摘要：以標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置為例，首先介紹了天然氣流量計(jì)檢定的原理，然后對檢定工況參數(shù)不穩(wěn)定或工況參數(shù)測量不準(zhǔn)確對檢定結(jié)果的影響進(jìn)行定性和定量計(jì)算分析，最后對保證流量計(jì)檢定結(jié)果準(zhǔn)確可靠的措施及多種不同工藝的流量核查方案進(jìn)行研究和討論。實(shí)踐證明，流量核查技術(shù)的應(yīng)用是保證流量計(jì)檢定結(jié)果準(zhǔn)確可靠的有效措施。
0引言
　　天然氣流量計(jì)實(shí)流檢定是一個(gè)多參數(shù)組合測量過程，影響檢定數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的因素較多。檢定工況參數(shù)不穩(wěn)定，參數(shù)測量結(jié)果不準(zhǔn)確，標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的性能發(fā)生變化等都會影響檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。要準(zhǔn)確開展天然氣流量計(jì)量，必須對這些影響因素進(jìn)行充分的研究和分析，并采取必要的技術(shù)措施。
1流量計(jì)檢定的原理
　　采用標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定流量計(jì)依據(jù)的是流體流動(dòng)的連續(xù)性原理，即質(zhì)量守恒原理［1］，如圖1所示。

　　標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)MM和被檢流量計(jì)MUT用管道連接，在測試時(shí)間內(nèi)，流入標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)MM的質(zhì)量流量為m1，流入被檢流量計(jì)MUT的質(zhì)量流量為m2，標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和被檢流量計(jì)間管容內(nèi)質(zhì)量變化量為Δm，則:
m1=m2+Δm(1)
當(dāng)流動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，Δm=0，所以
m1=m2(2)
　　亦即天然氣流量計(jì)的檢定是在穩(wěn)定條件下使天然氣連續(xù)流過標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和被檢流量計(jì)，記錄在相同時(shí)間間隔內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和被檢流量計(jì)的測量值，通過計(jì)算被檢流量計(jì)的示值誤差和重復(fù)性等計(jì)量性能參數(shù)，來判斷流量計(jì)檢定是否合格［2］。
流量計(jì)示值誤差可用式(3)和式(4)計(jì)算:

　　式中:E為被檢流量計(jì)的相對示值誤差，%;Qm為被檢流量計(jì)的累積流量，m3;Qs，m為標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的累積流量換算到被檢流量計(jì)處工況條件下的流量值，m3;Qs，s為標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的累積流量，m3;p為天然氣的壓力，MPa;T為天然氣的溫度，K;Z為天然氣的壓縮因子。下標(biāo)s表示標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)處的參數(shù)，下標(biāo)m表示被檢流量計(jì)處的參數(shù)。
2影響檢定結(jié)果的因素分析
2.1工況參數(shù)穩(wěn)定性的影響
　　由式(1)可見，當(dāng)檢定過程中工況參數(shù)不穩(wěn)定時(shí)，m1≠m2，亦即流過標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和被檢流量計(jì)的量值不一致，此時(shí)用式(3)計(jì)算得的示值誤差不能準(zhǔn)確地反映流量計(jì)的真實(shí)特性。
　　由于在一次檢定過程中天然氣組分變化不大，所以，此處只考慮壓力和溫度變化的影響。根據(jù)狀態(tài)方程，管容內(nèi)天然氣的質(zhì)量變化量可用式(5)計(jì)算。

　　式中:p為管容內(nèi)天然氣壓力，Pa;V為管容，m3;M為天然氣摩爾質(zhì)量，kg·kmol－1;Z為管容內(nèi)天然氣的壓縮因子;Ｒ為通用氣體常數(shù)，J/(mol·K);T為管容內(nèi)天然氣溫度，K。
　　以一組實(shí)際檢定數(shù)據(jù)為例，分別給出壓力和溫度變化對流量計(jì)檢定結(jié)果的影響。
　　檢定一臺DN250流量計(jì)，每次檢定時(shí)間為60s;在流量為5600m3/h下，使用5臺并聯(lián)安裝的標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)，在流量為580m3/h下，使用1臺標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)，初始檢定結(jié)果如表1和表2所示。該標(biāo)準(zhǔn)表與被檢表之間管道的容積為9.778m3，累積質(zhì)量分別為4451.96kg和466.18kg。

檢定參數(shù)變化引起附加管容中質(zhì)量變化對示值誤差的影響用式(6)計(jì)算:

　　假設(shè)檢定過程中壓力變化±5kPa，溫度變化±0.2℃，對檢定結(jié)果的影響見表3和表4。
　　檢定規(guī)程JJG1030［3］和JJG1037［4］中規(guī)定對準(zhǔn)確度等級不低于1.0級的流量計(jì)，在每個(gè)流量點(diǎn)的每一次檢定過程中，壓力波動(dòng)應(yīng)不超過±0.5%，檢定用氣體的溫度變化應(yīng)不超過±0.5℃。按此規(guī)定計(jì)算壓力變化±30kPa、溫度變化±0.5℃時(shí)，對檢定結(jié)果的影響見表5和表6。
　　可見，工況參數(shù)的穩(wěn)定性對檢定結(jié)果有較大的影響，尤其是小流量點(diǎn)，因?yàn)槔鄯e流量較小，所以，影響更大，而且壓力或溫度變化為檢定規(guī)程最大允許值時(shí)將產(chǎn)生不可忽略的影響。
　　為了保證檢定結(jié)果準(zhǔn)確，除了保證在檢定過程中工況參數(shù)處于穩(wěn)定狀態(tài)外，在設(shè)計(jì)階段還應(yīng)該考慮盡可能減小標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和被檢流量計(jì)之間的管容，檢定過程中需保證足夠長的測量時(shí)間。



2.2工況參數(shù)測量準(zhǔn)確性的影響
　　由式(4)可見，標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和被檢流量計(jì)處工況參數(shù)測量的準(zhǔn)確性也會影響檢定結(jié)果。
　　為了有個(gè)定量的了解，并且比較不同流量點(diǎn)下相同影響因素對檢定結(jié)果的影響，仍以前面的檢定數(shù)據(jù)為例，分別從標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)壓力和溫度、被檢流量計(jì)壓力和溫度、天然氣組分等方面定量分析測量結(jié)果準(zhǔn)確性對檢定結(jié)果的影響。在分析壓力和溫度的影響過程中，同時(shí)考慮壓力和溫度測量結(jié)果準(zhǔn)確性對壓縮因子的影響。
2.2.15600m3/h流量點(diǎn)測量結(jié)果準(zhǔn)確性影響分析
　　在流量為5600m3/h下，投用5臺并聯(lián)安裝的標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)，初始檢定結(jié)果如表1所示。
該流量點(diǎn)下標(biāo)準(zhǔn)表或被檢表壓力測量誤差5kPa或溫度測量誤差0.2℃或組分中C6+測量誤差0.02%后對流量計(jì)檢定結(jié)果的影響如表7所示。
　　從表中可以看出，多路標(biāo)準(zhǔn)表并聯(lián)情況下，被檢表壓力或溫度的偏差比其中一路標(biāo)準(zhǔn)表相同大小的偏差帶來更大的示值誤差的變化，而天然氣組分偏差對示值誤差的變化影響相對較小。
2.2.2580m3/h流量點(diǎn)測量結(jié)果準(zhǔn)確性影響分析
在流量為580m3/h下，投用1臺標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)，初始檢定結(jié)果如表2所示。

　　該流量點(diǎn)下標(biāo)準(zhǔn)表或被檢表壓力測量誤差5kPa或溫度測量誤差0.2℃或組分中C6+測量誤差0.02%后對流量計(jì)檢定結(jié)果的影響如表8所示。
　　從表中可以看出，單路標(biāo)準(zhǔn)表情況下，被檢表壓力或溫度的偏差與標(biāo)準(zhǔn)表相同大小的偏差帶來大小近似但方向相反的示值誤差變化，而天然氣組分偏差對示值誤差的變化影響仍然相對較小。

3確保檢定結(jié)果準(zhǔn)確可靠的措施
　　從上面的分析和討論可見，檢定過程中工況參數(shù)不穩(wěn)定或測量不準(zhǔn)確都會影響檢定結(jié)果的準(zhǔn)確性。標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)性能的變化更是直接影響檢定結(jié)果。為確保檢定結(jié)果準(zhǔn)確可靠，應(yīng)采取一系列技術(shù)保證措施。
　　一是對標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)及輔助計(jì)量器具按照相應(yīng)的檢定規(guī)程進(jìn)行檢定和校準(zhǔn)，并對測量結(jié)果進(jìn)行修正。
　　二是對標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)及輔助計(jì)量器具的測量結(jié)果進(jìn)行核查。對標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)采用實(shí)時(shí)核查方法，詳見下節(jié);對輔助計(jì)量器具采用定期核查，并對出現(xiàn)偏差的輔助計(jì)量器具進(jìn)行校準(zhǔn)。對于溫度和壓力變送器可以采用標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行核查，也可以用其他變送器進(jìn)行核查;對于天然氣組分分析結(jié)果，采用不同色譜分析儀分析結(jié)果計(jì)算的壓縮因子或相對密度值進(jìn)行核查。
　　三是加強(qiáng)對工況參數(shù)的監(jiān)控和調(diào)整，保證檢定過程中工況參數(shù)穩(wěn)定。
　　四是每次檢定過程中都要保證有足夠長的檢定時(shí)間。
4幾種流量核查方法的分析和討論
　　在標(biāo)準(zhǔn)表法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中，為了監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的性能，通常采用流量核查技術(shù)，即在標(biāo)準(zhǔn)裝置中安裝不同工作原理的核查標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)。一般采用渦輪流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)，用超聲流量計(jì)作為核查標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)。常用的流量核查方案有如下幾種:即總量核查、一對一核查和對標(biāo)準(zhǔn)裝置的核查。
4.1標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)總量核查法
　　總量核查法是在并聯(lián)安裝的標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的匯管上游串聯(lián)安裝一臺核查超聲流量計(jì)CM，檢定用天然氣先流過核查超聲流量計(jì)，再流過標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)MM和被檢流量計(jì)MUT，工作原理見圖2。

4.2標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)一對一核查法
　　一對一核查法是在每一臺標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的上游都串聯(lián)安裝一臺核查超聲流量計(jì)，檢定用天然氣先流過核查超聲流量計(jì)，再流過標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)和被檢流量計(jì)，工作原理見圖3。

4.3標(biāo)準(zhǔn)裝置核查法
　　標(biāo)準(zhǔn)裝置核查法是在被檢流量計(jì)直管段的上游串聯(lián)安裝一臺核查超聲流量計(jì)，檢定用天然氣先流過標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)，再流過核查超聲流量計(jì)和被檢流量計(jì)。該方案與總量核查法或一對一核查法共同使用會更完善。工作原理見圖4、圖5。

4.4分析和討論
　　以上四種流量核查方案均可實(shí)現(xiàn)對標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的實(shí)時(shí)核查，但又各具特色。
　　在圖2所示的標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)總量核查方案中，所用核查流量計(jì)和工藝閥門等設(shè)備少，投資少，但對個(gè)別流量計(jì)的性能變化不能直接判別出來。
　　在圖3所示的標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)一對一核查方案中，所用核查流量計(jì)和工藝閥門等設(shè)備多，投資大，但對個(gè)別流量計(jì)的性能變化能直接準(zhǔn)確地判別出來。
　　圖4和圖5所示的標(biāo)準(zhǔn)裝置核查方案除具有上述兩種核查方案的特點(diǎn)外，還具有更多的優(yōu)點(diǎn):
一是實(shí)現(xiàn)了對整體標(biāo)準(zhǔn)裝置的核查，包含了工藝系統(tǒng)的影響，如標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)至被檢流量計(jì)間的因閥門關(guān)閉不嚴(yán)可能產(chǎn)生的分流或匯流的影響。
二是可以有效監(jiān)視檢定工作參數(shù)是否穩(wěn)定。由式(5)和式(6)可見，工況參數(shù)變化的影響與標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)、被檢流量計(jì)或核查流量計(jì)間的管容成正比，而圖4和圖5所示方案的管容遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于圖2和圖3方案中的管容，所以，可以更有效地監(jiān)視檢定工況參數(shù)的變化。
三是對核查流量計(jì)與被檢流量計(jì)示值誤差計(jì)算所用的標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)參數(shù)相同，算法相同，核查流量計(jì)與被檢流量計(jì)處的工況參數(shù)相近，所以可對被檢流量計(jì)結(jié)果進(jìn)行更準(zhǔn)確的判斷。
5結(jié)束語
　　對天然氣長輸管道上安裝的流量計(jì)檢定時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制工況參數(shù)的穩(wěn)定性。保證天然氣流量計(jì)檢定結(jié)果準(zhǔn)確可靠的前提條件是流量標(biāo)準(zhǔn)裝置測量的量值是準(zhǔn)確的，工藝設(shè)備是完好的，操作條件是穩(wěn)定的。除了要制定完善的管理辦法，采取有效的技術(shù)措施外，增加流量在線實(shí)時(shí)核查技術(shù)是保證檢定數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、檢定結(jié)論判斷正確的有效措施。

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