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                            差压式湿气两相流量计的校准
                            发布时间:2021-5-10 08:31:02

                            摘要:伴随着工业技术⊙的不断发展,湿气流量的测量日ぷ益增多,湿气流量计的校准工作日益迫切,亟待解决。本文介绍了在湿气流量计量领域中广泛应用的差压式╳湿气两相流流量计的原理,并自动化工程学院的中压闭环湿气标定装置中对其进行了校准,对该流量计的气〇相和液相的不确定度■进行了评定,为今后开展相关流量计的【校准工作提供了参考和数据支持。
                            0引言
                              近年来,伴随着工业技术的不断发展,湿气流量的测量日益增多地出现在许多㊣工业领╱域中,如:天然气、石油开采■过程中产生的天然气和水混合的湿气〗;沸点较低的液体输送中产生的湿气;核电厂、热电厂中气化单元产生的湿气等。所谓湿气,是指在』总流体混合物中,气体体积在95%以上的气液两相︻流。液体是存在于湿气中的一种介⌒ 质,或者是多种介质,其以游离状◎态存在。例如,水以及液态的其□ 它化合物等。它是普遍存在于工业应用中以及自然界中的流√动现象[1,2]。尤其在气田开采过程中,天然气总是伴∩随着液态烃、水蒸气等◣一起产出,湿气计量的准确度与●开采方的经济效益和对气井的产〗出能力的了≡解程度息◥息相关。因此,越来越多的公司和研究机构开始重视湿气的计量准确度。
                            1差压式湿气两相流流量计
                              基于差压原理的湿气流量测量最早始于20世纪中期,在20世纪90年代初,伴随着欧洲的北海区域油气田的开发,大型天然气跨国公司资助相关国家的实验室开展针对油气田中湿气计量技〓术的研究[3]。其中,在湿气流量的计量领域取得重大突破,其研究的相关设备在湿气流量的计量过程中具有准确度高、稳定●性好等特点。从而系统地开展了对如喷嘴、孔板流量】计和锥形流量计为代表的典型差压原理流量计的湿气计量特△性研究,为进一步研究湿▼气中包含的气体和液体体积『奠定了基础。
                              以差压式的节流装置为测量流量的基本单元的差压◥式湿气流量计,广泛应用于湿气的计量,可实现气相、液相流㊣体的计量。气相部分的测量是基于差压原理的节流装置,以其简单的结构、较高的可靠性、低◥廉的成本、便□捷的维护且具有较高的准确度等优势,被广泛应用于两相流的工々作环境中,并能满足其他较多测量环境的需要,工作状态稳定且可靠。液相部分采用射线、微波、电容、差压、电↑导等方法,实现体积含液↘率的∮测量,同时结合液体密度♀和气体■组分等参数,可ξ 以实现气相流量◥的测量,以及气液两相流量∩的计量。
                            分体式湿气两相流量计工作原理图示
                              流量计常见的两种工作原♂理示意图如图1和图2所示。
                              其中,体积含气率和体积含液率●是两个湿气计量中的两个重︻要参数。体积含液率(LVF):工■况条件下,液体体积流量╳与总☆体积流量之比;体积含气率(GVF):工况条件下,气体体积流量与总体积流量之比。

                            2差压式湿』气两相流流量计的校准
                            2.1实验装置
                              该装置基于标准表法,由介质源、混合器、计量管道、水平环》管实验管段、垂▂直井筒实验管段、分离装置和计算机控制系统等部分组成。差压式湿气两相流实验是在水平环管实验管段上进行的▓,实验系统如图3所示。该▅装置的测量范围为:水,(0~16)m3/h;气,(0~1000)m3/h;测量不确定度◇为:水介质0.22%(k=2);空气介质0.36%(k=2)。

                              实验中所使用的两相介质分别为水和压缩空气㊣ 。水是由一台离心泵输入至稳压水↘塔中,采用水塔的自行溢流的方式为实验系统提供稳定的液相工作压力;空气由两台空气压缩机产生,经冷干机脱水降温后,输入至两个♀储气罐中,储气罐的容→积均为6m3。在计量管段和储气罐之间配备有稳压阀,以保证实验期间气ξ流的工作压力相对稳定。水和空∮气经引射器』混合后,通入实验管段。实验︼过程中,湿气经气液分离罐分离,空气经放气阀门排放,水则继续流入储水罐实现循环使用。整个实验↑过程中的数据采集和控制在工控机中完成。
                            2.2 校准实〓验及其︽不确定度评定
                               被校准流量计选用的差压式湿气流量计,型号为DN80(A)-0.55,流量范围(0~200);m3/h,其原理图如∩图4所示。
                            差压式湿气流ζ量计示意图
                              选取0.5qmax、GVF为97.5%流量测试点作为不确定度评定的案例进行分析,在该点▅下将湿气流量计测量3次,其校准结果见表1。

                            2.2.1气相不确定度评☆定
                              湿气流量计ω 的气相╳瞬时流量相对误差可由下式计算:

                            相对不确定度公式如下:

                            1)由重复多次◥测量引入的A类不确定→度分量由重复多次测量引入的不确※定度为:

                            2)由标准表处↓压力测量Ps所引入的B类不确定度分量
                              标准表处压力由▅绝压变送器测量,该绝压变送〓器测量范围为(0~2)MPa,对应∏的输出电流范围是(4~20)mA。该流量点的压力为1.3MPa,对应输出电流值为14.4mA。绝压变送器的※校准证书中,其扩卐展不确定▽度为U(Ps)=0.004(mA)(k=2),则


                            3)由标准装置引入的B类不确定度分量
                              标准装置的气相流量测量相对扩展不确定度◆为Urel(qs)=0.36%(k=2),则

                            4)压缩因子Z的不确定度
                              压缩因子的允许误∑差是0.01%,按矩形分布计算,则标准表处空气压缩因子和标准状态下空气压缩因子的不ξ确定度为:

                            5)标准表处温度测量所引入的B类不确定度分量
                              标准表处温度由一①体化温度变送器测量。由该一体化温度变送器的◤校准证书可得,其扩展不∞确定度为:U(Ts)=0.1(℃)(k=2),则

                              综上所述,在GVF为97.5%、0.5qmax的流量点下,该湿气流量计的气▲相误差为-2.93%,测量结果扩↓展不确定度为:Up(g)=0.38%(k=2)。
                            2.2.2液相流量的Ψ测量不确定度评定
                              湿々气流量计的液相瞬时流量测量,其相对误差由下式计算:

                            相对不确定度公式为:

                            1)重复多次测量所引入的∞A类不确定度分量由重复多次测量引入的不确定度为:

                            2)标准装置所引入的☉B类不确定度分量
                              查湿气两相流量标准装置的校准证【书可知,液相测量相对扩展不确定度╲为Urel(qs)=0.22%(k=2),则

                              因此,在GVF为97.5%,0.5qmax流量点下,该湿气流量计液◥相误差为1.47%,液相测量结果扩展不确定度为Up(l)=0.454%(k=2)。


                            3总结
                              本文介绍了广泛应用于湿气流量计量领域的差压式湿气两Ψ相流流量计的原理,并在天津大学电气与自动化工程↑学院的中压闭环湿气标定装置中对其进行了校准,对该流量计的气相和液相的不确定度进行了〖评定。伴随着工业技术的不断发展及其对能源日益增加『的需求,湿气流量√的测量将会越来越多地出现在诸多的工业领域中。研究湿气流量的计量践行了国家质检总局“计量支撑产∑ 业发展”的理念,为今后开展相关差压式湿气流量计的校准工ω 作提供了参考和数据支持,并为支撑国家以及区域经济发展∑转型贡☆献一份力量。

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