流体流态在天然气孔板流量计量中的重要性

论文导读：天然气孔板计量要求流过孔板流量计的流体是稳定发展的定常流，然而在现实条件下，往往有很多偏离定常流态的情况存在，因此准确确定流态对天然气计量的影响有着极其重要的意义，是天然气准确计量的前提和保证。定常流是指流动参数不随时间变化的流动，在流体力学中将流体流动状态大致分为6种，这6种流动状态对天然气计量会造成什么影响，是我们非常关心的一个问题。实际中发现当流态脱离a流态（定常流）时，天然气计量值偏小，其偏小程度随着流态偏离定常流程度的增大而增大，也就是图1中，流态由a发展到f，孔板流量计计量值负偏差越来越大，天然气流量误差呈线性增大。国际上根据已有的实验数据证明，在流体流态没有发展到定常流的情况下，天然气计量值总是偏小，这一点与我们实际观察到的现象是相符的。
关键词：流体流态，孔板流量计，定常流，负偏差
 

0.引言

在天然气计量过程中存在着很多影响因素，气体的流动状态是其中很重要的一个方面。天然气孔板计量要求流过孔板流量计的流体是稳定发展的定常流，然而在现实条件下，往往有很多偏离定常流态的情况存在，因此准确确定流态对天然气计量的影响有着极其重要的意义，是天然气准确计量的前提和保证。

1.流体流态对天然气孔板流量计量的影响

定常流是指流动参数不随时间变化的流动，在流体力学中将流体流动状态大致分为6种，这6种流动状态对天然气计量会造成什么影响，是我们非常关心的一个问题。

图1 固定点速度值随时间变化的典型波形

图1是典型的流体流动状态图，图中：a 为速度恒定，代表定常流；b 为速度作小幅变化，可近似为定常流；c 为周期性谐波脉动流（正弦波）；d 为周期性非谐波脉动流（生理波）；e 为非周期性脉动流（衰减波）；f 为随机流动（湍流）。

只有a符合计量要求，其余的5种情况都不符合要求。实际中发现当流态脱离a流态（定常流）时，天然气计量值偏小，其偏小程度随着流态偏离定常流程度的增大而增大，也就是图1中，流态由a发展到f，孔板流量计计量值负偏差越来越大，天然气流量误差呈线性增大。当然，现实情况中，往往是多种流态共同作用，很难准确确定其补偿量。但是通过对比实验，很容易确定其最终偏小幅度。天然气流动状态从a发展到f，其误差由0起步，最高可以达到12%，甚至更高。

国际上根据已有的实验数据证明，在流体流态没有发展到定常流的情况下，天然气计量值总是偏小，这一点与我们实际观察到的现象是相符的。事实上，随着流态偏离定常流状态越远，天然气计量值偏差就越大，这一认识是基于国际上的实验数据和现场流量计量中计量数据对比流态得出的。

表1 实流状态下A系统偏离定常流时与定常流态下B系统的比较

表1中数据来源于实流计量系统，可以看出，天然气流态在脱离定常流态的情况下，天然气计量值总是偏小，并且流态偏离定常流越远，计量值偏小程度越大。实际中，天然气流量在发生流态偏离时，误差可达到2%～12%（事实上应该是0～12%，但由于在低误差下，影响因素较多，需要准确确定）。实际中发现，当阻流件从孔板前10D延长到45D，发生流态偏移时，所造成的计量偏差没有明显减小。这说明当发生流态偏移时，影响距离是非常深远的，特别是当发生流态偏移程度较大时，这种影响就更远。免费论文。在不整流的情况下，仅仅是延长几十D甚至100D以上的直管段，效果并不明显，对消除流体流态偏移（脉动流）的方法须要进一步研究。

欧美制定了API+NEI试验计划，并通过十多年的孔板流量计试验研究，在广泛的试验研究对比和利用最新测试手段及试验数据统计处理技术基础上，建立了16376个数据点的API +EEC数据库，在此基础上修订了新的计量标准。这些数据表明在流态不能发展到定常流的状况下，天然气计量值总是偏小的，这一结论与实流观察到的情况是一致的。

2.阻流件对流态及流态对孔板流量计的影响作用

阻流件通过影响天然气流态影响天然气孔板流量计，国际上和实流观察到的情况都是使计量值偏小。从这一点重新认识，可以发现，阻流件不论以何种形式进行组合，导致的结果必然是使流体流动偏离定常流态，从而产生计量误差，因此这种误差总是偏小，只是阻流件的形式不同，影响程度也不同。但并不是只要存在阻流件就会出现偏离流态的情况，需要各种工况达到条件才会产生影响，在小流量下阻流件并不影响计量；在大流量下就可能对流态造成影响，进而影响计量。在节流降压小的情况下，不影响计量；节流降压大的情况下，就可能造成流态偏移，表现为每种阻流件都有一定的适用条件（在该条件下不产生流态偏离），在超出其正常适用条件时即会发生流态偏移，产生脉动流，影响计量。

流体流态通过影响孔板流量计差压测量仪表，进而影响天然气流量。因此，差压仪表对天然气流体流动状态是非常敏感的。免费论文。在流体偏离定常流态时，差压显示仪表会产生波动，并且这种波动会随着流体偏离定常流态的程度增大而增大，天然气量误差也会随之同步增大。实际中发现差压波动时，真实流量为其在最大值时的流量。计量系统计算得出的往往是高低值中间的中间值。因此，在流体流态偏离定常流时，这种偏差甚至能达到12%以上，孔板流量计达不到精度要求。

实际中可以从以下方面确定流体流态偏离定常流态：

1）从差压仪表示值看是否偏离，这是最直观的判断方法，流体流态的变化情况直接反映在差压波动上，差压波动超过2%，就应该进行检查。

2）看计量直管段前是否存在阻流件，特别是节流件，存在阻流件时就应该引起注意，要对其进行论证和观察。

3）听气流流过的声音是否稳定。免费论文。

4）通过理论验算与建立对比流量测量装置，比对准确确定流体偏离流态计量问题。

3.结束语

流体流态对天然气计量有着深远的影响，稳定发展的定长流是天然气准确计量的前提和保证，当流体流态偏离定长流流态时，孔板流量计量值就开始偏小，这种偏离程度随流体偏离程度增大而增大，因此在用孔板流量计测量天然气流量时必须消除一切影响流体流态的因素。

【参考文献】
[1]黄和，游明定，李万俊，张福元等.用标准孔板流量计测量天然气流量(SY/T6143-2004).石油工业出版社,2004,11.
[2]丁祖荣.流体力学.高等教育出版社,2003,12.