随着(zhe)國内天然氣市(shì)場需求不斷增(zēng)加，天然氣對外(wai)依存度持續走(zou)高，對國内天然(ran)氣的自采量增(zeng)幅提出了⭐更高(gāo)的要求。山西的(de)非常規天然氣(qì)資源總量約占(zhàn)全 國的1/3，煤層氣(qì)資源豐富，2020年全(quan)省煤層氣開采(cai)量達到1×1010m3/a，在2025年将(jiāng)達到2×1010m3/a。渦輪流量(liang)計 由流體推動(dòng)葉輪 旋轉，從而(ér)産生與流量成(cheng)正比的電脈沖(chong)信号，具有精度(du)高、重複性好、測(cè)量範圍廣等諸(zhū)多🌂優點。在天然(rán)氣計量的應用(yòng)中，被測介質的(de)黏度、密度、髒污(wū)程❌度、管道安 裝(zhuang)結👉構、脈動🌂流和(hé)組分等在不同(tóng)的場所各不相(xiàng)同，綜合各種影(ying)響因素後對😘渦(wō)輪流量計的計(jì)量準确度造成(cheng)較大影響。爲此(cǐ)，有必要結合實(shi)地情況采取必(bi)要的計量修正(zheng)措 施，确保渦輪(lún)流👣量計計量精(jing)度，爲公平交易(yì)奠定堅實的🛀🏻基(jī)礎。
　　山西省A分輸(shu)站（上遊供氣公(gōng)司）自2011年開始向(xiàng)B分輸站（下遊用(yong)氣🌂公司）供氣以(yi)來，供氣長期受(shou)正供銷差困擾(rǎo)，始🙇‍♀️終未得以徹(che)底解決（A分輸 站(zhan)至B分輸站長輸(shu)管線長度約爲(wei)2km）。爲此，以A分輸站(zhàn)長期貿易計量(liang)交接的渦輪流(liu)量計爲對象進(jin)行研究🈚。該渦輪(lun)流量計距離🈲上(shang)遊非常近🧡壓縮(suō)站僅7km，且地 形地(dì)勢特征高差較(jiao)大，在全省非常(cháng)規天然氣上下(xià)遊☀️計量交接中(zhōng)具有代表性。綜(zōng)合各種影🛀🏻響因(yin)素👨‍❤️‍👨的分析可知(zhi)，氣體組分和脈(mò)動流對計量的(de)精度有較大影(yǐng)響。本文通過實(shi) 際數據對比、AGA8-92DC方(fāng)法和脈動流定(ding)性📞影響分析對(dui)計量偏差進行(hang)研究，是山西省(shěng)非常規天然氣(qì)公平貿易的一(yī)項非常有意義(yi)的課題。
1渦輪流(liú)量計計量和換(huàn)算原理
1.1計量原(yuan)理
　　流體通過渦(wō)輪流量計時，流(liu)速被轉換爲渦(wo)輪的轉速，轉速(sù)再被轉換成與(yǔ)流量成正比的(de)電信号，非常後(hou)在🏒計數器上進(jìn)行顯示和累計(jì)。目前，絕大多數(shù)渦輪 流量計都(dou)爲一體化📐智能(neng)流量計，除上述(shù)機械計量部分(fen)外，還包括1台體(ti)積計算儀，依據(jù)實測工況流量(liang)、取壓口實🔞測壓(ya)力、測溫口實測(ce)溫度及内部設(she)定的一些固定(dìng)參數 進行計算(suan)，将🤞工況體積轉(zhuǎn)換爲可貿易交(jiāo)接的天然氣體(tǐ)積，其原理如🔞圖(tú)1所示。

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

　　式(shi)(1)中，qf爲工作條件(jian)下的體積流量(liàng)，m3/s；f爲輸出工作頻(pin)率，Hz，由頻👅率計💋采(cǎi)🌈集；k爲系數，m-3，可按(an)流量計銘牌給(gěi)定值。

1.2.2标準參比(bǐ)條件下的體積(ji)流量換算實用(yong)公式
　　标準參比(bǐ)條件下的體積(ji)流量換算實用(yòng)公式如式(2)所示(shì)：

　　式(2)中，qn爲标準參(cān)比條件下的體(ti)積流量，m3/s；pf爲工作(zuò)條件下的絕對(dui)🐉靜壓力，MPa；pn爲标準(zhǔn)參比條件下的(de)絕對靜壓力， MPa；Tn爲(wei)标準參比🌈條件(jian)下的👌熱力學溫(wēn)度，K；Tf爲工作條件(jian)下的氣體絕對(dui)溫度，K；Zn爲标準參(cān)😍比條件⭐下的氣(qì)體壓縮因子；Zf爲(wei)工作條件下的(de)氣體壓縮 因子(zǐ)。
　　工作條件下的(de)壓力和溫度的(de)準确度取決于(yú)測量儀表。标準(zhun)參比條件下的(de)絕對靜壓力爲(wèi)101.325kPa，熱力學溫度爲(wèi)293.15K。輸出工作 頻率(lǜ)由頻率計采集(jí)得到。在不考慮(lü)測量儀表測量(liang)誤差的基礎上(shang)，研究範圍可進(jin)一步縮小，可主(zhu)要從天然氣組(zu)分對計量的影(yǐng)響和脈動⛷️流對(duì)計量的影響兩(liǎng)方面進行研究(jiū) [1]。
2天然氣組分對(duì)計量的影響
2.1條(tiáo)件設定
　　非常規(gui)天然氣與天然(rán)氣相同，也是一(yi)種混合物，主要(yào)成分🚶‍♀️是烷烴，絕(jue)大多數是CH4，也含(hán)有少量非烴類(lei)氣體，其組分在(zai)各采氣🌈區各不(bú)相同，但作爲影(yǐng) 響氣體壓縮因(yin)子的因素之一(yī)☔，目前在山西省(shěng)的計量交接點(dian)處很少進行在(zài)線分析，一般📐是(shì)在體積❓計算儀(yí)中輸入默認組(zǔ)分比例作爲換(huàn)算的依據（設計(ji)組分）。
　　氣體壓縮(suo)因子Zn在标準參(can)比條件下受介(jie)質組分變🏃🏻化影(yǐng)響極小（近似于(yu)1），但在高壓輸氣(qi)條件下，工作條(tiáo)㊙️件下的氣體壓(ya)👣縮因子Zf受組分(fen)影響會發生 較(jiao)大變化。山西省(sheng)非常規天然氣(qi)的組分與典型(xíng)的天然氣組分(fèn)（設計組分）相比(bi)有較大變化，在(zài)高壓輸送計量(liang)♍中，氣體壓縮因(yin)子的變化對計(jì)量準确👌度的影(ying)響已超出了其(qí) 本身🔆的計量精(jing)度，其💛影響不可(ke)忽略。A分輸站2025年(nian)12月16日🔱11:06的運行👉參(cān)數如表1所示。

2.2組(zǔ)分數據
　　設計組(zu)分選取典型天(tiān)然氣組分，如表(biǎo)2所示。非常規天(tiān)然氣實際🌂組分(fèn)以A分輸站曆年(nian)實際氣質檢測(ce)報告結果爲依(yi)據，如表3所示。
2.3理(li)論分析組分對(duì)氣體壓縮因子(zǐ)的影響
　　壓縮因(yīn)子的求得方式(shi)有很多種，包括(kuò)儀器、理論計👉算(suàn)方程、憑借💯經驗(yan)公式估算、Standing-Katz确定(dìng)等[2]。GB/T17747.1 —2011《天然氣壓縮(suo)因子的計算第(dì)1部分：導論和指(zhǐ)南》推薦用AGA8-92DC和SGERG-88法(fa)。所研究分析的(de)⛱️介質已有曆年(nian)詳細的氣質組(zǔ)🙇🏻分，同時 考慮AGA8-92DC法(fǎ)精度高，因此選(xuan)用AGA8-92DC法并通過VisualBasic編(biān)寫程序進行計(ji)算。


　　依據表2典型(xing)天然氣組分和(hé)實際運行參數(shu)計算Zn/Zf，計算結果(guo)🏃🏻‍♂️爲1.0864，輸入及輸出(chū)結果如圖2所示(shì)。

　　依據表3非常規(guī)天然氣實際組(zu)分和實際運行(háng)參數計算Zn/Zf，計算(suan)結⭐果如表4所示(shì)。

　　通過對比分析(xi)，采用設計組分(fèn)計算時氣體壓(yā)縮因🙇🏻子比值爲(wèi)1.0864，而采用實際組(zǔ)分計算時爲1.0613，偏(piān)差爲2.365%。由此可知(zhi)，不調整設👨‍❤️‍👨計組(zǔ)分會導緻正2.365%的(de)供銷差。
2.4實際供(gong)銷差數據
2011—2019年實(shí)際供銷差如表(biǎo)5所示。

2.5天然氣組(zǔ)分對計量結果(guo)的影響
　　将理論(lùn)計算與實際供(gong)銷差數據進行(hang)對比，結果相✨近(jin)，由此🤟可知在假(jia)設條件和不考(kao)慮其他影響因(yin)素時，受非常規(guī)天然氣組分的(de)影響，計量值偏(pian)大，正偏差 值約(yuē)㊙️爲2.28%，對下🈲遊接氣(qì)單位不利，給下(xia)✊遊單位的供銷(xiao)差管理造成不(bú)利後果。
3脈動流(liú)對計量的影響(xiǎng)
　　脈動流的成因(yin)有很多，如在緊(jin)鄰增壓機出口(kou)處、控制閥🐇頻繁(fan)操作時、管線振(zhèn)蕩時和管線中(zhōng)有漩渦等，有時(shí)壓力和溫度探(tàn)🌈測器産生的渦(wō)街也會形成脈(mò)動流。其💁特性是(shi)介質流動不穩(wen)定，但周期性變(biàn)化，流體在加速(su)或減速過程中(zhōng)會影響葉輪旋(xuan)轉速，但葉輪旋(xuán)轉相對滞後，通(tong)俗可理解爲“慣(guàn)性”，由此對流量(liàng)計的準确計量(liàng)㊙️造成一定的影(yǐng)♻️響。
3.1流量測量
　　現(xiàn)階段，脈動流的(de)直接測量還存(cun)在很大困難，但(dàn)可🈲通過💚誤差方(fang)程分析、實驗室(shì)試驗和專業的(de)脈動流量誤差(chà)檢測設備檢測(cè)分析某一特定(ding)脈動流的測量(liàng)誤 差。前兩種方(fang)法基于脈動流(liu)的振😘幅和頻率(lü)的🍉可測量性，振(zhen)幅和頻率的測(ce)量可通過激光(guāng)多普勒技術、熱(rè)線風速儀法等(deng)。專業的脈動流(liu)量誤差檢測設(shè)備已有設備制(zhi)造廠家 在生産(chan)。
3.1.1誤差方程分析(xi)
　　通過對機翼理(lǐ)論的研究，可列(lie)出涉及慣量、夾(jiá)角、葉輪半徑、角(jiao)速度等參數的(de)誤差運動方程(cheng)，通過編程可求(qiú)得針對某一特(tè)定渦輪流量計(jì)的不同振幅和(hé)頻 率脈動流的(de)❤️測量誤差[3]。依據(jù)動量守💚恒定律(lǜ)，可列出包含流(liú)速、切線速度等(děng)參數的非線性(xìng)微分方程☁️，通過(guò)計算和分析可(kě)理論推導測量(liàng)誤差[4]。
3.1.2實驗室試(shi)驗
　　現場實測脈(mo)動流的特性，采(cai)用已知标準體(tǐ)積壓縮空🔞氣，在(zài)♍實驗室模拟脈(mò)動流，将測量值(zhí)與标準體積進(jin)行對比，分析測(ce)量誤差。
3.1.3誤差檢(jiǎn)測設備檢測
　　一(yī)種燃氣脈動流(liu)誤差檢測設備(bei)，可較正确地測(ce)得脈動誤⭐差值(zhi)，但暫未在山西(xī)省廣泛應用。在(zai)絕大多數燃氣(qì)公司的實 際運(yùn)行管理過程中(zhong)，脈動流的特性(xìng)參數無法在日(ri)常運行監測數(shu)據中獲取，因此(cǐ)，主要定性地✌️說(shuō)明脈動流對渦(wō)輪流量計計量(liàng)偏差的影響。
3.2測(ce)量誤差
  已有很(hěn)多學者針對脈(mo)動流對計量的(de)影響進行了研(yan)究。分☂️析結果可(ke)知，由于葉輪受(shòu)流體加速影響(xiǎng)小🧡，受流體減速(sù)影響大，計量始(shǐ)終存在正供銷(xiāo)差。此外， 正供銷(xiāo)差取決🔞于脈動(dòng)流的振幅和頻(pín)率，整體來說，如(ru)果脈動流頻率(lü)大于葉輪角頻(pín)率時正供銷差(cha)值較大，脈動振(zhen)幅增大時正供(gòng)銷差值也随之(zhī)增大。
3.3脈動流對(duì)計量結果影響(xiang)
A分輸站渦輪流(liú)量計距離上遊(you)非常近的壓縮(suo)站（往☔複式壓縮(suo)機增壓）不到7km，且(qiě)該分輸站工藝(yi)布置緊湊。據實(shí)♍地測量，流量計(jì)上遊直管段長(zhang)度約爲 6Dn（Dn爲渦輪(lun)流量計口徑，mm），下(xia)遊直管段長度(dù)約爲4Dn。此外，7km管道(dào)沿線地勢高低(di)不平，加之煤層(ceng)氣氣✉️質水含量(liang)較大，導緻在低(di)窪處極易形成(chéng) 積液，積液也會(hui)造成脈動流。2014年(nián)8—10月期間，下遊公(gōng)🤟司發現正供銷(xiao)差持續增大時(shi)，對A分💃輸站和B分(fen)輸站的✂️渦輪流(liu)量計進行了标(biāo)定，但标定結⛱️果(guo)均爲合 格。随後(hou)☂️下遊公司在2014年(nián)11月5—7日📐對A至B分輸(shu)站段管線進行(háng)了清管作業，共(gòng)清出污水雜質(zhì)約23t，清管完成後(hòu)正供銷差明顯(xian)減小。清管前後(hòu)實際供 銷差數(shù)據如表6所示。

　　除(chú)此之外，通過日(rì)常運行監測，供(gòng)氣瞬時流量每(měi)次顯示數🐪據🌂都(dou)在變化，且在一(yī)定時間内在1個(ge)值上下頻繁波(bō)動（波動幅度約(yue)爲±20%）。綜合上述情(qing) 況，該輸氣管道(dao)存在🌂脈動流的(de)可能性很大。脈(mo)動流會造成正(zheng)供銷差影響，對(dui)下遊接氣單位(wèi)不❓利，因此有必(bi)要對脈動流的(de)影響進行修正(zhèng)。
4結語
　　目前，山西(xi)省絕大多數分(fen)輸站未安裝在(zài)線色譜儀，且🚶‍♀️直(zhí)接⁉️測☔量脈動流(liu)流量的計量表(biao)還未被廣泛應(ying)🐕用于實際生産(chan)中。探究表♻️明，山(shan)西省非常規天(tian)然氣的組 分和(he)脈動🏃🏻‍♂️流輸氣🌈均(jun1)會使渦輪流量(liang)計産生無法通(tong)過定期檢定來(lai)消除的正向系(xì)統誤🌈差。因此，爲(wei)确保作爲上下(xià)遊貿易交接依(yi)據的計量表測(ce)量的🌈精度，保證(zhèng)公♉平交易，可通(tōng) 過誤差分析修(xiū)正、組分修正、優(you)化工藝等方式(shì)對現渦輪流量(liang)♍直接測量結果(guǒ)進行修正。
a)天然(ran)氣組分影響的(de)修正建議。結合(hé)實際工況條件(jian)，合☁️理調整📞渦輪(lun)流量計的壓縮(suō)因子和天然氣(qi)組分；當精度要(yào)求較高時，采取(qu)安裝在線分析(xī)儀的方式實時(shi)更新流量計參(can)數。
b)脈動流影響(xiǎng)的修正建議。通(tōng)過工藝優化、改(gai)造，使流體通過(guò)⁉️流量計時基本(běn)穩定；選定合适(shì)的流量計型号(hao)；實測脈動流特(te)性，理論🌈計算或(huo)實驗室試驗分(fen)析測量誤差，與(yǔ)結算方進行誤(wu)差修正；采用誤(wù)差測量設備對(dui)測量誤差進行(hang)測量和🧡修正，并(bìng)以此作爲結🌈算(suàn)依據。

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