基于SY/T6143-2004標(biāo)準(zhǔn)的天然氣孔板流量計(jì)算軟件

余濤 大慶油田天然氣分公司

天然氣管道的迅速發(fā)展要求對(duì)天然氣流量進(jìn)行更加準(zhǔn)確的計(jì)量。由于孔板計(jì)量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，計(jì)量精度較高，因此其成了國(guó)內(nèi)天然氣流量最主要的計(jì)量方式，在各大油田均有廣泛的應(yīng)用。

大慶油田天然氣分公司天然氣計(jì)量主要采用孔板流量計(jì)，目前共有孔板流量計(jì)204套。分公司現(xiàn)用孔板計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)算公式、孔板開孔直徑的計(jì)算公式及孔板流量計(jì)配套差壓儀表的選型計(jì)算公式均采用SY/T6143-1996天然氣流量標(biāo)準(zhǔn)孔板的計(jì)量公式。

2004年7月，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布SY/T6143-2004用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量代替原SY/T6143-1996標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)在天然氣流量計(jì)算、孔板開孔直徑的計(jì)算以及配套差壓變送器等儀表的選型等方面與老標(biāo)準(zhǔn)存在很大的差異。為此，以新標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一套集孔板流量計(jì)算、選型為一體的計(jì)算軟件。采用該軟件可提高孔板流量計(jì)量的精度，精確計(jì)算孔板開孔直徑，準(zhǔn)確對(duì)配套差壓變送器等儀表進(jìn)行選型。

1 新舊標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

新標(biāo)準(zhǔn)SY/T6143-2004相對(duì)于舊標(biāo)準(zhǔn)SY/T6143-1996在參數(shù)流出系數(shù)C、可膨脹性系數(shù)ε以及孔板膨脹系數(shù)的算法上進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男拚?/p>

中國(guó)計(jì)量協(xié)會(huì)通過(guò)詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)證明:與舊標(biāo)準(zhǔn)相比，新標(biāo)準(zhǔn)無(wú)論是在孔板計(jì)量的不確定性還是天然氣流量計(jì)算的精度方面都有很大提高。

在軟件設(shè)計(jì)上，目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有天然氣孔板流量計(jì)算軟件對(duì)于某些參數(shù)的計(jì)算采用查表近似的方法，計(jì)算算法采用模糊計(jì)算法；程序確定流量計(jì)算公式中的重要因數(shù)采用查表近似的方法，計(jì)算方法采用模糊計(jì)算法。2004年7月，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布了SY/T6143-2004用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)測(cè)量天然氣流量的新標(biāo)準(zhǔn)。新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定計(jì)算公式中重點(diǎn)因數(shù)的表內(nèi)數(shù)據(jù)間隔較大，表內(nèi)數(shù)據(jù)不提供精確內(nèi)插，更不得外推，只供檢驗(yàn)計(jì)算程序用。標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定天然氣流量計(jì)算程序不能使用模糊計(jì)算法，應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)P97提供的迭代計(jì)算的方法。這就否定了目前國(guó)內(nèi)孔板流量計(jì)算系統(tǒng)的核心程序。

開發(fā)新的天然氣孔板流量計(jì)算軟件，該軟件采用SY/T6143-2004標(biāo)準(zhǔn)中提供的參數(shù)計(jì)算方法進(jìn)行精確計(jì)算。例如，確定超壓縮因子FZ依據(jù)GB/T17747.2標(biāo)準(zhǔn)中提供的計(jì)算方法；計(jì)算方法嚴(yán)格按照新標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的迭代計(jì)算方法，并根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)P21提供的公式，計(jì)算出天然氣的質(zhì)量流量和能量流量，提高了天然氣孔板流量計(jì)算的精確度。

2 體積流量計(jì)算實(shí)用公式

天然氣體積流量計(jì)算實(shí)用公式為

式中 AS=3.1794×10-6；E為漸進(jìn)速度系數(shù)；FG為相對(duì)密度系數(shù)；FZ為超壓縮因子；FT為流動(dòng)溫度系數(shù)； p1為孔板上游取壓孔絕對(duì)靜壓；Δp為差壓。

在本軟件中，孔板流量計(jì)算的核心公式為天然氣體積流量計(jì)算實(shí)用公式。

3 軟件簡(jiǎn)介

本軟件采用虛擬儀器軟件LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）編寫。LabVIEW是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言。該軟件提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。

孔板流量計(jì)計(jì)算軟件采用LabVIEW編寫具有如下優(yōu)點(diǎn)：①界面友好，交互操作靈活方便，程序運(yùn)行穩(wěn)定，適用于各種配置的計(jì)算機(jī)；②軟件可以非常容易地和現(xiàn)場(chǎng)的儀器儀表連接，如可以方便地完成在線計(jì)算；③擴(kuò)展能力很強(qiáng)，可以方便地完成信息的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。

本軟件主程序由4個(gè)部分構(gòu)成：①初始條件輸入界面，用于輸入天然氣的摩爾組分、氣體密度、孔板材料等初始條件；②流量計(jì)算界面，通過(guò)輸入測(cè)量管內(nèi)徑、孔板開孔直徑、氣流溫度、氣流差壓、壓力表表壓、當(dāng)?shù)卮髿鈮旱葏?shù)，計(jì)算出體積流量、孔板直徑比、氣體雷諾系數(shù)、氣體相對(duì)密度等參數(shù)；③孔板設(shè)計(jì)界面，通過(guò)輸入測(cè)量管內(nèi)徑、常用流量、氣流常用溫度、氣流常用差壓、氣流常用表靜壓、當(dāng)?shù)爻Ｓ么髿鈮旱葏?shù)，計(jì)算出孔板直徑比、孔板直徑、氣體雷諾系數(shù)、氣體相對(duì)密度等參數(shù)；④差壓計(jì)算界面，通過(guò)輸入測(cè)量管內(nèi)徑、孔板直徑、常用流量、氣流常用溫度、氣流常用表靜壓、當(dāng)?shù)爻Ｓ么髿鈮旱葏?shù)，計(jì)算出常用差壓、氣體雷諾系數(shù)、氣體相對(duì)密度、氣流等參數(shù)。

大慶市計(jì)量?jī)x表檢定中心做了檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。已知測(cè)量管內(nèi)徑為259.38mm，孔板開孔直徑為150.25 mm，測(cè)量管材質(zhì)為20鋼新無(wú)縫鋼管，孔板材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti，氣流溫度為15℃，氣流差壓為12.5 kPa，氣流最大靜壓為1.48MPa，當(dāng)?shù)卮髿鈮?.098 1MPa；測(cè)量氣體相對(duì)密度0.664，實(shí)際氣體流量為29348m3/h。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論為：選用老標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的氣體流量為29028m3/h；選用新標(biāo)準(zhǔn)模糊計(jì)算法計(jì)算的氣體流量為29198m3/h；選用目前天然氣公司在用的813流量計(jì)算軟件計(jì)算的氣體流量為28848m3/h；采用本軟件計(jì)算的氣體流量為29333m3/h。

實(shí)驗(yàn)證明，采用本軟件計(jì)算天然氣體積流量計(jì)量誤差最小，計(jì)量精度最高，計(jì)量誤差從2%減小至0.5%。

4 結(jié)語(yǔ)

新開發(fā)軟件具有使用方便、計(jì)算準(zhǔn)確、調(diào)整參數(shù)靈活快捷等特點(diǎn)。使用該軟件可精確計(jì)算天然氣流量，精確設(shè)計(jì)孔板開孔直徑，更準(zhǔn)確地選擇孔板流量計(jì)的配套差壓儀表，其運(yùn)算結(jié)果完全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)SY/T6143-2004的規(guī)定；并使標(biāo)準(zhǔn)孔板的計(jì)算工作從繁瑣的查圖查表和大量的計(jì)算過(guò)程中解脫出來(lái)，提高工作效率，滿足大慶油田天然氣分公司天然氣計(jì)量管理工作的需要，為提高天然氣的計(jì)量精度，保證公司的經(jīng)濟(jì)效益發(fā)揮了積極作用。