[摘要]論述了流過天然氣孔板流量計的天然氣從淩態(tài)偏離定常流的那一刻起,計量值就開始逐漸偏小,造成計量負偏差,并且隨著天然氣流態(tài)偏離定常流程度越大,這種計量負偏差也隨之增大。從而推導出在影響天然氣計量的因素里,無論是管路中存在阻流件還是其組合,導致的結果必然是流體流態(tài)偏離定常流,從而造成天然氣計量值出現(xiàn)負偏差。阻流件種類和組合形式只是通過影響天然氣流態(tài)影響孔板流量計計量。因此造成的最終結果都是使孔板流量計計量值偏小,只是程度不同。還提出了現(xiàn)場確定孔板流量計流態(tài)偏離的方法。
0.引言
在天然氣計量過程中存在著很多影響因素，氣體的流動狀態(tài)是其中很重要的一個方面。天然氣孔板計量要求流過孔板流量計的流體是穩(wěn)定發(fā)展的定常流,然而在現(xiàn)實條件下,往往有很多偏離定常流態(tài)的情況存在，因此準確確定流態(tài)對天然氣計量的影響有著極其重要的意義，是天然氣準確計量的前提和保證。
1.流體流態(tài)對天然氣孔板流上計的影響
定常流是指流動參數不隨時間變化的流動，在流體力學中將流體流動狀態(tài)大致分為6種,這6種流動狀態(tài)對天然氣計量會造成什么影響，是我們非常關心的一個問題。
圖1是典型的流體流動狀態(tài)圖，圖中:a為速度恒定,代表定常流;b為速度作小幅變化,可近似為定常流;e為周期性諧波脈動流(正弦波);d為周期性非諧波脈動流(生理波);e為非周期性脈動流(衰減波);f為隨機流動(湍流)。
只有a符合計量要求,其余的5種情況都不符合要求。實際中發(fā)現(xiàn)當流態(tài)脫離a流態(tài)(定常流)時，天然氣計量值偏小,其偏小程度隨著流態(tài)偏離定常流程度的增大而增大，也就是圖1中,流態(tài)由a發(fā)展到f,孔板流量計計景值負偏差越來越大,天然氣流量誤差呈線性增大。當然,現(xiàn)實情況中,往往是多種流態(tài)共同作用，很難準確確定其補償量。但是通過對比實驗,很容易確定其最終偏小幅度。天然氣流動狀態(tài)從a發(fā)展到f,其誤差由0起步,最高可以達到12% ,甚至更高。
國際上根據已有的實驗數據證明，在流體流態(tài)沒有發(fā)展到定常流的情況下,天然氣計量值總是偏小，這一點與實際觀察到的現(xiàn)象是相符的。事實上，隨著流態(tài)偏離定常流狀態(tài)越遠,天然氣計最值偏差就越大,這一認識是基于國際上的實驗數據和現(xiàn)場流量計量中計量數據對比流態(tài)得出的。
表1中數據來源于實流計量系統(tǒng),可以看出,天然氣流態(tài)在脫離定常流態(tài)的情況下,天然氣計量值總是偏小,并且流態(tài)偏離定常流越遠,計量值偏小程度越大。實際中,天然氣流量在發(fā)生流態(tài)偏離時，誤差可達到2%~12%(事實上應該是0~12% ,但由于在低誤差下,影響因素較多,需要準確確定)。實際中發(fā)現(xiàn),當阻流件從孔板前10D延長到45D,發(fā)生流態(tài)偏移時,所造成的計量偏差沒有明顯減小。這說明當發(fā)生流態(tài)偏移時,影響距離是非常深遠的，特別是當發(fā)生流態(tài)偏移程度較大時,這種影響就更遠。在不整流的情況下，僅僅是延長幾十D甚至100D以上的直管段,效果并不明顯,對消除流體流態(tài)偏移(脈動流)的方法須要進一步研究。
歐美制定了API+NEI 試驗計劃,并通過十多年的孔板流量計試驗研究，建立了16376個數據點的API +EEC數據庫,在此基礎上修訂了新的計量標準。這些數據表明在流態(tài)不能發(fā)展到定常流的狀況下，天然氣計量值總是偏小的，這一結論與實流觀察到的情況是一致的。
2.阻流件對流態(tài)及流態(tài)對孔板流量計的影響作.用
阻流件通過影響天然氣流態(tài)影響天然氣孔板流量計,國際上和實流觀察到的情況都是使計量值偏小。從這一點重新認識,可以發(fā)現(xiàn),阻流件不論以何種形式進行組合,導致的結果必然是使流體流動偏離定常流態(tài),從而產生計最誤差,因此這種誤差總是偏小，只是阻流件的形式不同，影響程度也不同。但并不是只要存在阻流件就會出現(xiàn)偏離流態(tài)的情況,需要各種工況達到條件才會產生影響，在小流量下阻流件并不影響計量;在大流量下就可能對流態(tài)造成影響，進而影響計量。在節(jié)流降壓小的情況下,不影響計量;節(jié)流降壓大的情況下，就可能造成流態(tài)偏移，表現(xiàn)為每種阻流件都有一定的適用條件(在該條件下不產生流態(tài)偏離),在超出其正常適用條件時即會發(fā)生流態(tài)偏移,產生脈動流,影響計量。
流體流態(tài)通過影響孔板流量計差壓測量儀表，進而影晌天然氣流量。因此,差壓儀表對天然氣流體流動狀態(tài)是非常敏感的。在流體偏離定常流態(tài)時,差壓顯示儀表會產生波動,并且這種波動會隨著流體偏離定常流態(tài)的程度增大而增大,天然氣量誤差也會隨之同步增大。實際中發(fā)現(xiàn)差壓波動時,真實流量為其在最大值時的流量。計量系統(tǒng)計算得出的往往是高低值中間的中間值。因此,在流體流態(tài)偏離定常流時,這種偏差甚至能達到12%以上,孔板流量計達不到精度要求。
實際中可以從以下方面確定流體流態(tài)偏離定常流態(tài):
(1)從差壓儀表示值看是否偏離，這是最直觀的判斷方法,流體流態(tài)的變化情況直接反映在差壓波動上,差壓波動超過2%,就應該進行檢查。
(2)看計量直管段前是否存在阻流件,特別是節(jié)流件,存在阻流件時就應該引起注意,要對其進行論證和觀察。
(3)聽氣流流過的聲音是否穩(wěn)定。
(4)通過理論驗算與建立對比流量測量裝置,比對準確確定流體偏離流態(tài)計量問題。
3.結束語
流體流態(tài)對天然氣計量有著深遠的影響,穩(wěn)定發(fā)展的定長流是天然氣準確計量的前提和保證，當流體流態(tài)偏離定長流流態(tài)時,孔板流量計量值就開始偏小這種偏離程度隨流體偏離程度增大而增大，因此在用孔板流量計測量天然氣流量時必須消除一切影響流體流態(tài)的因素。
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