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摘要：伴隨著工業技術的不斷發展，濕氣流量的測量日益增多，濕氣流量計的校準工作日益迫切，亟待解決。本文介紹了在濕氣流量計量領域中廣泛應用的差壓式濕氣兩相流流量計的原理，并自動化工程學院的中壓閉環濕氣標定裝置中對其進行了校準，對該流量計的氣相和液相的不確定度進行了評定，為今后開展相關流量計的校準工作提供了參考和數據支持。
0引言
　　近年來，伴隨著工業技術的不斷發展，濕氣流量的測量日益增多地出現在許多工業領域中，如：天然氣、石油開采過程中產生的天然氣和水混合的濕氣；沸點較低的液體輸送中產生的濕氣；核電廠、熱電廠中氣化單元產生的濕氣等。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，或者是多種介質，其以游離狀態存在。例如，水以及液態的其它化合物等。它是普遍存在于工業應用中以及自然界中的流動現象[1,2]。尤其在氣田開采過程中，天然氣總是伴隨著液態烴、水蒸氣等一起產出，濕氣計量的精度與開采方的經濟效益和對氣井的產出能力的了解程度息息相關。因此，越來越多的公司和研究機構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世紀中期，在20世紀90年代初，伴隨著歐洲的北海區域油氣田的開發，大型天然氣跨國公司資助相關國家的實驗室開展針對油氣田中濕氣計量技術的研究[3]。其中，在濕氣流量的計量領域取得重大突破，其研究的相關設備在濕氣流量的計量過程中具有精度高、穩定性好等特點。從而系統地開展了對如噴嘴、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，為進一步研究濕氣中包含的氣體和液體體積奠定了基礎。
　　以差壓式的節流裝置為測量流量的基本單元的差壓式濕氣流量計，廣泛應用于濕氣的計量，可實現氣相、液相流體的計量。氣相部分的測量是基于差壓原理的節流裝置，以其簡單的結構、較高的可靠性、低廉的成本、便捷的維護且具有較高的精度等優勢，被廣泛應用于兩相流的工作環境中，并能滿足其他較多測量環境的需要，工作狀態穩定且可靠。液相部分采用射線、微波、電容、差壓、電導等方法，實現體積含液率的測量，同時結合液體密度和氣體組分等參數，可以實現氣相流量的測量，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。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
2.1實驗裝置
　　該裝置基于標準表法，由介質源、混合器、計量管道、水平環管實驗管段、垂直井筒實驗管段、分離裝置和計算機控制系統等部分組成。差壓式濕氣兩相流實驗是在水平環管實驗管段上進行的，實驗系統如圖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0.22%(k=2);空氣介質0.36%(k=2)。

　　實驗中所使用的兩相介質分別為水和壓縮空氣。水是由一臺離心泵輸入至穩壓水塔中，采用水塔的自行溢流的方式為實驗系統提供穩定的液相工作壓力；空氣由兩臺空氣壓縮機產生，經冷干機脫水降溫后，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壓閥，以保證實驗期間氣流的工作壓力相對穩定。水和空氣經引射器混合后，通入實驗管段。實驗過程中，濕氣經氣液分離罐分離，空氣經放氣閥門排放，水則繼續流入儲水罐實現循環使用。整個實驗過程中的數據采集和控制在工控機中完成。
2.2 校準實驗及其不確定度評定
　　 被校準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%流量測試點作為不確定度評定的案例進行分析，在該點下將濕氣流量計測量3次，其校準結果見表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）由重復多次測量引入的A類不確定度分量由重復多次測量引入的不確定度為：

2）由標準表處壓力測量Ps所引入的B類不確定度分量
　　標準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，對應的輸出電流范圍是(4~20)mA。該流量點的壓力為1.3MPa，對應輸出電流值為14.4mA。絕壓變送器的校準證書中，其擴展不確定度為U(Ps)=0.004(mA)（k=2），則


3）由標準裝置引入的B類不確定度分量
　　標準裝置的氣相流量測量相對擴展不確定度為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，則標準表處空氣壓縮因子和標準狀態下空氣壓縮因子的不確定度為：

5）標準表處溫度測量所引入的B類不確定度分量
　　標準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證書可得，其擴展不確定度為：U(Ts)=0.1(℃)(k=2)，則

　　綜上所述，在GVF為97.5%、0.5qmax的流量點下，該濕氣流量計的氣相誤差為-2.93%，測量結果擴展不確定度為：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）重復多次測量所引入的A類不確定度分量由重復多次測量引入的不確定度為：

2）標準裝置所引入的B類不確定度分量
　　查濕氣兩相流量標準裝置的校準證書可知，液相測量相對擴展不確定度為Urel(qs)=0.22%（k=2），則

　　因此，在GVF為97.5%，0.5qmax流量點下，該濕氣流量計液相誤差為1.47%，液相測量結果擴展不確定度為Up(l)=0.454%（k=2）。


3總結
　　本文介紹了廣泛應用于濕氣流量計量領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院的中壓閉環濕氣標定裝置中對其校準，對該流量計的氣相和液相的不確定度進行了評定。伴隨著工業技術的不斷發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在諸多的工業領域中。濕氣流量的計量踐行了國家質檢總局“計量支撐產業發展”的理念，為今后開展相關差壓式濕氣流量計的校準工作提供了參考和數據支持，并為支撐國家以及區域經濟發展轉型貢獻一份力量。

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