流量計算機(jī)校準(zhǔn)的常見問題及解決方法
摘要：天然氣計量通常依據(jù)流量計算機(jī)數(shù)據(jù)。流量計算機(jī)通過采集現(xiàn)場溫度、壓力、氣體組分等進(jìn)行工況體積量與標(biāo)況體積量之間的換算。通過分析工況標(biāo)況流量轉(zhuǎn)換公式，將流量計算機(jī)校準(zhǔn)問題歸納分類?？偨Y(jié)校準(zhǔn)過程常見的問題，分析后找出問題的產(chǎn)生原因并提出了解決方法，確保流量計算機(jī)準(zhǔn)確度和正常運(yùn)行。在石化工業(yè)上，提高流量計算機(jī)的準(zhǔn)確度可以提高物料配比準(zhǔn)確性，保證產(chǎn)品質(zhì)量和純度，節(jié)約原料減少廢料，降低污染物排放，降低因不測量導(dǎo)致多送物料的輸送能耗，實現(xiàn)物料平衡和能量平衡的目的。
在天然氣計量通常依據(jù)標(biāo)況體積流量。流量計算機(jī)采集流量計數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度壓力等參數(shù)，按照數(shù)學(xué)模型對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并分析處理，計算出相應(yīng)的標(biāo)況流量數(shù)據(jù)。必須對其進(jìn)行校準(zhǔn)，才能保證天然氣的計量準(zhǔn)確。自 2005 年 JJG 1003—2005 《流量積算儀檢定規(guī)程》施行以來，流量計算機(jī)在使用方面[1-2]研究較多，在檢定或校準(zhǔn)方面[3-5]的論文較少。筆者對校準(zhǔn)過程中導(dǎo)致流量示值誤差偏大和校準(zhǔn)完成后導(dǎo)致流量計算機(jī)不能正常運(yùn)行兩方面因素進(jìn)行總結(jié)分析，并提出了解決方法。
1、校準(zhǔn)過程中導(dǎo)致流量示值誤差偏大因素：
天然氣工況流量轉(zhuǎn)化為標(biāo)況流量，依據(jù)下列公式：
| Pm Tn Zn | |
| Qn = Qm Pn Tm Zm | （1） |
式中： Qn ——標(biāo)準(zhǔn)參考條件下氣體體積流量，
Nm3/h；
Qm ——工況條件下氣體體積流量，m3/h；
P m ——工況條件下氣體壓力，kPa；
P n ——標(biāo)準(zhǔn)參考條件下氣體壓力，101.325
kPa；
T n ——標(biāo)準(zhǔn)參考條件下氣體溫度，20 ℃；
T m ——工況條件下氣體溫度，℃；
Z n ——標(biāo)準(zhǔn)參考條件下氣體壓縮系數(shù)；
Z m ——工作條件下氣體壓縮系數(shù)；
V ——工況條件下氣體流速，m/s； d ——工況條件下傳感器內(nèi)徑，m。
如果流量校準(zhǔn)示值誤差較大，那么誤差產(chǎn)生的因素就一定在 Pn 和 Tn 、 Pm 和 Tm 、 Zn 和 Zm 、 Qm 或 V 這四組量之間。
1）流量核算Qn 示值誤差0.300%～0.350%（表1）。
| 表 1 | 校準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù) | ||||
| 脈沖頻率/ | 壓力/ | 溫度/ | 示值流量/ | 計算流量/ | 示值誤差/ |
| Hz | kPa | ℃ | (Nm3?h-1) | (Nm3?h-1) | % |
| 50 | 8000 | 10 | 1 408.07 | 1 403.86 | 0.300 |
| 80 | 8000 | 10 | 2 253.07 | 2 246.17 | 0.307 |
| 120 | 8000 | 10 | 3 379.81 | 3 369.26 | 0.313 |
原因分析：組態(tài) Pn 誤設(shè)為 101 kPa。流量計算機(jī)中設(shè)置的 Pn 和 Tn 均參與計算，不能隨意舍入。
解決方法：將標(biāo)況壓力改為 101.325 kPa。2）流量計算機(jī)顯示壓縮因子計算錯誤，內(nèi)容
為 Zn error，流量校準(zhǔn)誤差較大。
原因分析：氣體組分有錯誤，如組分之和偏離100%太大或輸入了一個負(fù)的氣體組分，導(dǎo)致 Zn 和
Zm 計算錯誤。
解決方法：在軟件內(nèi)查看氣體組分，是否有誤輸入。
3）流量計算機(jī)計算出的 Zn 和 Zm 值與站軟件計算值偏差較大。檢查中發(fā)現(xiàn)將氣體組分設(shè)置為選用 keypad 值時，實際使用值 select 值與 keypad值不一致。
原因分析：廠家組態(tài)誤操作造成物理地址不對
應(yīng)。keypad值實際尋址為 Downlord值。
解決方法：使用 select值進(jìn)行校準(zhǔn)。
4）流量計算機(jī)計算出的 Zn 和 Zm 值與站軟件計算值偏差較大。檢查中發(fā)現(xiàn)流量計算機(jī)算出的密度值與站軟件計算值差別很大。
原因分析：流量計算機(jī)組態(tài)中 STANDARD DENSITY Mode Status 應(yīng)設(shè)置為 compress （壓縮法），受檢單位誤設(shè)置為 CV （熱值法）。
解決方法：改回 compress （壓縮法）。
5） S600計算出的 Qm 值與站軟件計算值有偏差。
如表 2、表 3 所示，同一臺流量計算機(jī)采用不同的溫度校準(zhǔn)，示值誤差相差了 4倍。
表 2 氣體為 17 ℃時流量校準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)
| 氣體流速/ | 壓力/ | 溫度/ | 示值流量/ | 計算流量/ | 示值誤差/ |
| (m?s-1) | kPa | ℃ | (Nm3?h-1) | (Nm3?h-1) | % |
| 5 | 5185 | 17 | 33 279 | 33 250.43 | 0.086 |
| 10 | 5185 | 17 | 66 558 | 66 500.86 | 0.086 |
| 15 | 5185 | 17 | 99 838 | 99 751.29 | 0.087 |
表 3 氣體為 73 ℃時流量校準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)
| 氣體流速/ | 壓力/ | 溫度/ | 示值流量/ | 計算流量/ | 示值誤差/ |
| (m?s-1) | kPa | ℃ | (Nm3?h-1) | (Nm3?h-1) | % |
| 5 | 5185 | 73 | 26 430 | 26 340.01 | 0.342 |
| 10 | 5185 | 73 | 52 860 | 52 680.02 | 0.342 |
| 15 | 5185 | 73 | 79 290 | 79 020.04 | 0.342 |
原因分析：S600 計算出的 Qm 值采用修正公式計算，加入了溫度壓力修正系數(shù)，屬于 Qm 與 V 換算問題。
在 S600 流量計算機(jī)中，工況體積流量的計算公式為：
| d2 | |
| Qm = V 4 CT CP MF CF × 3600 | （2） |
式中： Qm ——溫度、壓力修正后的工況流量，m3/h； V ——天然氣流速，m/s； d ——超聲流量計表體內(nèi)徑，m；
C P ——壓力對工況流量的修正系數(shù)，由公
式 （3）計算所得；
C T ——溫度對工況流量的修正系數(shù)，由公
式 （5）計算所得；
MF ——校準(zhǔn)系數(shù)；
CF ——管道流體流速分布系數(shù)。
| CP = 1 + 3S( PL – PCAL ) | （3） |
式中： S ——超聲流量計表體材質(zhì)壓力膨脹修正系數(shù)，由公式（4）計算所得；
P L ——壓力，kPa；
P CAL ——標(biāo)定內(nèi)徑時的壓力，通常為標(biāo)準(zhǔn)狀
態(tài)大氣壓。
S = 1/E[(1.3D2 + 0.4d2 )/(D2 – d2 )] （4）
式中： E ——楊氏模量； D ——超聲流量計表體外徑，m；
d ——超聲流量計表體內(nèi)徑，m。
| CT = 1 + 3L(TL – TCAL ) | （5） |
式中： L ——超聲流量計表體材質(zhì)所對應(yīng)的線性溫度修正系數(shù)，℃-1；
T L ——溫度，℃；
T CAL ——超聲流量計標(biāo)定內(nèi)徑時的溫度，通
常為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)溫度。
從公式（2）、（3）、（5）可以看出，工況壓力越高，工況溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度偏離越大，管壁越薄，校準(zhǔn)偏差越大。
解決方法：如果流量計檢定時已經(jīng)對輸出信號做出了修正，那么流量計算機(jī)不能再次修正，否則形成了二次修正。
2 校準(zhǔn)完成后導(dǎo)致流量計算機(jī)不能正
常運(yùn)行因素
1）流量校準(zhǔn)后，顯示超聲流量計通道報警，內(nèi)容為 us1 paths，消除不掉。
原因分析：警報為聲道號定義錯誤。因為校準(zhǔn)完畢后，流量計算機(jī)記錄的還是校準(zhǔn)時虛擬流量計狀態(tài)，連接現(xiàn)場超聲流量計信號反而不識別。
解決方法：重啟流量計算機(jī)，讓其自檢，流量計算機(jī)和流量計匹配后，該報警就會消除。
2）流量校準(zhǔn)后，顯示超聲流量計通訊報警，內(nèi)容為 us1 comms，消除不掉。
原因分析：警報為在***近的 5 秒內(nèi)沒有從流量計得到的一個有效的通訊信號。因為校準(zhǔn)完畢后，流量計算機(jī)記錄的還是校準(zhǔn)時虛擬流量計狀態(tài)，連接現(xiàn)場超聲流量計信號反而不識別。
解決方法：重啟流量計算機(jī)，讓其自檢，流量計算機(jī)和流量計匹配后，該報警就會消除。
3）校準(zhǔn)完畢，停止輸入虛擬量，流量計算機(jī)工況流量還是按校準(zhǔn)時計算。
原因分析：流量計算機(jī)記憶的還是校準(zhǔn)時的虛擬流量，連上流量計信號線反而不識別。
解決方法：重啟流量計算機(jī)，該現(xiàn)象就會消除。
4）校準(zhǔn)完成后，現(xiàn)場流量計算機(jī)正常工作，流量計算機(jī)與上位機(jī)通訊正常，上位機(jī)顯示未連接上。輪詢無效。
原因分析：上位機(jī)程序設(shè)計，即檢查到流量計算機(jī)狀態(tài)異常后，上位機(jī)顯示區(qū)域狀態(tài)異常。
解決方法：重啟上位機(jī)，該現(xiàn)象就會消除。5） S600 流量計算機(jī)有時上下游閥門全部關(guān)
閉，聲速仍然存在。比如某站 1 路輸氣管道停運(yùn)之后，還顯示流量 0.05 m/s （工況），對應(yīng)計量 300 m3/ h （標(biāo)況）。
原因分析：由于超聲探頭自擊造成。解決方法：需廠家維護(hù)。
6）將流量計算機(jī)設(shè)置為維護(hù)模式時，流量計算機(jī)“refuse”。
原因分析：超聲波流量計閥門密封不嚴(yán)，產(chǎn)生流量或超聲波流量計內(nèi)氣流紊亂。S600流量計算機(jī)檢測出有氣體流速就不允許更改模式。
解決方法：先將聲速由 “calculate” 改為
“keypad”，并將 keypad值設(shè)為 0。
7）做完流量校準(zhǔn)恢復(fù)后，流量計算機(jī)仍有0.1～9 m3/h的流量隨機(jī)波動。
原因分析：相鄰管道輸氣，調(diào)壓撬調(diào)壓，導(dǎo)致氣壓不穩(wěn)，頻繁觸發(fā)。
解決方法：將計量撬上下游閥門關(guān)死。
8）現(xiàn)場壓變顯示在 99.7 kPa 左右波動，流量計算機(jī)顯示值在 8000 （keypad 值）和 100.x 左右波動。報警內(nèi)容為“P min alarm”。
原因分析：壓力報警下限設(shè)置過低，為100 kPa。這樣現(xiàn)場通訊值如果低于 100 kPa，流量計算機(jī)顯示 keypad值。
解決方法：將報警下限設(shè)置調(diào)高，比如設(shè)置為110 kPa。
3、結(jié)語：
能源計量管理通過計量量化作為基本依據(jù)，不僅衡量能源節(jié)約與浪費，同時對指導(dǎo)合理使用能源和節(jié)能減排具有重要意義[6]，也對流量計算機(jī)精度有了更高的要求。
針對貿(mào)易交接場合，提高流量計算機(jī)精度可以提高貿(mào)易交接的準(zhǔn)確性和公正度，通過減少計量誤差，直接體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益，減少貿(mào)易糾紛；針對物料配比場合，提高流量計算機(jī)精度。流量計算機(jī)的準(zhǔn)確度的提高，可以提高物料配比準(zhǔn)確性，保證產(chǎn)品質(zhì)量和純度，節(jié)約原料減少廢料，減少污染物排放，降低因不測量導(dǎo)致多送物料的輸送能耗；針對過程控制場合，提高流量計算機(jī)可以提升過程控制的性，保證物料平衡和能量平衡等工藝目的實現(xiàn)，從而提高成品率，實現(xiàn)節(jié)能減排。