基于SY/T6143-2004標準的天然氣孔板流量計算軟件

余濤 大慶油田天然氣分公司

天然氣管道的迅速發(fā)展要求對天然氣流量進行更加準確的計量。由于孔板計量結構簡單，投資少，計量精度較高，因此其成了國內(nèi)天然氣流量最主要的計量方式，在各大油田均有廣泛的應用。

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

2004年7月，國家發(fā)改委發(fā)布SY/T6143-2004用標準孔板流量計測量天然氣流量代替原SY/T6143-1996標準。新標準在天然氣流量計算、孔板開孔直徑的計算以及配套差壓變送器等儀表的選型等方面與老標準存在很大的差異。為此，以新標準為基礎，設計了一套集孔板流量計算、選型為一體的計算軟件。采用該軟件可提高孔板流量計量的精度，精確計算孔板開孔直徑，準確對配套差壓變送器等儀表進行選型。

1 新舊標準對比

新標準SY/T6143-2004相對于舊標準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)的算法上進行了適當?shù)男拚?/p>

中國計量協(xié)會通過詳細的實驗證明:與舊標準相比，新標準無論是在孔板計量的不確定性還是天然氣流量計算的精度方面都有很大提高。

在軟件設計上，目前國內(nèi)現(xiàn)有天然氣孔板流量計算軟件對于某些參數(shù)的計算采用查表近似的方法，計算算法采用模糊計算法；程序確定流量計算公式中的重要因數(shù)采用查表近似的方法，計算方法采用模糊計算法。2004年7月，國家發(fā)改委發(fā)布了SY/T6143-2004用標準孔板流量計測量天然氣流量的新標準。新標準規(guī)定計算公式中重點因數(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，只供檢驗計算程序用。標準還規(guī)定天然氣流量計算程序不能使用模糊計算法，應使用標準P97提供的迭代計算的方法。這就否定了目前國內(nèi)孔板流量計算系統(tǒng)的核心程序。

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

2 體積流量計算實用公式

天然氣體積流量計算實用公式為

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

在本軟件中，孔板流量計算的核心公式為天然氣體積流量計算實用公式。

3 軟件簡介

本軟件采用虛擬儀器軟件LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）編寫。LabVIEW是一種用圖標代替文本行創(chuàng)建應用程序的圖形化編程語言。該軟件提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進行原理研究、設計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。

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

本軟件主程序由4個部分構成：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流量計算界面，通過輸入測量管內(nèi)徑、孔板開孔直徑、氣流溫度、氣流差壓、壓力表表壓、當?shù)卮髿鈮旱葏?shù)，計算出體積流量、孔板直徑比、氣體雷諾系數(shù)、氣體相對密度等參數(shù)；③孔板設計界面，通過輸入測量管內(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?shù)爻Ｓ么髿鈮旱葏?shù)，計算出孔板直徑比、孔板直徑、氣體雷諾系數(shù)、氣體相對密度等參數(shù)；④差壓計算界面，通過輸入測量管內(nèi)徑、孔板直徑、常用流量、氣流常用溫度、氣流常用表靜壓、當?shù)爻Ｓ么髿鈮旱葏?shù)，計算出常用差壓、氣體雷諾系數(shù)、氣體相對密度、氣流等參數(shù)。

大慶市計量儀表檢定中心做了檢測實驗。已知測量管內(nèi)徑為259.38mm，孔板開孔直徑為150.25 mm，測量管材質(zhì)為20鋼新無縫鋼管，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?shù)卮髿鈮?.098 1MPa；測量氣體相對密度0.664，實際氣體流量為29348m3/h。

實驗結論為：選用老標準計算的氣體流量為29028m3/h；選用新標準模糊計算法計算的氣體流量為29198m3/h；選用目前天然氣公司在用的813流量計算軟件計算的氣體流量為28848m3/h；采用本軟件計算的氣體流量為29333m3/h。

實驗證明，采用本軟件計算天然氣體積流量計量誤差最小，計量精度最高，計量誤差從2%減小至0.5%。

4 結語

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