摘要：伴隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，濕氣流量的測(cè)量日益增多，濕氣流量計(jì)的校準(zhǔn)工作日益迫切，亟待解決。本文介紹了在濕氣流量計(jì)量領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的差壓式濕氣兩相流流量計(jì)的原理，并自動(dòng)化工程學(xué)院的中壓閉環(huán)濕氣標(biāo)定裝置中對(duì)其進(jìn)行了校準(zhǔn)，對(duì)該流量計(jì)的氣相和液相的不確定度進(jìn)行了評(píng)定，為今后開展相關(guān)流量計(jì)的校準(zhǔn)工作提供了參考和數(shù)據(jù)支持。
0引言
　　近年來(lái)，伴隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，濕氣流量的測(cè)量日益增多地出現(xiàn)在許多工業(yè)領(lǐng)域中，如：天然氣、石油開采過(guò)程中產(chǎn)生的天然氣和水混合的濕氣；沸點(diǎn)較低的液體輸送中產(chǎn)生的濕氣；核電廠、熱電廠中氣化單元產(chǎn)生的濕氣等。所謂濕氣，是指在總流體混合物中，氣體體積在95%以上的氣液兩相流。液體是存在于濕氣中的一種介質(zhì)，或者是多種介質(zhì)，其以游離狀態(tài)存在。例如，水以及液態(tài)的其它化合物等。它是普遍存在于工業(yè)應(yīng)用中以及自然界中的流動(dòng)現(xiàn)象[1,2]。尤其在氣田開采過(guò)程中，天然氣總是伴隨著液態(tài)烴、水蒸氣等一起產(chǎn)出，濕氣計(jì)量的精度與開采方的經(jīng)濟(jì)效益和對(duì)氣井的產(chǎn)出能力的了解程度息息相關(guān)。因此，越來(lái)越多的公司和研究機(jī)構(gòu)開始重視濕氣的計(jì)量精度。
1差壓式濕氣兩相流流量計(jì)
　　基于差壓原理的濕氣流量測(cè)量最早始于20世紀(jì)中期，在20世紀(jì)90年代初，伴隨著歐洲的北海區(qū)域油氣田的開發(fā)，大型天然氣跨國(guó)公司資助相關(guān)國(guó)家的實(shí)驗(yàn)室開展針對(duì)油氣田中濕氣計(jì)量技術(shù)的研究[3]。其中，在濕氣流量的計(jì)量領(lǐng)域取得重大突破，其研究的相關(guān)設(shè)備在濕氣流量的計(jì)量過(guò)程中具有精度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。從而系統(tǒng)地開展了對(duì)如噴嘴、孔板流量計(jì)和錐形流量計(jì)為代表的典型差壓原理流量計(jì)的濕氣計(jì)量特性研究，為進(jìn)一步研究濕氣中包含的氣體和液體體積奠定了基礎(chǔ)。
　　以差壓式的節(jié)流裝置為測(cè)量流量的基本單元的差壓式濕氣流量計(jì)，廣泛應(yīng)用于濕氣的計(jì)量，可實(shí)現(xiàn)氣相、液相流體的計(jì)量。氣相部分的測(cè)量是基于差壓原理的節(jié)流裝置，以其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、較高的可靠性、低廉的成本、便捷的維護(hù)且具有較高的精度等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于兩相流的工作環(huán)境中，并能滿足其他較多測(cè)量環(huán)境的需要，工作狀態(tài)穩(wěn)定且可靠。液相部分采用射線、微波、電容、差壓、電導(dǎo)等方法，實(shí)現(xiàn)體積含液率的測(cè)量，同時(shí)結(jié)合液體密度和氣體組分等參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)氣相流量的測(cè)量，以及氣液兩相流量的計(jì)量。

　　流量計(jì)常見(jiàn)的兩種工作原理示意圖如圖1和圖2所示。
　　其中，體積含氣率和體積含液率是兩個(gè)濕氣計(jì)量中的兩個(gè)重要參數(shù)。體積含液率（LVF）：工況條件下，液體體積流量與總體積流量之比；體積含氣率（GVF）：工況條件下，氣體體積流量與總體積流量之比。

2差壓式濕氣兩相流流量計(jì)的校準(zhǔn)
2.1實(shí)驗(yàn)裝置
　　該裝置基于標(biāo)準(zhǔn)表法，由介質(zhì)源、混合器、計(jì)量管道、水平環(huán)管實(shí)驗(yàn)管段、垂直井筒實(shí)驗(yàn)管段、分離裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等部分組成。差壓式濕氣兩相流實(shí)驗(yàn)是在水平環(huán)管實(shí)驗(yàn)管段上進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖3所示。該裝置的測(cè)量范圍為：水，（0～16）m3/h；氣,(0~1000)m3/h;測(cè)量不確定度為:水介質(zhì)0.22%(k=2);空氣介質(zhì)0.36%(k=2)。

　　實(shí)驗(yàn)中所使用的兩相介質(zhì)分別為水和壓縮空氣。水是由一臺(tái)離心泵輸入至穩(wěn)壓水塔中，采用水塔的自行溢流的方式為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的液相工作壓力；空氣由兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生，經(jīng)冷干機(jī)脫水降溫后，輸入至兩個(gè)儲(chǔ)氣罐中，儲(chǔ)氣罐的容積均為6m3。在計(jì)量管段和儲(chǔ)氣罐之間配備有穩(wěn)壓閥，以保證實(shí)驗(yàn)期間氣流的工作壓力相對(duì)穩(wěn)定。水和空氣經(jīng)引射器混合后，通入實(shí)驗(yàn)管段。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，濕氣經(jīng)氣液分離罐分離，空氣經(jīng)放氣閥門排放，水則繼續(xù)流入儲(chǔ)水罐實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集和控制在工控機(jī)中完成。
2.2 校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)及其不確定度評(píng)定
　　 被校準(zhǔn)流量計(jì)選用的差壓式濕氣流量計(jì)，型號(hào)為DN80(A)-0.55，流量范圍（0～200）；m3/h，其原理圖如圖4所示。

　　選取0.5qmax、GVF為97.5%流量測(cè)試點(diǎn)作為不確定度評(píng)定的案例進(jìn)行分析，在該點(diǎn)下將濕氣流量計(jì)測(cè)量3次，其校準(zhǔn)結(jié)果見(jiàn)表1。

2.2.1氣相不確定度評(píng)定
　　濕氣流量計(jì)的氣相瞬時(shí)流量相對(duì)誤差可由下式計(jì)算：

相對(duì)不確定度公式如下：

1）由重復(fù)多次測(cè)量引入的A類不確定度分量由重復(fù)多次測(cè)量引入的不確定度為：

2）由標(biāo)準(zhǔn)表處壓力測(cè)量Ps所引入的B類不確定度分量
　　標(biāo)準(zhǔn)表處壓力由絕壓變送器測(cè)量，該絕壓變送器測(cè)量范圍為(0~2)MPa，對(duì)應(yīng)的輸出電流范圍是(4~20)mA。該流量點(diǎn)的壓力為1.3MPa，對(duì)應(yīng)輸出電流值為14.4mA。絕壓變送器的校準(zhǔn)證書中，其擴(kuò)展不確定度為U(Ps)=0.004(mA)（k=2），則


3）由標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的B類不確定度分量
　　標(biāo)準(zhǔn)裝置的氣相流量測(cè)量相對(duì)擴(kuò)展不確定度為Urel(qs)=0.36%(k=2)，則

4）壓縮因子Z的不確定度
　　壓縮因子的允許誤差是0.01%，按矩形分布計(jì)算，則標(biāo)準(zhǔn)表處空氣壓縮因子和標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣壓縮因子的不確定度為：

5）標(biāo)準(zhǔn)表處溫度測(cè)量所引入的B類不確定度分量
　　標(biāo)準(zhǔn)表處溫度由一體化溫度變送器測(cè)量。由該一體化溫度變送器的校準(zhǔn)證書可得，其擴(kuò)展不確定度為：U(Ts)=0.1(℃)(k=2)，則

　　綜上所述，在GVF為97.5%、0.5qmax的流量點(diǎn)下，該濕氣流量計(jì)的氣相誤差為-2.93%，測(cè)量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為：Up(g)=0.38%（k=2）。
2.2.2液相流量的測(cè)量不確定度評(píng)定
　　濕氣流量計(jì)的液相瞬時(shí)流量測(cè)量，其相對(duì)誤差由下式計(jì)算：

相對(duì)不確定度公式為：

1）重復(fù)多次測(cè)量所引入的A類不確定度分量由重復(fù)多次測(cè)量引入的不確定度為：

2）標(biāo)準(zhǔn)裝置所引入的B類不確定度分量
　　查濕氣兩相流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的校準(zhǔn)證書可知，液相測(cè)量相對(duì)擴(kuò)展不確定度為Urel(qs)=0.22%（k=2），則

　　因此，在GVF為97.5%，0.5qmax流量點(diǎn)下，該濕氣流量計(jì)液相誤差為1.47%，液相測(cè)量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為Up(l)=0.454%（k=2）。


3總結(jié)
　　本文介紹了廣泛應(yīng)用于濕氣流量計(jì)量領(lǐng)域的差壓式濕氣兩相流流量計(jì)的原理，并在電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院的中壓閉環(huán)濕氣標(biāo)定裝置中對(duì)其校準(zhǔn)，對(duì)該流量計(jì)的氣相和液相的不確定度進(jìn)行了評(píng)定。伴隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展及其對(duì)能源日益增加的需求，濕氣流量的測(cè)量將會(huì)越來(lái)越多地出現(xiàn)在諸多的工業(yè)領(lǐng)域中。濕氣流量的計(jì)量踐行了國(guó)家質(zhì)檢總局“計(jì)量支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展”的理念，為今后開展相關(guān)差壓式濕氣流量計(jì)的校準(zhǔn)工作提供了參考和數(shù)據(jù)支持，并為支撐國(guó)家以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)一份力量。

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