天然氣計量系統(tǒng)的可靠性保證與校準(zhǔn)研究

天然氣作為一種重要的能源越來越被重視，其計量的準(zhǔn)確性成為計量工作者的主要研究任務(wù)。為了使天然氣計量準(zhǔn)確可靠，人們逐漸認(rèn)識到僅對流量計 進行研究、改進和標(biāo)準(zhǔn)化，要提高流量計量的準(zhǔn)確、可靠性是有限的，只有使整個計量系統(tǒng)的可靠性得到保證，才能從根本上解決計量的準(zhǔn)確性。

1準(zhǔn)確度要求的可靠性保證

1.1流量計和二次儀表準(zhǔn)確度應(yīng)符合法規(guī)或合同要求

組成討量系統(tǒng)的氣體流量計和二次儀表的準(zhǔn)確度至少應(yīng)滿足國家法規(guī)或合同要求，計量系統(tǒng)準(zhǔn)確度及配套儀表應(yīng)符合天然氣計量系統(tǒng)技術(shù)要求規(guī)范附錄中 的相應(yīng)規(guī)定。此外，計量系統(tǒng)應(yīng)充分和準(zhǔn)確地遵循任何附加的合同條款。計量系統(tǒng)中的每一種儀表特性應(yīng)與預(yù)期的被測量特勝及所要求的準(zhǔn)確度水平相匹配。應(yīng)特別 注意儀表所使用的量程范圍，以及對被測量波動的動態(tài)響應(yīng)。

可分別對計量系統(tǒng)中獨立的計量儀表予以校準(zhǔn)和調(diào)整，這些獨立的計量儀表在出現(xiàn)故障時可以更換;以確定測量結(jié)果的最大允許誤差。最大允許誤差是用 一個測董絲吉果的百分?jǐn)?shù)或一個絕對值來表示的。它是一個誤差限，或者講是擴展不確定度。計量系統(tǒng)中某一計量儀表的系統(tǒng)誤差不應(yīng)用另一計量儀表的相反系統(tǒng)誤 差去消除，而應(yīng)按照不確定度評定的方法來進行合成。

1.2最大允許誤差決定

計量系統(tǒng)應(yīng)確定一個二倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差，該誤差對于己規(guī)定最大允許誤差的計量系統(tǒng)的每一臺儀表或作為一個整體的計量系統(tǒng)都應(yīng)在最大允許誤差范圍內(nèi)。 在這種情況下，計量系統(tǒng)的多種資料的不確定度分析是有效的。不確定度分析包括:基于儀表校準(zhǔn)給出的測量結(jié)果的剩余系統(tǒng)誤差;基于技術(shù)條件、校準(zhǔn)證書和確認(rèn) 的安裝影響引起的不確定度;根據(jù)重復(fù)校準(zhǔn)的 結(jié)果或已知的性能，評估計量系統(tǒng)隨時間的漂移，和漂移引起的不確定度;評估安裝影響引起的不確定度;評估校 準(zhǔn)設(shè)備的不確定度影響。

1.3校準(zhǔn)

對于計量系統(tǒng)及其各單臺儀表，要求具有相應(yīng)的測量準(zhǔn)確度，它應(yīng)使用可溯源至國家基準(zhǔn)的方法進行檢定、校準(zhǔn)。用于貿(mào)易計量系統(tǒng)的儀表應(yīng)按國家有關(guān) 法規(guī)進行強檢。校準(zhǔn)應(yīng)在與實際工作相同條件下進行，如果不一一致，則會引人附加誤差。比如校準(zhǔn)時的工作條件與使用條件不一致，那么流量計上游的實際速度分 布與校準(zhǔn)時的實際速度分布就會不一致，必然引起流量計的附加誤差。傳感器和電子儀器受環(huán)境溫度影響或功率變化也會造成‘定的附加誤差。但是，如果安裝影響 是已知并穩(wěn)定的、或可以通過現(xiàn)場檢查予以確定，如果在計算不確定度時考慮到這個因素，那么我們也可在不同條件下對計量儀表進行校準(zhǔn)。

用于校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備應(yīng)在法定計量機構(gòu)進行檢定， 如果與校準(zhǔn)范圍的功能相關(guān)，校準(zhǔn)證書應(yīng)規(guī)定測量結(jié)果的系統(tǒng)誤差。使用條件超出校準(zhǔn)時的范圍，如 孔板，其尖銳度可能已發(fā)生變化，那么必然會引人系統(tǒng)誤差。校準(zhǔn)證書還應(yīng)對校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度加以說明。由型式試驗或用于計量系統(tǒng)的儀表類型已知的經(jīng)驗資 料，首次校準(zhǔn)結(jié)果的漂移和漂移造成的不確定度將是可以評估的?；谶@一點，檢查和校準(zhǔn)間隔可以被確定。應(yīng)對計量儀表和計量系統(tǒng)的有效性進行評估。計量站應(yīng) 當(dāng)指明;如果某一計量儀表或整個計量系統(tǒng)發(fā)生故障，測量結(jié)果應(yīng)采用什么方式予以替代。應(yīng)對代替值的木確定度給測量值的木確定度造成的影響進行評估。即使在 使用代替值的情況下，整個規(guī)定時間周期內(nèi)測量結(jié)果都應(yīng)處于有關(guān)各方認(rèn)可的范圍內(nèi)。

2安裝過程的可靠性保證

流量計的安裝應(yīng)遵循相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn)的要求，并滿足制造廠要求。當(dāng)人口旋渦角小于儀表制造廣或適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)規(guī)定時，所產(chǎn)生的渦流及速度分布畸變是可以接受的。

對于所有的流量計，一個充分發(fā)展的軸對稱的速度分布和消除渦流對獲得準(zhǔn)確的流量測量是至關(guān)重要的，旋轉(zhuǎn)式容積流量計對速度分布的要求敏感睦較 小，而孔板流量計對速度分布的要求最敏感，這是由開撇流量計的測量原理決定的，孔板流量計流量基本方程就是在一個充分發(fā)展的軸對稱的速度分布的基礎(chǔ)上推導(dǎo) 得來的。各型流量計的典型直管段長度要求在相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范中作了詳細(xì)的規(guī)定，這里需要注意的是直管段長度要求是只適用于上游流動條件可以接受的安裝，即符 合我們剛提到的入口條件的要求。如果流量計的入口存在著嚴(yán)重的不對稱流或渦流，要獲得一個充分發(fā)展的速度分布，規(guī)定的直管段則還不夠。除非試驗已表明處于 上述情況下的流量計能準(zhǔn)確計量。比如生產(chǎn)廠家可能針對某種典型的上游管道配置進行了型式試驗證明了流量計在這種情況下能準(zhǔn)確計量，否則就要求長得多的直管 段或安裝流動調(diào)整器，加多長的自管管道還是要通過實驗來確定

為獲得可接受的速度分布，一般應(yīng)考慮以下措施，并與后面將談到的旋轉(zhuǎn)式容積流量計等幾種流量計的具體說明相結(jié)合。所需上、下游直管段和流量計的 內(nèi)徑應(yīng)相同;流量計上、下游截斷閥公稱直徑應(yīng)與管道公稱直徑一致，宜采用全開孔閥;如果安裝高壓閥，流量計上游應(yīng)采取預(yù)一防措施，比如加長直管段，加裝流 動調(diào)整器等方式;應(yīng)根據(jù)流量計類型避免使用會產(chǎn)生非對稱速度分布和渦流的管件或設(shè)備(如:單彎管、u型管、不同平面的雙彎管、部分關(guān)閉閥等)，否則應(yīng)保證 流量計上游在足夠的直管段或加裝流動調(diào)整器。如果上游條件不能保證所用流量計要求的直管段，則應(yīng)使用適當(dāng)?shù)牧鲃诱{(diào)整器;流動調(diào)整器的下游也應(yīng)安裝符合要求 的直管段。

壓力脈動和流速脈動現(xiàn)象可能引起流量測量中的嚴(yán)重誤差。影響性能的頻率范圍和幅度取決于流量計的類型、流量計的設(shè)計以及氣體密度，如脈動對孔板 流量計的測量誤差影響可達(dá)20%，甚至100%。在選擇流量計時應(yīng)考慮到這些因素，這時，我們就可根據(jù)實際情況選擇多聲道的超聲流量計，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計·聲 道布置能測量一定程度的脈動流。

旋轉(zhuǎn)式容積流量計在低壓時對管路形狀不是很敏感。高壓時(實際操作壓力大于0.4mpa)必須確保流量計人口的氣流為充分發(fā)展流。一般情況下，在上游用與 流量計法蘭直徑d相同的4d直管段，在下游用zd直管段便能達(dá)到要求。由于計量因素，可以產(chǎn)生小的壓力脈動，但對自身操作沒有影響。當(dāng)有另外的管路聯(lián)入流 量計管路，或者流量計被用在管匯處，要注意避免共振的可能性。

渦輪流量計應(yīng)保持準(zhǔn)確度所需的上游速度分布取決于流量計的設(shè)計，應(yīng)考慮有上游干擾渦輪流量計靈敏度的測試結(jié)果。en12261和150中都有規(guī) 定，流量計要做針對上游干擾的敏感性而進行測試，它要求安裝條件對流量計的影響不能超過最大允許誤差的三分之一，否則還得增加直管段或加裝流動調(diào)整器來進 行測試，直至滿足要求為止。

超聲流量計的安裝要求在gb/t18604中作了有關(guān)規(guī)定。對于單聲道超聲波流量計，與孔板流量計相同，需要提供充分發(fā)展流速剖面的安裝條件。對于多聲道流量計，安裝條件可以不那么嚴(yán)格。孔板流量計的安裝要求在sy/t6143中作了有關(guān)規(guī)定。

3投產(chǎn)試運行前的測試校準(zhǔn)

計量系統(tǒng)由復(fù)雜的機械及電子設(shè)備組成，應(yīng)進行適當(dāng)?shù)脑囘\行以保證它們滿足正式運行的設(shè)計要求。到現(xiàn)場前，應(yīng)在制造廠內(nèi)盡可能對系統(tǒng)進行全面的出 廠驗收測試。這種詳細(xì)的系統(tǒng)測試包括機械部件，進行系統(tǒng)的二次儀表和流量計算機檢驗，證實不同電子元件間的信號處理和數(shù)據(jù)傳輸。安裝后，在系統(tǒng)投產(chǎn)前還應(yīng) 進行試運行的檢查。

用于投產(chǎn)的所有測試設(shè)備應(yīng)具有權(quán)威實驗室頒發(fā)的有效檢定證書，或者使用己校準(zhǔn)合格的、參與投產(chǎn)的各方都認(rèn)可的測試設(shè)備。這個要求不包括只用來產(chǎn)生電流或電訊號的設(shè)備。然而，這種設(shè)備的輸出應(yīng)穩(wěn)定并具有重復(fù)性。

用于調(diào)試的測試設(shè)備，其測量的不確定度，至少應(yīng)為被測試儀表中特定項目的不確定度的三分之一(在測試條件二)。在所用之處，測試設(shè)備測量的不確 定度應(yīng)符合國家法規(guī)。所有測試設(shè)備均應(yīng)用于其所用的環(huán)境。如果要把這種設(shè)備用于危險區(qū)域，它應(yīng)具有適當(dāng)?shù)陌踩细褡C。這里應(yīng)強調(diào)的是在天然氣計量中，用于 現(xiàn)場測試的設(shè)備必須是防爆的，否則只能在實驗室進行測試。

安裝就位后應(yīng)確保所有的殘渣均已清除，系統(tǒng)已經(jīng)吹洗、試壓、氣流進人并升壓至流量計人口閥。應(yīng)對系統(tǒng)進行目測檢查以保證其完整性符合設(shè)計要求。 特別是對自動、手動截斷閥和放空閥要認(rèn)真檢查以確保安全可靠性操作。應(yīng)對所有電器系統(tǒng)及其危險區(qū)域電纜電路的設(shè)備合格證書進行檢查以確保它們符合相關(guān)標(biāo) 準(zhǔn)。開啟出口閥時應(yīng)避免流量計受到高壓沖擊。當(dāng)通過渦輪流量計和旋轉(zhuǎn)式容積流量計給下游大管道升壓時，更要注意。

測試和校準(zhǔn)程序依賴于安裝設(shè)計，視計量管路是否

安裝旁通而定。，應(yīng)確保計量系統(tǒng)良好運行和不確定度滿足計量要求，測試和校準(zhǔn)程序應(yīng)在計量站投人正常使用前進