摘要：伴隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，濕氣流量的測量日益增多，濕氣流量計的校準(zhǔn)工作日益迫切，亟待解決。本文介紹了在濕氣流量計量領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的差壓式濕氣兩相流流量計的原理，并自動化工程學(xué)院的中壓閉環(huán)濕氣標(biāo)定裝置中對其進(jìn)行了校準(zhǔn)，對該流量計的氣相和液相的不確定度進(jìn)行了評定，為今后開展相關(guān)流量計的校準(zhǔn)工作提供了參考和數(shù)據(jù)支持。
0引言
　　近年來，伴隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，濕氣流量的測量日益增多地出現(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現(xiàn)象[1,2]。尤其在氣田開采過程中，天然氣總是伴隨著液態(tài)烴、水蒸氣等一起產(chǎn)出，濕氣計量的精度與開采方的經(jīng)濟(jì)效益和對氣井的產(chǎn)出能力的了解程度息息相關(guān)。因此，越來越多的公司和研究機(jī)構(gòu)開始重視濕氣的計量精度。
1差壓式濕氣兩相流流量計
　　基于差壓原理的濕氣流量測量最早始于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)，大型天然氣跨國公司資助相關(guān)國家的實(shí)驗(yàn)室開展針對油氣田中濕氣計量技術(shù)的研究[3]。其中，在濕氣流量的計量領(lǐng)域取得重大突破，其研究的相關(guān)設(shè)備在濕氣流量的計量過程中具有精度高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。從而系統(tǒng)地開展了對如噴嘴、孔板流量計和錐形流量計為代表的典型差壓原理流量計的濕氣計量特性研究，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)流裝置為測量流量的基本單元的差壓式濕氣流量計，廣泛應(yīng)用于濕氣的計量，可實(shí)現(xiàn)氣相、液相流體的計量。氣相部分的測量是基于差壓原理的節(jié)流裝置，以其簡單的結(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，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)體積含液率的測量，同時結(jié)合液體密度和氣體組分等參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)氣相流量的測量，以及氣液兩相流量的計量。

　　流量計常見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濕氣計量中的兩個重要參數(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。該裝置的測量范圍為：水，（0～16）m3/h；氣,(0~1000)m3/h;測量不確定度為: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，輸入至兩個儲氣罐中，儲氣罐的容積均為6m3。在計量管段和儲氣罐之間配備有穩(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)流入儲水罐實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。整個實(shí)驗(yàn)過程中的數(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)及其不確定度評定
　　 被校準(zhǔn)流量計選用的差壓式濕氣流量計，型號為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%流量測試點(diǎn)作為不確定度評定的案例進(jìn)行分析，在該點(diǎn)下將濕氣流量計測量3次，其校準(zhǔn)結(jié)果見表1。

2.2.1氣相不確定度評定
　　濕氣流量計的氣相瞬時流量相對誤差可由下式計算：

相對不確定度公式如下：

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

2）由標(biāo)準(zhǔn)表處壓力測量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量，該絕壓變送器測量范圍為(0~2)MPa，對應(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)裝置的氣相流量測量相對擴(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，該濕氣流量計的氣相誤差為-2.93%，測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為：Up(g)=0.38%（k=2）。
2.2.2液相流量的測量不確定度評定
　　濕氣流量計的液相瞬時流量測量，其相對誤差由下式計算：

相對不確定度公式為：

1）重復(fù)多次測量所引入的A類不確定度分量由重復(fù)多次測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，液相測量相對擴(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，該濕氣流量計液相誤差為1.47%，液相測量結(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)用于濕氣流量計量領(lǐng)域的差壓式濕氣兩相流流量計的原理，并在電氣與自動化工程學(xué)院的中壓閉環(huán)濕氣標(biāo)定裝置中對其校準(zhǔn)，對該流量計的氣相和液相的不確定度進(jìn)行了評定。伴隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展及其對能源日益增加的需求，濕氣流量的測量將會越來越多地出現(xiàn)在諸多的工業(yè)領(lǐng)域中。濕氣流量的計量踐行了國家質(zhì)檢總局“計量支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展”的理念，為今后開展相關(guān)差壓式濕氣流量計的校準(zhǔn)工作提供了參考和數(shù)據(jù)支持，并為支撐國家以及區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)一份力量。

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