摘要：綜合(he)渦輪流量計的(de)計量原理、山西(xi)省非常規天然(rán)氣井口氣的氣(qi)質和流動🔞特性(xìng)🐅，分析了流體組(zu)分和脈動流對(duì)渦輪流量計計(ji)量🧑🏾‍🤝‍🧑🏼精度的影響(xiang)。結果表明，實際(ji)組分和流動特(te)性均會使渦輪(lún)流量💯計産生🛀🏻正(zheng)向系統誤差。基(jī)于此對修正正(zhèng)供銷差😍提出了(le)建議。在山西省(sheng)非常規天然氣(qi)大力發展之際(ji)，面㊙️對絕大多數(shù)企業貿易結🙇‍♀️算(suan)仍采取渦輪流(liu)量計計量的實(shí)際現狀，該探🔞究(jiū)結果對上、中、下(xia)遊的供銷差管(guan)理具有一定的(de)實際指導意義(yi)。
　　随着國内天然(ran)氣市場需求不(bu)斷增加，天然氣(qì)對外依存度持(chi)續走高，對國内(nei)天然氣的自采(cǎi)量增幅提出了(le)更高的要求。山(shān)西的非常規天(tiān)然氣資源總量(liàng)😄約占全國的1/3，煤(méi)♉層氣資源豐富(fu)🏃‍♀️，2020年全省煤層氣(qì)開采量達到1×1010m3/a，在(zai)2025年将達到2×1010m3/a。
　　渦輪(lun)流量計由流體(tǐ)推動葉輪旋轉(zhuan)，從而産生與流(liú)量🍓成正🏃比的電(diàn)脈沖信号，具有(you)精度高、重複性(xing)好、測📞量範圍廣(guǎng)等諸多優👣點。在(zài)🍓天然氣計量的(de)應用中，被測介(jiè)質的黏度🐕、密度(du)、髒污程度、管道(dào)安裝結構、脈動(dong)流和組分等在(zài)不同的場所各(gè)不相同，綜合各(ge)種影🚶響因素後(hòu)對渦輪流量計(jì)的計量精度造(zào)成較大影🔞響。爲(wei)此，有必要結合(hé)實地情況采取(qu)必要的計量修(xiū)正措施，确⛱️保渦(wō)輪流量計計量(liàng)精度，爲公平交(jiao)易奠定堅實的(de)基礎。
　　山西省A分(fèn)輸站（上遊供氣(qì)公司）自2011年開始(shǐ)向B分輸站（下🌂遊(you)用氣公司）供氣(qi)以來，供氣長期(qī)受正供銷差困(kùn)擾，始終未得以(yi)徹底❄️解決（A分輸(shū)站至B分輸站長(zhang)輸管線長度約(yue)爲2km）。爲此，以A分輸(shū)站長期貿易計(ji)量交接的渦輪(lún)流量計爲對象(xiàng)進行研究。該渦(wo)輪流量計距離(li)♻️上遊最近壓🛀縮(suō)站僅7km，且地形地(dì)勢特征👅高差較(jiao)大，在全省非常(chang)規☎️天然氣上下(xia)遊計量交接中(zhong)具有代表性。綜(zong)合各⁉️種影響因(yīn)素的🏃分析可知(zhi)，氣體組分和脈(mo)動流對計量的(de)精度有較大影(ying)響。本文通🔞過實(shi)際數✂️據對比、AGA8-92DC方(fang)法和脈動流定(dìng)性影響分析對(dui)計量偏差進行(háng)研究，是山西省(sheng)非常規天然氣(qi)公平貿易的一(yi)🐪項非常有意義(yì)的課題。
1渦輪流(liú)量計計量和換(huan)算原理
1.1計量原(yuán)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(su)再被轉換成與(yu)流量成正比的(de)電信号，最後在(zai)計數器上進行(háng)顯示和累計。目(mu)前，絕大多數渦(wō)輪♋流量計都爲(wèi)一體化智能流(liu)量計，除上述機(jī)械計量部分外(wài)，還㊙️包括1台體積(ji)計算儀，依據實(shi)測工況流量、取(qu)壓口實測壓力(li)、測溫口實測溫(wēn)度及内部設定(dìng)的一些固定參(can)數進行計算，将(jiāng)工況體積轉換(huàn)爲💛可貿易交接(jie)的天然氣體積(ji)，其🔞原理如圖1所(suo)示。

1.2換算原理
1.2.1工作(zuo)條件下的體積(ji)流量計算實用(yòng)公式
　　工作條件(jiàn)下的體積流量(liang)計算實用公式(shi)如式(1)所示：

　　式(1)中(zhōng)，qf爲工作條件下(xia)的體積流量，m3/s；?爲(wèi)輸出工作頻率(lǜ)，Hz，由頻率計采集(jí)；k爲系數，m-3，可按流(liu)量計銘牌給定(ding)值。
1.2.2标準參比條(tiao)件下的體積流(liú)量換算實用公(gong)式
　　标準參比條(tiáo)件下的體積流(liu)量換算實用公(gōng)式如式(2)所示：

式(shi)(2)中，q
　　式(2)中，qn爲标準(zhǔn)參比條件下的(de)體積流量，m3/s；pf爲工(gong)作條件下😄的絕(jué)㊙️對靜壓力，MPa；pn爲标(biao)準參比條件下(xià)的絕對靜壓力(li)，MPa；Tn爲标準💋參比條(tiao)件下的熱力學(xué)溫度，K；Tf爲工作條(tiao)件下的氣體絕(jue)對🈲溫度，K；Zn爲✉️标準(zhun)參比條件下的(de)氣體壓縮因子(zi)；Zf爲工作條件下(xià)的氣體壓縮因(yin)子。
　　工作條件下(xia)的壓力和溫度(dù)的精度取決于(yú)測量儀表。标📐準(zhǔn)參比條件下的(de)絕對靜壓力爲(wèi)101.325kPa，熱力學溫度🈲爲(wei)293.15K。輸出工作頻率(lü)由頻率計采集(ji)得到。在不考慮(lǜ)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(ying)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(dui)計量的影響
2.1條(tiáo)件設定
　　非常規(guī)天然氣與天然(ran)氣相同，也是一(yī)種混合物，主要(yào)成分是烷烴，絕(jué)大多數是CH4，也含(han)有少量非烴類(lèi)氣體，其組分在(zài)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(diǎn)處很少進行在(zài)線分析，一般是(shi)在體積計算儀(yí)中💋輸入默認組(zu)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(jiè)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(yā)😄縮因子Zf受組分(fèn)影響會發生較(jiao)大變化。山西省(shěng)非常規天然‼️氣(qì)的組分與典型(xing)的天然氣組分(fèn)（設計組分）相比(bǐ)有較大變化，在(zai)高壓輸送計量(liang)中，氣體壓縮因(yin)子的變化對計(ji)量精度🚶‍♀️的影響(xiang)已超出了其本(ben)身⭐的計量精度(du)，其影響不可忽(hu)略。A分輸站2025年12月(yuè)16日11:06的運行參數(shu)如表1所示。

2.2組分(fèn)數據
　　設計組分(fèn)選取典型天然(rán)氣組分，如表2所(suǒ)示。

　　非常規天然(rán)氣實際組分以(yi)A分輸站曆年實(shí)際氣質🏃🏻檢測報(bào)告結🔞果爲依據(ju)，如表3所示。

2.3理論(lun)分析組分對氣(qi)體壓縮因子的(de)影響
　　壓縮因子(zǐ)的求得方式有(yǒu)很多種，包括儀(yí)器、理計算🧑🏾‍🤝‍🧑🏼方程(cheng)、憑🐕借經驗公式(shì)估算、Standing-Katz确定等[2]。　　GB/T17747.1—2011《天(tiān)然氣壓縮因子(zǐ)的計算第1部分(fen)：導論❗和指南》推(tui)薦用AGA8-92DC和SGERG-88法。所研(yan)究分🌈析的介質(zhi)已有曆年詳細(xì)的氣質組分，同(tong)時考慮AGA8-92DC法精度(dù)較高，因此選用(yòng)AGA8-92DC法并通過VisualBasic編寫(xiě)程序進行計算(suan)。
　　依據表2典型天(tian)然氣組分和實(shí)際運行參數計(jì)算Zn/Zf，計算結果爲(wèi)1.0864，輸🥵入及輸出結(jié)果如圖2所示。

　　依(yi)據表3非常規天(tiān)然氣實際組分(fen)和實際運行參(can)數計算Zn/Zf，計🔅算結(jie)果如表4所示。

　　通(tong)過對比分析，采(cǎi)用設計組分計(ji)算時氣體壓縮(suō)因子比⛹🏻‍♀️值爲🈲1.0864，而(er)采用實際組分(fèn)計算時爲1.0613，偏差(cha)爲2.365%。由此可知，不(bu)調整設計組分(fen)會導緻正2.365%的供(gòng)銷差。
2.4實際供銷(xiāo)差數據
　　2011—2019年實際(ji)供銷差如表5所(suǒ)示。

2.5天然氣組分(fen)對計量結果的(de)影響
　　将理論計(jì)算與實際供銷(xiao)差數據進行對(dui)比，結果相近✏️，由(you)此🌐可知在假設(she)條件和不考慮(lǜ)其他影響因素(su)時，受非常規天(tiān)然氣組分的影(yǐng)響，計量值偏大(dà)，正偏差值約爲(wèi)2.28%，對下遊接氣單(dan)位不利，給下🚶遊(yóu)單位的供銷差(chà)管理造成不利(lì)後果。
3脈動流對(duì)計量的影響
　　脈(mò)動流的成因有(you)很多，如在緊鄰(lín)增壓機出口處(chu)、控制閥頻繁✉️操(cāo)作時、管線振蕩(dang)時和管線中有(yǒu)漩渦等，有時壓(ya)力和溫度探測(ce)器産生的渦街(jie)也會形成脈♋動(dòng)流。其特性是介(jiè)質流動不穩☁️定(dìng)，但周期性變化(huà)，流體在加速或(huò)減速過程中會(huì)影響葉輪旋轉(zhuan)速，但葉輪旋轉(zhuǎn)相對滞後，通俗(su)可理解爲“慣性(xìng)”，由此對流量計(ji)的正确計量✌️造(zào)成一定的影響(xiang)。
3.1流量測量
　　現階(jie)段，脈動流的直(zhi)接測量還存在(zai)很大困難，但可(kě)通過誤🐇差⭕方程(chéng)分析、實驗室試(shi)驗和專業的脈(mò)動流量誤差檢(jiǎn)測設🔴備檢測分(fèn)🌏析某一特定脈(mo)動流的測量誤(wu)差。前兩種方法(fa)基于脈動流的(de)振幅和頻率的(de)可測量性，振幅(fú)和頻率的測量(liang)可通過激光多(duo)普勒技術、熱線(xiàn)風速儀法等。專(zhuān)業的脈動流量(liang)誤差檢測設備(bèi)已有設備💁制造(zào)廠家在生産。
3.1.1誤(wu)差方程分析
　　通(tong)過對機翼理論(lun)的研究，可列出(chu)涉及慣量、夾角(jiao)、葉輪半徑💋、角速(sù)度等參數的誤(wu)差運動方程，通(tōng)過編程可求得(de)針對某一特定(ding)渦輪流量計的(de)不同振幅和🔞頻(pín)率脈動流的🐕測(ce)量誤差[3]。依據👉動(dòng)量守恒定律，可(ke)列✌️出包含流速(su)、切線速度等參(can)數的非線性🐉微(wēi)分方程，通過計(ji)算和分析可理(lǐ)論推導測量誤(wu)差[4]。
3.1.2實驗室試驗(yan)
　　現場實測脈動(dòng)流的特性，采用(yòng)已知标準體積(ji)壓縮🌏空😄氣，在實(shí)🏃‍♂️驗室模拟脈動(dòng)流，将測量值與(yǔ)标準體積進行(hang)對比，分析測量(liàng)誤差。
3.1.3誤差檢測(cè)設備檢測
　　一種(zhǒng)燃氣脈動流誤(wu)差檢測設備，可(ke)較正确地測得(dé)脈動誤差值🛀，暫(zàn)未在山西省廣(guǎng)泛應用。在絕大(dà)多數燃氣公司(sī)的實際運🌈行管(guǎn)理過程中，脈動(dòng)流的特性參數(shù)無法在日常運(yun)行監測數據中(zhong)獲取，因此，主要(yào)🔴定性地說明脈(mò)動流對渦輪流(liú)量計計量偏差(cha)的影響。
3.2測量誤(wu)差
　　已有很多學(xué)者針對脈動流(liu)對計量的影響(xiang)進行了研究。分(fen)析結果可知，由(yóu)于葉輪受流體(ti)加速影響小，受(shou)流體減速影響(xiang)大，計量始終存(cun)在正供銷差。此(ci)外，正供銷👌差取(qǔ)決于脈動流的(de)振💋幅和頻率，整(zhěng)體來說，如果脈(mo)動流頻率大于(yu)葉輪角頻率時(shi)正供銷差值較(jiao)大，脈動振⚽幅增(zeng)大時正供銷差(chà)值也随之增大(da)。
3.3脈動流對計量(liàng)結果影響
　　A分輸(shu)站渦輪流量計(jì)距離上遊最近(jìn)的壓縮站（往複(fu)式👉壓縮機📱增🈲壓(yā)）不到7km，且該分輸(shu)站工藝布置緊(jin)湊。據實地測量(liang)，流量計上遊直(zhi)管段長度約爲(wèi)6Dn（Dn爲渦輪流量計(ji)口徑，mm），下遊🔞直管(guan)段長度約爲4Dn。此(ci)外，7km管道沿線地(di)勢高低不平，加(jia)之煤層氣氣質(zhì)水含量較大，導(dao)緻在低窪處極(ji)易形成積液，積(jī)液也會造成脈(mo)動流。
　　2014年8—10月期間(jiān)，下遊公司發現(xian)正供銷差持續(xù)增大時，對💋A分輸(shū)站和B分🐉輸站的(de)渦輪流量計進(jìn)行了标定，但标(biao)定結果均爲合(he)🙇‍♀️格。随後下遊公(gong)司在2014年11月5—7日對(dui)A至B分輸站段管(guǎn)線進行了清管(guan)作業🧑🏾‍🤝‍🧑🏼，共清出污(wū)水雜質約23t，清管(guan)完成後正供銷(xiao)🎯差明顯減👅小。清(qīng)管前後實際供(gong)🌈銷差數據如表(biao)6所示。

　　除此之外(wai)，通過日常運行(hang)監測，供氣瞬時(shí)流量每次顯示(shi)數✌️據都在變化(huà)，且在一定時間(jian)内在1個值上下(xià)頻繁波動👈（波動(dong)🌍幅度約爲±20%）。綜合(he)上述情況，該輸(shu)氣管道存在脈(mò)動流的可能性(xìng)很大。脈動流會(hui)造成正供銷差(chà)影響，對下遊接(jiē)氣單位不😄利，因(yīn)此有必要對脈(mo)✨動流的影響進(jìn)行修正。
4結語
　　目(mu)前，山西省絕大(da)多數分輸站未(wei)安裝在線色譜(pu)儀，且直接測量(liang)脈動流流量的(de)計量表還未被(bei)廣泛應用于實(shí)際🔴生産中。探究(jiu)表明，山西省非(fei)常規天然氣🏃的(de)組分和脈動流(liu)輸氣均會使渦(wo)輪流🐉量計産生(sheng)無法通過定期(qī)檢定來🏒消除的(de)正向系統誤差(chà)。因此，爲🏃🏻‍♂️确保作(zuò)爲上下遊貿易(yi)交接依據的計(ji)量表測量的精(jīng)度，保證公平🐇交(jiāo)易，可通過誤差(cha)分析修正、組分(fèn)修正、優化工藝(yì)等方式對現渦(wō)輪流量直接測(ce)量結果進行修(xiū)正。
a)天然氣組分(fen)影響的修正建(jian)議。結合實際工(gōng)況條件💔，合理調(diào)整渦輪流量計(ji)的壓縮因子和(he)天然氣組分；當(dāng)精度要求較高(gao)時，采取安裝在(zai)線分析儀的方(fāng)式實時更新流(liú)量🈚計參數。
b)脈動(dong)流影響的修正(zheng)建議。通過工藝(yì)優化、改造，使流(liu)體通過❌流量計(ji)時基本穩定；選(xuan)定合适的流量(liàng)計型💋号；實📐測脈(mo)🏒動流特性，理論(lùn)計算或實驗室(shì)試驗分析測量(liàng)誤差，與結🧑🏽‍🤝‍🧑🏻算方(fang)進行誤差修正(zhèng)；采用誤差測量(liàng)設備對測量誤(wu)差進行測量和(he)修正，并以此作(zuo)爲結算依據

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