[摘要]論述了流過天然氣孔板流量計(jì)的天然氣從淩態(tài)偏離定常流的那一刻起,計(jì)量值就開始逐漸偏小,造成計(jì)量負(fù)偏差,并且隨著天然氣流態(tài)偏離定常流程度越大,這種計(jì)量負(fù)偏差也隨之增大。從而推導(dǎo)出在影響天然氣計(jì)量的因素里,無論是管路中存在阻流件還是其組合,導(dǎo)致的結(jié)果必然是流體流態(tài)偏離定常流,從而造成天然氣計(jì)量值出現(xiàn)負(fù)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(jì)計(jì)量。因此造成的最終結(jié)果都是使孔板流量計(jì)計(jì)量值偏小,只是程度不同。還提出了現(xiàn)場(chǎng)確定孔板流量計(jì)流態(tài)偏離的方法。
0.引言
在天然氣計(jì)量過程中存在著很多影響因素，氣體的流動(dòng)狀態(tài)是其中很重要的一個(gè)方面。天然氣孔板計(jì)量要求流過孔板流量計(jì)的流體是穩(wěn)定發(fā)展的定常流,然而在現(xiàn)實(shí)條件下,往往有很多偏離定常流態(tài)的情況存在，因此準(zhǔn)確確定流態(tài)對(duì)天然氣計(jì)量的影響有著極其重要的意義，是天然氣準(zhǔn)確計(jì)量的前提和保證。
1.流體流態(tài)對(duì)天然氣孔板流上計(jì)的影響
定常流是指流動(dòng)參數(shù)不隨時(shí)間變化的流動(dòng)，在流體力學(xué)中將流體流動(dòng)狀態(tài)大致分為6種,這6種流動(dòng)狀態(tài)對(duì)天然氣計(jì)量會(huì)造成什么影響，是我們非常關(guān)心的一個(gè)問題。
圖1是典型的流體流動(dòng)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(dòng)流(正弦波);d為周期性非諧波脈動(dòng)流(生理波);e為非周期性脈動(dòng)流(衰減波);f為隨機(jī)流動(dòng)(湍流)。
只有a符合計(jì)量要求,其余的5種情況都不符合要求。實(shí)際中發(fā)現(xiàn)當(dāng)流態(tài)脫離a流態(tài)(定常流)時(shí)，天然氣計(jì)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(jì)計(jì)景值負(fù)偏差越來越大,天然氣流量誤差呈線性增大。當(dāng)然,現(xiàn)實(shí)情況中,往往是多種流態(tài)共同作用，很難準(zhǔn)確確定其補(bǔ)償量。但是通過對(duì)比實(shí)驗(yàn),很容易確定其最終偏小幅度。天然氣流動(dòng)狀態(tài)從a發(fā)展到f,其誤差由0起步,最高可以達(dá)到12% ,甚至更高。
國(guó)際上根據(jù)已有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(jì)量值總是偏小，這一點(diǎn)與實(shí)際觀察到的現(xiàn)象是相符的。事實(shí)上，隨著流態(tài)偏離定常流狀態(tài)越遠(yuǎn),天然氣計(jì)最值偏差就越大,這一認(rèn)識(shí)是基于國(guó)際上的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)量中計(jì)量數(shù)據(jù)對(duì)比流態(tài)得出的。
表1中數(shù)據(jù)來源于實(shí)流計(jì)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(jì)量值總是偏小,并且流態(tài)偏離定常流越遠(yuǎn),計(jì)量值偏小程度越大。實(shí)際中,天然氣流量在發(fā)生流態(tài)偏離時(shí)，誤差可達(dá)到2%~12%(事實(shí)上應(yīng)該是0~12% ,但由于在低誤差下,影響因素較多,需要準(zhǔn)確確定)。實(shí)際中發(fā)現(xiàn),當(dāng)阻流件從孔板前10D延長(zhǎng)到45D,發(fā)生流態(tài)偏移時(shí),所造成的計(jì)量偏差沒有明顯減小。這說明當(dāng)發(fā)生流態(tài)偏移時(shí),影響距離是非常深遠(yuǎn)的，特別是當(dāng)發(fā)生流態(tài)偏移程度較大時(shí),這種影響就更遠(yuǎn)。在不整流的情況下，僅僅是延長(zhǎng)幾十D甚至100D以上的直管段,效果并不明顯,對(duì)消除流體流態(tài)偏移(脈動(dòng)流)的方法須要進(jìn)一步研究。
歐美制定了API+NEI 試驗(yàn)計(jì)劃,并通過十多年的孔板流量計(jì)試驗(yàn)研究，建立了16376個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的API +EEC數(shù)據(jù)庫(kù),在此基礎(chǔ)上修訂了新的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。這些數(shù)據(jù)表明在流態(tài)不能發(fā)展到定常流的狀況下，天然氣計(jì)量值總是偏小的，這一結(jié)論與實(shí)流觀察到的情況是一致的。
2.阻流件對(duì)流態(tài)及流態(tài)對(duì)孔板流量計(jì)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(jì),國(guó)際上和實(shí)流觀察到的情況都是使計(jì)量值偏小。從這一點(diǎn)重新認(rèn)識(shí),可以發(fā)現(xiàn),阻流件不論以何種形式進(jìn)行組合,導(dǎo)致的結(jié)果必然是使流體流動(dòng)偏離定常流態(tài),從而產(chǎn)生計(jì)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(huì)出現(xiàn)偏離流態(tài)的情況,需要各種工況達(dá)到條件才會(huì)產(chǎn)生影響，在小流量下阻流件并不影響計(jì)量;在大流量下就可能對(duì)流態(tài)造成影響，進(jìn)而影響計(jì)量。在節(jié)流降壓小的情況下,不影響計(jì)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(chǎn)生流態(tài)偏離),在超出其正常適用條件時(shí)即會(huì)發(fā)生流態(tài)偏移,產(chǎn)生脈動(dòng)流,影響計(jì)量。
流體流態(tài)通過影響孔板流量計(jì)差壓測(cè)量?jī)x表，進(jìn)而影晌天然氣流量。因此,差壓儀表對(duì)天然氣流體流動(dòng)狀態(tài)是非常敏感的。在流體偏離定常流態(tài)時(shí),差壓顯示儀表會(huì)產(chǎn)生波動(dòng),并且這種波動(dòng)會(huì)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(huì)隨之同步增大。實(shí)際中發(fā)現(xiàn)差壓波動(dòng)時(shí),真實(shí)流量為其在最大值時(shí)的流量。計(jì)量系統(tǒng)計(jì)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(shí),這種偏差甚至能達(dá)到12%以上,孔板流量計(jì)達(dá)不到精度要求。
實(shí)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(dòng)上,差壓波動(dòng)超過2%,就應(yīng)該進(jìn)行檢查。
(2)看計(jì)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(shí)就應(yīng)該引起注意,要對(duì)其進(jìn)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(yàn)算與建立對(duì)比流量測(cè)量裝置,比對(duì)準(zhǔn)確確定流體偏離流態(tài)計(jì)量問題。
3.結(jié)束語
流體流態(tài)對(duì)天然氣計(jì)量有著深遠(yuǎn)的影響,穩(wěn)定發(fā)展的定長(zhǎng)流是天然氣準(zhǔn)確計(jì)量的前提和保證，當(dāng)流體流態(tài)偏離定長(zhǎng)流流態(tài)時(shí),孔板流量計(jì)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(jì)測(cè)量天然氣流量時(shí)必須消除一切影響流體流態(tài)的因素。
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