摘要:目前(qián)天然氣計(jì)量己制定(ding)了許多相(xiàng)關的國家(jiā)标準、行業(yè)标準和計(ji)量檢定規(guī)程等,但未(wei)形成完整(zhěng)體系與國(guo)外相比尚(shàng)有較大差(chà)距。本文着(zhe)重探讨了(le)天然氣孔(kong)闆 流量計(ji) 測量中精(jīng)度要求和(hé)不确定度(dù)分析了影(ying)響測量不(bu)确定度的(de)幾種因素(su)。
引言
　　孔闆(pǎn)流量計 在(zài)20世紀使用(yong)于天然氣(qi)流量測量(liang),經過-個世(shì)紀漫長的(de)發展過程(cheng)，它已成爲(wei)主要的天(tiān)然氣流量(liàng)計。目前我(wǒ)國天然氣(qi)計量專業(yè)性标準爲(wei)《天然氣流(liú)量的标準(zhǔn)孔闆計量(liàng)方法》(SY/T6143-1996)。
1天然(ran)氣孔闆流(liu)量計的組(zu)成
　　孔闆流(liú)量計由産(chǎn)生壓差的(de)一次裝置(zhi)--孔闆節流(liu)裝置和二(èr)次檢測儀(yi)表-差壓計(jì)、 壓力計 、溫(wēn)度計和相(xiàng)關參數儀(yi)器儀表加(jiā)信号引線(xian)等組成,如(rú)圖1所示。
 
2天(tiān)然氣孔闆(pǎn)流量計适(shi)用條件
　　孔(kong)闆流量計(ji)是以相似(sì)原理爲根(gēn)據，以實驗(yan)數據爲基(ji)礎的瞬時(shi)流量計,從(cóng)一次裝置(zhì)的幾何尺(chǐ)寸到流體(ti)流動狀态(tài)都有一定(ding)的要求。
2.1一(yī)次裝置幾(ji)何尺寸限(xiàn)制條件
SY/T6143-1996要(yào)求:
孔闆開(kāi)孔直徑d≥12.Smm;
測(cè)量管内徑(jing)必須滿足(zú)50mm≤D≤1000mm;
孔徑比必(bi)須滿足0.20≤β≤0.75;
　　一(yi)次裝置的(de)結構設計(jì)、加工、裝配(pèi)、安裝、檢驗(yan)和使用必(bi)須符合标(biao)準規定的(de)全部技術(shu)要求。
2.2氣質(zhì)和氣流狀(zhuang)态條件
　　SY/T6143-1996标(biao)準中規定(dìng),氣流必須(xu)是單相的(de)牛頓流體(tǐ),若氣體含(hán)有質量成(cheng)分不超過(guo)2%的固體或(huo)液體微粒(li)，且成均勻(yún)分散狀态(tài),也可以認(rèn)爲是單相(xiang)的牛頓流(liú)體。我國石(shí)油天然氣(qì)行業标準(zhǔn)SY/T7514《天然氣》标(biao)準所規定(dìng)的各種類(lei)别天然氣(qì)都适用。
2.3流(liú)動狀态的(de)要求
　　孔闆(pan)流量計的(de)流出系數(shù)C是在特定(ding)的實驗室(shì)參比條件(jian)下通過大(dà)量的實驗(yàn)數據推導(dao)得出的計(jì)算方法,并(bing)通過實踐(jiàn)檢驗是正(zhèng)确的。同時(shí),差壓式流(liu)量計算基(ji)本方程的(de)推導也是(shi)基于這樣(yang)的假設流(liú)動條件下(xia),偏離标準(zhun)規定的流(liú)動狀态條(tiao)件将會産(chan)生難以估(gu)計的流量(liàng)測量不确(què)定度。因此(cǐ),氣流流動(dòng)狀态應符(fu)合如下四(sì)條要求:
(1)天(tiān)然氣通過(guo)孔闆節流(liú)裝置的流(liu)動必須是(shì)亞音速的(de)、穩定的或(huo)僅随時間(jian)緩慢變化(hua)的,無脈動(dong)流存在。
(2)天(tiān)然氣流必(bi)須是單相(xiàng)的牛頓流(liu)體。
(3)天然氣(qi)流流進孔(kong)闆以前其(qí)流速必須(xū)是與管道(dao)軸線平行(háng)，,對稱充分(fèn)發展的速(sù)度分布剖(pou)面,無旋轉(zhuan)流存在。
(4)天(tiān)然氣通過(guo)孔闆節流(liu)裝置的流(liú)動必須保(bao)持孔闆下(xià)遊靜壓與(yǔ)孔闆上遊(you)靜壓之比(bǐ)不小于0.75,管(guan)道雷諾數(shù)Re≥5000(角接取壓(ya))和管道雷(léi)諾數Re21260β2D(法蘭(lan)取壓)。
　　因此(ci)在選型設(shè)計時一定(dìng)要配合計(jì)量站工藝(yi)參數仔細(xi).核算和流(liu)态分析力(li)争達到流(liu)量測量效(xiào)果。
3精度要(yao)求和不确(que)定度分析(xi)
3.1流量計量(liang)精度的要(yào)求
　　國際法(fǎ)制計量組(zǔ)織(OIML)流量計(ji)量技術委(wei)員會的氣(qi)體計量分(fèn)委員會于(yú)1997年制定了(le)“氣體燃料(liào)計量系統(tong)”國際建議(yi)。歐洲标準(zhun)化委員會(hui)起草了歐(ou)共體标準(zhun)PREN1776“天然氣計(jì)量系統的(de)基本要求(qiu)”[3]。它們都是(shi)爲提高和(hé)确保天然(rán)氣計量精(jing)度而對輸(shu)配計量站(zhan)的設計、建(jiàn)設、投産操(cāo)作和維修(xiu)等方面提(tí)出的基本(ben)技術要求(qiú)。
　　國際建議(yi)中将計量(liang)站分爲A、B、C三(san)個等級,對(duì)不同的流(liú)量規模配(pèi)備的二次(cì)測量儀表(biao)要求不同(tong)。該建議适(shi)用!于流量(liàng)等于或大(da)于100m/h運行壓(yā)力不低于(yú)0.2MPa的情況。它(tā)對熱值測(ce)量、測溫、測(ce)壓、取樣以(yǐ)及包括指(zhǐ)示、打印、.存(cun)儲、轉換和(he)積算等系(xì)統部件或(huo)設備都作(zuo)了相應的(de)技術規定(dìng)。表1爲測量(liàng)儀表和計(jì)算結果的(de)最大允許(xǔ)誤差(精度(dù))。
 
3.2孔闆流量(liàng)計不确定(dìng)度變化範(fàn)圍分析标(biao)準ISO5167、GB/T2624-93、SY/T6143-1996,以及AGANo3報(bào)告估算流(liú)量測量不(bu)确定度公(gōng)式都是相(xiang)同的,估算(suàn)的方法大(da)同小異,其(qi)不确定度(dù)值大緻相(xiàng)等,結論大(da)體-緻,如圖(tu)2所示。
 
3.2.1一次(ci)裝置不确(què)定度變化(huà)分析
流出(chū)系數不确(què)定度變化(hua)
　　當直管段(duan)長度符合(he)SY/T6143--1996的規定的(de)數值a(表2中(zhōng)不帶括号(hao)中的數值(zhí)),圓度滿足(zú)不大于士(shi)0.3%的标準規(gui)定，當孔闆(pǎn)開孔軸線(xian)與上下遊(you)測量管軸(zhóu)線之間的(de)距離爲ex:
 
　　則(zé)流出系數(shu)不确定度(dù)δc/c隻随β值的(de)不同而不(bu)同。此時,當(dāng)β≤0.6時則δc/c=±0.6%:;當β>0.60時(shi)則δc/c=±β%。
 
3.2.2天然氣(qi)物性測量(liang)不确定度(dù)變化分析(xī)
(1)天然氣可(ke)膨脹性系(xì)數不确定(dìng)度的估算(suàn)
A.天然氣可(ke)膨脹性系(xi)數的不确(que)定度
δε/ε=±4(Op/p.)%
　　它與(yǔ)孔闆流量(liang)計實測差(chà)壓△p成正比(bǐ)，與靜壓p1成(cheng)反比。
　　目前(qián)在天然氣(qi)計量中差(cha)壓值一般(ban)在50000Pa之内,靜(jing)壓在1~10MPa範圍(wéi)内,因此δε/ε最(zui)小爲±0.00002%,最大(dà)爲±0.2%或更大(da)4。
B.當上遊或(huo)下遊直管(guan)段長度小(xiao)于該标準(zhun)中規定數(shù)值a(表1中不(bu)帶括号中(zhong)的數值)，又(yòu)等于或大(da)于數值(表(biǎo)1中帶括号(hao)中的數值(zhi))時，則應在(zài)流出系數(shù)不确定度(du).上相加±0.5%的(de)附加不确(que)定度。
C.當在(zài).上遊直管(guan)段長度範(fàn)圍内的任(rèn)何台階超(chao)過±0.3%圓度要(yao)求,但符合(he)下列公式(shi)時應在流(liu)出系數不(bú)确定度_上(shàng)相加±0.2%的附(fu)加不确定(dìng)度。
D.當孔闆(pan)開孔軸線(xian)與.上下遊(yóu)測量管軸(zhou)線之間的(de)距離e,不滿(man)足公式(1),但(dàn)滿足(2),則應(ying)在流出系(xì)數不确定(ding)度上算術(shu)相加±0.3%的附(fu)加不确定(dìng)度。
E.當孔闆(pan)入口直角(jiǎo)邊緣的尖(jian)銳度r的單(dan)測值與平(ping)均值比較(jiao),最大偏差(chà)在±20%以内時(shi),則在流出(chū)系數不确(què)定度.上幾(jǐ)何相加±0.2%的(de)不确定度(dù)。
(2)天然氣密(mì)度測量不(bu)确定度δρρ的(de)估算根據(ju)目前現場(chang)常用儀表(biǎo)的使用範(fàn)圍,所遵守(shou)的标準、規(gui)程規範進(jìn)行具體計(ji)算綜合考(kǎo)慮,在不考(kao)慮取氣樣(yàng)的間隔時(shí)間内由于(yú)天然氣組(zǔ)分變化(或(huo)波動)所引(yin)起的附加(jia)不确定度(du)時天然氣(qi)密度測量(liang)的不确定(ding)度δρ/ρ最小爲(wei)土1.013%,最大爲(wei)±1.571%或更大。
由(you)(1)和(2)兩項組(zu)成天然氣(qì)物性測量(liàng)不确定度(du)的變化爲(wei):最小爲±1.013%,最(zuì)大爲±1.584%或更(geng)大。
4結束語(yu)
　　孔闆天然(rán)氣流量測(ce)量的總不(bú)确定度,實(shi)際上就是(shì)測量系統(tong)的測量值(zhi)與真值比(bǐ)較,置信概(gai)率爲95%的精(jīng)度。根據目(mu)前天然氣(qi)流量測量(liang)系統經常(chang)貫用的二(èr)次儀表和(hé)測量值的(de)計算積算(suàn)方法,按SY/T6143-1996标(biāo)準有關條(tiáo)款規定和(he)所列公式(shi)進行估算(suàn),得知天然(rán)氣流量測(ce)量的總不(bú)确定度δQn/Qn最(zuì)小爲±0.82%,最大(da)爲±4.52%或更大(da)。由此分析(xi),可知國際(jì)建議的A、B、C三(sān)級分别定(ding)級爲1.0%、2.0%和3.0%。

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