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摘要:為確保高壓天然氣流量計(jì)在檢定周期性能的穩(wěn)定可靠，需要定期對在用流量計(jì)進(jìn)行核查測試，使用中檢驗(yàn)只能作為一種輔助手段確認(rèn)流量計(jì)的工作狀態(tài)，但無法確認(rèn)流量計(jì)精度是否發(fā)生變化，在線比對受現(xiàn)場條件限制實(shí)時(shí)較為困難，文章從比對流量計(jì)選型、軟件配備、實(shí)施方法幾個方面結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，提出一種可適用現(xiàn)場的在線實(shí)流比對方法。
1概述
　　隨著天然氣工業(yè)的發(fā)展，天然氣貿(mào)易量與日俱增，經(jīng)濟(jì)全球化的推進(jìn)，我國天然氣貿(mào)易交接計(jì)量越來越多，天然氣計(jì)量的準(zhǔn)確可靠性愈來愈受到關(guān)注，已關(guān)系到國計(jì)民生。天然氣易燃、易爆、可壓縮、組分復(fù)雜等特性，導(dǎo)致天然氣計(jì)量成為全球計(jì)量學(xué)領(lǐng)域中的難點(diǎn)，為了提高天然氣計(jì)量正確率，確保計(jì)量準(zhǔn)確可靠，按照《計(jì)量法》要求需定期對天然氣流量計(jì)進(jìn)行檢定和校準(zhǔn)［1－2］，確保流量計(jì)的準(zhǔn)確可靠。
　　按照流量計(jì)檢定規(guī)程［3－4］的要求，現(xiàn)場在用的流量計(jì)檢定周期一般為2年，由于流量計(jì)使用條件較為復(fù)雜，影響流量計(jì)的因素多，在檢定周期內(nèi)流量計(jì)的性能可能會發(fā)生變化，影響買賣雙方貿(mào)易計(jì)量的公平，所以需要定期對檢定周期內(nèi)的流量計(jì)進(jìn)行在線核查，確認(rèn)流量計(jì)工作性能及精度，目前主要核查方式有超聲流量計(jì)的使用中檢驗(yàn)和流量計(jì)比對。
2流量計(jì)在線核查方案分析
2.1利用超聲流量計(jì)診斷軟件進(jìn)行使用中檢驗(yàn)
　　隨著超聲流量計(jì)計(jì)量技術(shù)的不斷發(fā)展，目前在用超聲流量計(jì)的廠家均配備使用中檢驗(yàn)的配套軟件，按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T30500—2014《氣體超聲流量計(jì)使用中檢驗(yàn)聲速檢驗(yàn)法》［5］對超聲流量計(jì)的聲速、信號質(zhì)量、增益、信噪比、流速系數(shù)5個參數(shù)進(jìn)行診斷，通過這些參數(shù)的監(jiān)測，可分析流量計(jì)的性能，確認(rèn)流量計(jì)的工作狀態(tài)。這些參數(shù)的組合可作為形成專用監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)。有關(guān)自診斷信息分析方法的示例如表1所示。

　　流量計(jì)的使用中檢驗(yàn)可分析流量計(jì)的工作狀態(tài)，確保在用流量計(jì)的性能正常，但是，流量計(jì)的各項(xiàng)分析參數(shù)正常并不能確認(rèn)計(jì)量的精度一定好，僅能作為一種輔助手段進(jìn)行參考，同時(shí)由于渦輪流量計(jì)是機(jī)械原件，無法對渦輪流量計(jì)進(jìn)行診斷，進(jìn)而判斷渦輪流量計(jì)的性能。
2.2通過流量計(jì)比對方法進(jìn)行核查
　　流量計(jì)比對是選用2臺流量計(jì)串聯(lián)安裝或者通過流程切換使2臺流量計(jì)串聯(lián)的方式進(jìn)行測試，比較2臺流量計(jì)相同時(shí)間段內(nèi)的累計(jì)流量值，進(jìn)而分析流量計(jì)的計(jì)量性能，如圖1所示。
通過定期比較2臺流量計(jì)流量偏差，確保在檢定周期內(nèi)流量計(jì)的偏差在檢定規(guī)程允許的范圍內(nèi)，該種方法可使用所有類型流量計(jì)，較使用中檢驗(yàn)可更直接反映流量計(jì)計(jì)量的正確率。
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3流量計(jì)在線比對核查技術(shù)路線
　　流量計(jì)在線比對較使用中檢驗(yàn)有較大的優(yōu)勢，但是受現(xiàn)場流程條件限制，實(shí)施起來難度較大。流量計(jì)對上下游直管段要求較為嚴(yán)格，由于大多數(shù)場站的設(shè)計(jì)局限，現(xiàn)場無法再串聯(lián)安裝1臺流量計(jì)，同時(shí)反復(fù)的拆裝也會影響現(xiàn)場實(shí)際生產(chǎn)供氣，需要投入大量的人力物力，為了解決這一技術(shù)難題，可通過以下技術(shù)路線進(jìn)行流量計(jì)比對。
3.1比對流量計(jì)的選取
　　通過不同類型流量計(jì)的性能分析，可選用一臺便于安裝，不需要拆裝直管段的外夾式超聲流量計(jì)作為比對參考流量計(jì)，如圖2所示。圖2所示。

　　外夾式超聲流量計(jì)是一種將換能器固定在流體管道外，聲波傳播的路徑透過流體管道壁的流量計(jì)，具有以下技術(shù)特點(diǎn):①安裝便捷且成本低;②獨(dú)立測量，不依賴流體的傳導(dǎo)性和壓力;③無壓損，無泄漏;④可對現(xiàn)有設(shè)備回顧安裝;⑤無需切斷管道，不用中斷生產(chǎn)，不用停止設(shè)備;⑥不與介質(zhì)接觸;⑦精度較低，長期穩(wěn)定性較差，受安裝條件影響大。
3.2流量計(jì)比對方法
　　外夾式超聲流量計(jì)較適合現(xiàn)場工藝條件，但是精度和穩(wěn)定性較差，外夾式流量計(jì)的測量值無法作為參考值，但可利用外夾式流量計(jì)短期穩(wěn)定性較好進(jìn)行流量計(jì)之間比對。現(xiàn)場計(jì)量工藝流程如圖3所示，由多條計(jì)量支路并聯(lián)組成計(jì)量橇，但各計(jì)量支路無法通過流程切換實(shí)現(xiàn)串聯(lián)安裝，可通過在計(jì)量橇上游選一直管段安裝外夾式流量計(jì)，通過每條支路與外夾式流量計(jì)的偏差，計(jì)算各計(jì)量支路之間的偏差。


式中:E1為計(jì)量支路1與外夾式流量計(jì)的偏差;Q1為計(jì)量支路1的流量值;Qwai為外夾式流量計(jì)的流量值。

式中:E2為計(jì)量支路2與外夾式流量計(jì)的偏差;Q2為計(jì)量支路2的流量值。

式中:E3為計(jì)量支路2與計(jì)量支路1的偏差。
同理可得出其他支路之間的偏差值。
3.3比對方法的實(shí)施
(1)流量計(jì)檢定完成現(xiàn)場安裝后錄取第1次數(shù)據(jù)，第一次數(shù)據(jù)作為參考值，每隔一段時(shí)間做一下測試，測試結(jié)果與第1次測試結(jié)果進(jìn)行比對，分析流量計(jì)計(jì)量的穩(wěn)定性的變化，確認(rèn)流量計(jì)的計(jì)量性能，確保貿(mào)易計(jì)量交接的準(zhǔn)確可靠。
(2)第1次的測試結(jié)果，需要對2臺流量計(jì)測試結(jié)果的偏差與合成不確定度進(jìn)行比較，分析流量計(jì)的精度。
3.4數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)
3.4.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下功能
　　可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集2臺流量計(jì)及配套溫度、壓力儀表信號，并進(jìn)行流量、溫度和壓力補(bǔ)償計(jì)算，存儲數(shù)據(jù)，生成報(bào)告等功能。
主要設(shè)備應(yīng)包括:數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)、MPU、輸入模塊、脈沖/頻率信號采集卡、計(jì)時(shí)模塊、通信模塊、脈沖信號隔離放大器、浪涌保護(hù)器等組成。
3.4.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件要求
(1)物性參數(shù)計(jì)算
　　天然氣工作條件下的壓縮因子使用AGARe-portNo.8［6］規(guī)定的方法計(jì)算，數(shù)據(jù)采集軟件內(nèi)自帶壓縮因子計(jì)算模塊，可手動輸入溫度、壓力和組分獲取壓縮因子計(jì)算結(jié)果用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)采集模塊計(jì)算結(jié)果的可靠性。
(2)流量計(jì)算
　　渦輪流量計(jì)瞬時(shí)流量計(jì)算使用GB/T21391［7］或ISO9951［8］規(guī)定的方法計(jì)算，修正因子(誤差)和流量關(guān)系式使用多點(diǎn)插值修正方法.
　　超聲流量計(jì)瞬時(shí)流量計(jì)算使用GB/T18604［9］或AGANo.9［10］或ISO17089［11］規(guī)定的方法計(jì)算，修正因子(誤差)和流量關(guān)系式使用多點(diǎn)插值修正方法。
(3)信號采集方式
　　脈沖/頻率、溫度、壓力信號的采集均采用累積量，采取相同時(shí)間段內(nèi)的累計(jì)流量值，避免由于瞬時(shí)值波動引入較大的誤差。
4實(shí)際應(yīng)用
　　以某管道公司貿(mào)易計(jì)量交接站為例進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用分析，該站計(jì)量橇選用3條DN200的計(jì)量支路，流量計(jì)信息如表2所示，比對流量計(jì)選用外夾式超聲流量計(jì)，安裝于DN200的直管段。

　　按照上文所說方法進(jìn)行測試，測試流量點(diǎn)為1500m3/h，按照式(1)～式(3)進(jìn)行計(jì)算，測試結(jié)果如表3所示。

通過測試結(jié)果可分析:
(1)3臺流量計(jì)檢定完成后首次比對結(jié)果符合規(guī)范要求，流量計(jì)安裝完成后性能良好。
(2)3臺流量計(jì)在檢定周期內(nèi)相互之間偏差的變化值均小于0.7%，符合標(biāo)準(zhǔn)要求，證明3臺流量計(jì)的穩(wěn)定性能較好。
5結(jié)束語
(1)在對貿(mào)易計(jì)量交接站設(shè)計(jì)時(shí)，可增加計(jì)量橇的對比流程，實(shí)現(xiàn)定期對在用貿(mào)易計(jì)量流量計(jì)進(jìn)行實(shí)流在線比對，確保流量計(jì)計(jì)量性能良好［12－13］。
(2)在不具備在線實(shí)流比對工藝流程的場站可選用外夾式超聲流量計(jì)作為傳遞值對計(jì)量橇各支路進(jìn)行比對，確認(rèn)流量計(jì)的計(jì)量性能。
(3)對于超聲流量計(jì)需要定期進(jìn)行使用中檢驗(yàn)，對于性能參數(shù)異常的流量計(jì)需要及時(shí)處理，必要時(shí)重新送檢，確保現(xiàn)場計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。
(4)利用外夾式超聲流量計(jì)進(jìn)行比對的方法可用于各管道公司計(jì)量輸差的查找及控制，提高計(jì)量管理水平，維護(hù)公司利益。

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