)線性微分方程，通(tong)過計算和分析可(ke)理論推導測量誤(wù)🎯差[4]。
3.1.2實驗室試驗
　　現(xian)場實測脈動流的(de)特性，采用已知标(biāo)準體積壓縮空氣(qì)，在實驗室模拟脈(mo)動流，将測量值與(yu)标準體積進行對(duì)比，分析♍測量誤差(cha)。
3.1.3誤差檢測設備檢(jiǎn)測
　　一種燃氣脈動(dong)流誤差檢測設備(bei)，可較正确地測得(dé)🏃‍♂️脈動誤差值，但暫(zan)未在山西省廣泛(fàn)應用。在絕大多數(shù)燃氣公司的實 際(jì)運行☎️管理過程中(zhong)，脈動流的特性參(can)數無法在日常運(yùn)行監測數據中獲(huo)取，因此，主要定性(xing)地說明脈動💯流對(dui)渦輪流量計計量(liàng)偏差的影響。
3.2測量(liàng)誤差
  已有很多學(xue)者針對脈動流對(duì)計量的影響進行(hang)了研🙇‍♀️究。分析結果(guǒ)可知，由于葉輪受(shou)流體加速影響小(xiǎo)，受流🏃‍♂️體減速影響(xiǎng)大，計量始終存在(zai)正供銷差。此外， 正(zheng)供銷差取決于脈(mò)動流的振幅和頻(pin)率，整體來說，如果(guo)脈動流頻率大于(yu)葉輪角頻率時正(zheng)供銷差值✏️較大，脈(mo)動振幅增大時正(zhèng)供銷差值也随之(zhi)增大。
3.3脈動流對計(jì)量結果影響
A分輸(shū)站渦輪流量計距(jù)離上遊非常近的(de)壓縮站（往複式壓(ya)縮機增壓）不到7km，且(qiě)該分輸站工藝布(bù)置緊湊。據實地測(cè)量，流👨‍❤️‍👨量計😘上遊直(zhí)管段長度約爲 6Dn（Dn爲(wèi)渦輪🔞流量計口徑(jing)，mm），下遊直管段長度(du)約爲4Dn。此♋外，7km管道沿(yan)線地勢高低🛀不平(ping)，加之煤層氣氣質(zhi)水含量較大，導緻(zhi)在低窪處極易形(xíng)成 積液，積液也會(hui)造成脈動流。2014年💯8—10月(yue)期間，下遊公司發(fa)現正供銷差持續(xu)增大時，對A分輸站(zhan)和B分👅輸站的渦輪(lún)流量計進行了标(biāo)定，但标定🈲結果均(jun1)爲合 格。随後下遊(yóu)公司在2014年11月5—7日對(duì)A至B分輸站段管線(xiàn)進行了清管作業(ye)，共清出污水雜質(zhi)約23t，清管完成後正(zheng)供銷差明顯減小(xiǎo)。清管前後實際供(gòng) 銷差數據如表6所(suǒ)示。

　　除此之外，通過(guo)日常運行監測，供(gong)氣瞬時流量每次(ci)顯示數據都在變(biàn)化，且在一定時間(jiān)内在1個值上下頻(pín)繁波動（波動幅度(dù)約爲✊±20%）。綜合上述情(qíng) 況，該輸氣管道存(cun)在🌐脈動流的可能(néng)性很大。脈動流會(hui)造成正供銷差影(yǐng)響，對下遊接氣單(dan)位不利，因此有必(bì)要對脈動流的影(yǐng)響🥰進行修正。
4結語(yǔ)
　　目前，山西省絕大(dà)多數分輸站未安(an)裝在線色譜儀，且(qie)直接測量脈動流(liu)流量的計量表還(hái)未被廣泛應🚩用于(yu)實際生産中。探究(jiū)表明，山西省非常(chang)規天然氣🈲的組 分(fèn)和脈動流輸氣均(jun)會使渦輪流量計(jì)産生無法通過定(dìng)🐅期檢定來消除的(de)正向系統誤差。因(yīn)此，爲确保作爲上(shang)下遊貿易交接依(yī)據的計量表測量(liàng)的精度，保證公平(ping)📐交易，可通 過誤差(cha)分析修正、組👌分修(xiū)正、優化工藝等方(fāng)♉式對現渦輪流量(liang)直接測量結果進(jin)行修正。
a)天然氣組(zǔ)分影響的修正建(jiàn)議。結合實際工況(kuàng)條件，合理調整渦(wō)輪流量計的壓縮(suō)因子和天然氣組(zu)分；當精度要求較(jiao)高時🔞，采取🌂安裝在(zài)線分析儀的方式(shi)實時更新流量計(jì)參數。
b)脈動流影響(xiǎng)的修正建議。通過(guo)工藝優化、改造，使(shi)流體通過流量計(ji)時基本穩定；選定(ding)合适的流量計型(xíng)号；實測脈動流特(te)性，理論計算或實(shí)驗室試驗分析☁️測(ce)量誤差，與結算方(fang)進行誤差修正；采(cǎi)用誤差測量設備(bei)對測量誤差進行(hang)測量和修正，并以(yi)此作爲結算依據(jù)。

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