摘要:目前(qian)天然氣計量己(jǐ)制定了許多相(xiang)關的國家标準(zhun)、行業标準和計(jì)量檢定規程等(deng),但未形成完整(zhěng)體系與國外相(xiang)比尚有較大差(chà)距。本文着重探(tan)讨了天然氣孔(kǒng)闆
流量計
測量(liang)中精度要求和(hé)不确定度分析(xi)了影響測量不(bu)确定度的幾種(zhong)因素。
引言
孔闆(pan)流量計
在20世紀(ji)使用于天然氣(qì)流量測量,經過(guò)-個世紀漫長的(de)發展過程，它已(yǐ)成爲主要的天(tian)然氣流量計。目(mù)前我國天然氣(qì)計量專業性标(biao)準爲《天然氣流(liu)量的标準孔闆(pan)計量方法》(SY/T6143-1996)。
1天然(rán)氣孔闆流量計(jì)的組成
孔闆流(liu)量計由産生壓(yā)差的一次裝置(zhì)--孔闆節流裝置(zhì)和二次檢測儀(yi)表-差壓計、
壓力(lì)計
、溫度計和相(xiàng)關參數儀器儀(yi)表加信号引線(xiàn)等組成,如圖1所(suǒ)示。
2天然氣孔闆(pan)流量計适用條(tiao)件
孔闆流量計(ji)是以相似原理(li)爲根據，以實驗(yàn)數據爲基礎的(de)瞬時流量計,從(cóng)一次裝置的幾(jǐ)何尺寸到流體(tǐ)流動狀态都有(you)一定的要求。
2.1一(yī)次裝置幾何尺(chi)寸限制條件
SY/T6143-1996要(yao)求:
孔闆開孔直(zhí)徑d≥12.Smm;
測量管内徑(jìng)必須滿足50mm≤D≤1000mm;
孔徑(jìng)比必須滿足0.20≤β≤0.75;
一(yī)次裝置的結構(gou)設計、加工、裝配(pèi)、安裝、檢驗和使(shǐ)用必須符合标(biao)準規定的全部(bù)技術要求。
2.2氣質(zhì)和氣流狀态條(tiáo)件
SY/T6143-1996标準中規定(dìng),氣流必須是單(dan)相的牛頓流體(ti),若氣體含有質(zhì)量成分不超過(guo)2%的固體或液體(tǐ)微粒，且成均勻(yun)分散狀态,也可(kě)以認爲是單相(xiang)的牛頓流體。我(wo)國石油天然氣(qi)行業标準SY/T7514《天然(rán)氣》标準所規定(dìng)的各種類别天(tiān)然氣都适用。
2.3流(liu)動狀态的要求(qiu)
孔闆流量計的(de)流出系數C是在(zai)特定的實驗室(shi)參比條件下通(tōng)過大量的實驗(yàn)數據推導得出(chu)的計算方法,并(bìng)通過實踐檢驗(yan)是正确的。同時(shi),差壓式流量計(ji)算基本方程的(de)推導也是基于(yú)這樣的假設流(liu)動條件下,偏離(li)标準規定的流(liú)動狀态條件将(jiang)會産生難以估(gū)計的流量測量(liang)不确定度。因此(cǐ),氣流流動狀态(tai)應符合如下四(si)條要求:
(1)天然氣(qi)通過孔闆節流(liu)裝置的流動必(bi)須是亞音速的(de)、穩定的或僅随(sui)時間緩慢變化(hua)的,無脈動流存(cun)在。
(2)天然氣流必(bì)須是單相的牛(niú)頓流體。
(3)天然氣(qi)流流進孔闆以(yǐ)前其流速必須(xu)是與管道軸線(xiàn)平行，,對稱充分(fen)發展的速度分(fen)布剖面,無旋轉(zhuǎn)流存在。
(4)天然氣(qi)通過孔闆節流(liú)裝置的流動必(bi)須保持孔闆下(xià)遊靜壓與孔闆(pan)上遊靜壓之比(bǐ)不小于0.75,管道雷(léi)諾數Re≥5000(角接取壓(yā))和管道雷諾數(shu)Re21260β2D(法蘭取壓)。
因此(ci)在選型設計時(shi)一定要配合計(jì)量站工藝參數(shù)仔細.核算和流(liú)态分析力争達(da)到流量測量效(xiao)果。
3精度要求和(hé)不确定度分析(xī)
3.1流量計量精度(du)的要求
國際法(fǎ)制計量組織(OIML)流(liu)量計量技術委(wěi)員會的氣體計(ji)量分委員會于(yú)1997年制定了“氣體(tǐ)燃料計量系統(tǒng)”國際建議。歐洲(zhōu)标準化委員會(huì)起草了歐共體(tǐ)标準PREN1776“天然氣計(ji)量系統的基本(ben)要求”[3]。它們都是(shì)爲提高和确保(bao)天然氣計量精(jing)度而對輸配計(jì)量站的設計、建(jian)設、投産操作和(he)維修等方面提(tí)出的基本技術(shu)要求。
國際建議(yi)中将計量站分(fen)爲A、B、C三個等級,對(dui)不同的流量規(guī)模配備的二次(ci)測量儀表要求(qiú)不同。該建議适(shi)用!于流量等于(yú)或大于100m/h運行壓(ya)力不低于0.2MPa的情(qing)況。它對熱值測(cè)量、測溫、測壓、取(qǔ)樣以及包括指(zhi)示、打印、.存儲、轉(zhuǎn)換和積算等系(xì)統部件或設備(bèi)都作了相應的(de)技術規定。表1爲(wèi)測量儀表和計(ji)算結果的最大(da)允許誤差(精度(dù))。
3.2孔闆流量計不(bu)确定度變化範(fan)圍分析标準ISO5167、GB/T2624-93、SY/T6143-1996,以(yǐ)及AGANo3報告估算流(liu)量測量不确定(dìng)度公式都是相(xiàng)同的,估算的方(fang)法大同小異,其(qí)不确定度值大(dà)緻相等,結論大(da)體-緻,如圖2所示(shì)。
3.2.1一次裝置不确(que)定度變化分析(xi)
流出系數不确(què)定度變化
當直(zhi)管段長度符合(he)SY/T6143--1996的規定的數值(zhi)a(表2中不帶括号(hào)中的數值),圓度(du)滿足不大于士(shi)0.3%的标準規定，當(dāng)孔闆開孔軸線(xian)與上下遊測量(liàng)管軸線之間的(de)距離爲ex:
則流出(chu)系數不确定度(du)δc/c隻随β值的不同(tong)而不同。此時,當(dang)β≤0.6時則δc/c=±0.6%:;當β>0.60時則δc/c=±β%。
3.2.2天(tian)然氣物性測量(liang)不确定度變化(hua)分析
(1)天然氣可(kě)膨脹性系數不(bú)确定度的估算(suan)
A.天然氣可膨脹(zhàng)性系數的不确(què)定度
δε/ε=±4(Op/p.)%
它與孔闆(pǎn)流量計實測差(cha)壓△p成正比，與靜(jing)壓p1成反比。
目前(qián)在天然氣計量(liàng)中差壓值一般(bān)在50000Pa之内,靜壓在(zài)1~10MPa範圍内,因此δε/ε最(zui)小爲±0.00002%,最大爲±0.2%或(huò)更大4。
B.當上遊或(huò)下遊直管段長(zhang)度小于該标準(zhǔn)中規定數值a(表(biao)1中不帶括号中(zhong)的數值)，又等于(yú)或大于數值(表(biao)1中帶括号中的(de)數值)時，則應在(zài)流出系數不确(que)定度.上相加±0.5%的(de)附加不确定度(dù)。
C.當在.上遊直管(guan)段長度範圍内(nei)的任何台階超(chāo)過±0.3%圓度要求,但(dàn)符合下列公式(shi)時應在流出系(xì)數不确定度_上(shang)相加±0.2%的附加不(bú)确定度。
D.當孔闆(pan)開孔軸線與.上(shang)下遊測量管軸(zhou)線之間的距離(li)e,不滿足公式(1),但(dan)滿足(2),則應在流(liu)出系數不确定(dìng)度上算術相加(jiā)±0.3%的附加不确定(ding)度。
E.當孔闆入口(kou)直角邊緣的尖(jiān)銳度r的單測值(zhi)與平均值比較(jiào),最大偏差在±20%以(yi)内時,則在流出(chū)系數不确定度(du).上幾何相加±0.2%的(de)不确定度。
(2)天然(ran)氣密度測量不(bu)确定度δρρ的估算(suàn)根據目前現場(chǎng)常用儀表的使(shǐ)用範圍,所遵守(shou)的标準、規程規(gui)範進行具體計(ji)算綜合考慮,在(zài)不考慮取氣樣(yàng)的間隔時間内(nèi)由于天然氣組(zǔ)分變化(或波動(dong))所引起的附加(jiā)不确定度時天(tian)然氣密度測量(liang)的不确定度δρ/ρ最(zui)小爲土1.013%,最大爲(wei)±1.571%或更大。
由(1)和(2)兩(liang)項組成天然氣(qì)物性測量不确(que)定度的變化爲(wèi):最小爲±1.013%,最大爲(wèi)±1.584%或更大。
4結束語(yu)
孔闆天然氣流(liu)量測量的總不(bu)确定度,實際上(shang)就是測量系統(tǒng)的測量值與真(zhen)值比較,置信概(gài)率爲95%的精度。根(gen)據目前天然氣(qì)流量測量系統(tǒng)經常貫用的二(èr)次儀表和測量(liàng)值的計算積算(suàn)方法,按SY/T6143-1996标準有(yǒu)關條款規定和(hé)所列公式進行(háng)估算,得知天然(ran)氣流量測量的(de)總不确定度δQn/Qn最(zuì)小爲±0.82%,最大爲±4.52%或(huo)更大。由此分析(xi),可知國際建議(yì)的A、B、C三級分别定(dìng)級爲1.0%、2.0%和3.0%。
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