摘要:流(liú)量儀(yí)表在有些(xiē)使(shǐ)用(yòng)場所不能(néng)離線校準(zhǔn)定期檢定,如大型輸(shū)水管(guǎn)不(bú)允許停役,爲(wèi)探知現場(chǎng)使用條件下流(liú)量測(cè)量系統的(de)精度(dù),必須(xū)在現場實施在線校準、比對或(huò)驗證等三(sān)個不同層(céng)次的(de)運作。簡要(yào)回顧(gù)了當(dāng)前實(shí)行的這(zhè)些在線校準和(hé)在線比(bǐ)對(duì),着重(zhòng)闡述了(le)電磁(cí)流(liú)量計和超聲流量(liàng)計所采用的(de)評估驗(yàn)證流(liú)量(liàng)儀表運行狀(zhuàng)況的方法(fǎ)。
0引言
　　電磁流量計 和 超(chāo)聲(shēng)流量(liàng)計 的流量(liàng)量值通常在制造廠(chǎng)流量實(shí)驗室的(de)流量标(biāo)準(zhǔn)裝(zhuāng)置上實流校準,傳(chuán)遞量值。然而在(zài)現場流動和使(shǐ)用條(tiáo)件偏離校(xiào)準時的(de)參比工(gōng)作條(tiáo)件下,爲探(tàn)知現場條件也就是(shì)對測(cè)量系(xì)統(包(bāo)括流(liú)量儀(yí)表、前後連接(jiē)管(guǎn)、介質流動狀态(tài)等)的(de)測量準确(què)率,或者貿易交(jiāo)接(jiē)計(jì)量要(yào)求短(duǎn)間隔周期檢定(dìng),以及不容許停(tíng)役管線(xiàn)離(lí)線校準的場(chǎng)所,需要(yào)在(zài)線校準。
　　流量儀表(biǎo)的在線校(xiào)準是在現(xiàn)場測量條(tiáo)件(jiàn)下将流(liú)經待校準儀表(biǎo)的流體臨(lín)時接(jiē)入固定式(或移動式)流量(liàng)标準(zhǔn)裝置或(huò)标準計(jì)量器(qì)具進(jìn)行比(bǐ)較。除在線校準最高層次外,還(hái)有在線比(bǐ)對和在線驗證(zhèng)兩個(gè)層次(cì)。
　　流量儀表(biǎo)在線比對的工(gōng)作方法和(hé)“校準(zhǔn)”相似,隻是(shì)在某(mǒu)些方(fāng)面(miàn)達不到“校準”規定,要求(qiú)相對(duì)低些,如隻與精(jīng)度等級相(xiàng)近的參比測量(liàng)計相(xiàng)比。流(liú)量儀(yí)表在(zài)線驗證是(shì)采用間(jiān)接檢查(chá)(驗)的方法(fǎ),評(píng)估(gū)或驗(yàn)證儀(yí)表的(de)流量測量(liàng)值等性能仍保持或超過(guò)原校準性(xìng)能的範圍,爲是(shì)否仍可(kě)繼續使用或需進一步(bù)檢查提供依據。
1在線校準和在(zài)線比對(duì)
　　流量儀(yí)表的(de)在線(xiàn)标準(zhǔn),其校準條件(即(jí)流體(tǐ)物性(xìng)、操作(zuò)條件、安裝和環境條件)通常是(shì)在與(yǔ)現場(chǎng)實際(jì)使用(yòng)條件充分(fèn)一緻的情況下進行的(de)。常(cháng)用方(fāng)法如(rú)圖1所示(shì)。

1.1流(liú)量标準裝(zhuāng)置法(fǎ)
　　本(běn)方法首(shǒu)先在能源(yuán)工(gōng)業(yè)探索(suǒ)實(shí)踐(jiàn),當前已在(zài)原(yuán)油和天(tiān)燃氣的貿易交接(jiē)計(jì)量中(zhōng)普遍(biàn)應用,例如原油交接(jiē)計量(liàng)基本上實(shí)現在現場(chǎng)用基(jī)地式或移動式标準體積(jī)管校準;天然(rán)氣(qì)交接計量(liàng)采用(yòng)臨界(jiè)流文(wén)丘裏(lǐ)噴嘴(音(yīn)速(sù)噴嘴(zuǐ))在(zài)線校準,實例(lì)請參閱文獻[1]。
　　流量儀(yí)表在線比(bǐ)對所(suǒ)采用(yòng)的方法,大(dà)體上和流(liú)量(liàng)标準裝置法(fǎ)在線校準相似(sì),有容(róng)器衡(héng)器比對法、參(cān)比流量(liàng)計比(bǐ)對法(fǎ)和外(wài)夾(jiá)裝換能(néng)器超(chāo)聲流量計比對(duì)法等(děng),文獻[1]也有(yǒu)扼要說明。
1.2示蹤(zōng)法
　　示(shì)蹤法在線(xiàn)校準流(liú)量(liàng)儀表(biǎo)技術(shù)在國際上(shàng)已相當(dāng)成(chéng)熟,早在上世紀70年代(dài)就頒發了國際标(biāo)準(zhǔn)iso2975—(1～7)《封閉管道(dào)中水流量(liàng)測(cè)量———示蹤(zōng)法(fǎ)》和iso4053—(1、4)《封閉(bì)管道中氣體流(liú)量測量———示蹤法(fǎ)》,其工(gōng)作原(yuán)理有兩類:一是恒速(sù)注入法(也稱稀(xī)釋法(fǎ));二是瞬時注入(rù)示蹤劑的(de)傳輸時間法。傳(chuán)輸時(shí)間示(shì)蹤法也可使(shǐ)用(yòng)在明(míng)渠流(liú)、非(fēi)滿管流或疑有沉澱物滿管流的流量(liàng)校準(zhǔn)。傳(chuán)輸法測量滿(mǎn)管流(liú)液體,在良好(hǎo)條件下(xià)有望(wàng)得到0.5%的測(cè)量精度(dù),測(cè)量氣(qì)體爲0.7%。
1.3速度面積法
　　也是在(zài)線校準的(de)經(jīng)典方法(fǎ),亦有國際(jì)标準(zhǔn)可咨遵循,有iso3354《封(fēng)閉管道中清潔(jié)水流(liú)量(liàng)測量———在(zài)滿道中(zhōng)和(hé)規則(zé)流動條(tiáo)件下采(cǎi)用(yòng)流(liú)速(sù)計的速(sù)度面積法》和iso3966《封閉管(guǎn)道中(zhōng)流體流量(liàng)測量———采用(yòng)皮托(tuō)靜壓管的(de)速度-面積法》。
上(shàng)世紀60年代日本(běn)就曾在水(shuǐ)電站現場用(yòng)流速儀13個測量點(diǎn),校準dn1000大管徑(jìng)電磁流(liú)量計(jì)。日(rì)本當時(shí)還沒(méi)有具備符合要求(qiú)的(de)大型水流(liú)量(liàng)标準裝(zhuāng)置。
　　泵站(zhàn)曾(céng)按iso标(biāo)準規(guī)定位置(zhì)布置26台流速(sù)計,測量大型(xíng)水泵3.5m×1.5m矩(jǔ)形出(chū)水流道平均流速,以校準(zhǔn)用差壓(yā)法(fǎ)測量(liàng)泵進水道差壓(yā)的流出系(xì)數,測(cè)量流速在1.2～1.3m/s之間(jiān)。期間(jiān)還用(yòng)食鹽(yán)濃度(dù)法校準流(liú)速計(jì)面積法,在(zài)實驗過(guò)程中再(zài)用食鹽濃(nóng)度法複核流速計面(miàn)積法(fǎ)的數(shù)據[3]。量(liàng)值傳遞流程如(rú)圖2所示。

2在(zài)線驗(yàn)證
　　當(dāng)在線校準(zhǔn)和比對兩種方(fāng)法都不能實施(shī)時,隻能退(tuì)而采(cǎi)用在線驗證,其(qí)方法大體上有(yǒu):物料平衡法、熱(rè)量平衡法、設備(bèi)能力估算(suàn)法和(hé)其他參(cān)量評估法等(děng)。
2.1物料平衡(héng)法
　　利(lì)用測量系(xì)統中流(liú)入系統(tǒng)各流量計所測(cè)流量值的總和(hé)與流出系統各(gè)流量計測量值(zhí)的總和相(xiàng)等,或(huò)其差值在合理(lǐ)範圍内(nèi)。例(lì)如應(yīng)用于(yú)工程交工(gōng)驗收(shōu)時驗(yàn)證相(xiàng)關流(liú)量計測量(liàng)結果,水廠(chǎng)出水(shuǐ)總管流量和各(gè)輸送分管總和(hé)之間的驗證。
2.2熱(rè)量平衡法
　　将與(yǔ)被測流量(liàng)相關聯的數據代入熱量平衡方程(chéng)式,計算出(chū)流量(liàng)理論值,以驗(yàn)證(zhèng)流量測量(liàng)值。例(lì)如鍋爐(lú)除氧器(qì)蒸汽(qì)消耗量以進水流(liú)量和水(shuǐ)升高溫度(dù),以熱(rè)量平(píng)衡計(jì)算驗(yàn)之[6]。
2.3設備能力估(gū)算法(fǎ)
　　根據(jù)相關(guān)設(shè)備能(néng)力估算(suàn)流量的(de)一種方(fāng)法。例如供水企(qǐ)業測量輸水泵揚程(chéng),按(àn)泵(bèng)的揚(yáng)程-流(liú)量(h-q)特征估(gū)算輸(shū)水量(liàng)。
2.4其他參量評(píng)估法
　　檢驗流(liú)量(liàng)計流量(liàng)信号以外其他(tā)流(liú)量測量(liàng)要素(sù)的參量,是否(fǒu)仍(réng)保持在原校準(zhǔn)流量(liàng)時(shí)的允許(xǔ)範圍内(nèi),評(píng)估驗(yàn)證所測流(liú)量的(de)正确率。如下文(wén)兩節所(suǒ)述(shù)檢驗(yàn)電磁流(liú)量計的(de)磁場(chǎng)強度和測量超(chāo)聲流量計(jì)的聲(shēng)速。
3電磁(cí)流(liú)量計在線(xiàn)驗證(zhèng)
　　電磁流(liú)量計是(shì)根據(jù)法拉第電磁感應定(dìng)律測(cè)量導電(diàn)流體流(liú)量的儀表,感應(yīng)電動(dòng)勢e即(jí)流量信号正比于磁(cí)感應強(qiáng)度b和被(bèi)測平(píng)均流速v,
即(jí)e=kbdv(1)
式中:k爲系數;d爲(wèi)測量(liàng)管内徑,均爲常值。
　　若(ruò)能證(zhèng)明測量要素b仍(réng)保持在原校(xiào)準流量(liàng)時的允差(chà)範圍内(nèi),且證明沒有(yǒu)影響流量(liàng)信号的其他不(bú)利因素(如信号(hào)回路絕緣電阻(zǔ)下降),就可确認(rèn)所測(cè)流量值仍保持原有性能(néng)的值(zhí)。爲證明b維(wéi)持原(yuán)值,應檢驗(yàn)勵磁線(xiàn)圈電阻(zǔ)/絕緣(yuán)以及(jí)勵磁(cí)電(diàn)流,評估(gū)b;檢查(chá)電極(jí)信号電路絕緣良好(hǎo),證明(míng)流量信(xìn)号(hào)沒有(yǒu)被分(fèn)流;測量電(diàn)極(jí)接液(yè)電阻,評(píng)估電(diàn)極表面(miàn)狀(zhuàng)況是(shì)否妨礙正(zhèng)常測量(liàng);檢(jiǎn)查測(cè)量各(gè)部件絕緣(yuán)電(diàn)阻以判(pàn)斷零(líng)部件劣化程度;再以模拟信号(hào)器及其他通用(yòng)儀器(qì)檢查(chá)轉換(huàn)器完好性(xìng)。這些(xiē)檢查項目如表(biǎo)1所示(shì),文獻(xiàn)[7]有詳細的論述。

4超聲流量(liàng)計(jì)的在線(xiàn)驗證
　　超聲(shēng)流量計是利用向流動的(de)流體(tǐ)發射超聲波,傳播時(shí)承載(zǎi)上流體流速(sù)的信息,予以(yǐ)接收并(bìng)檢(jiǎn)測(cè)流體流速的儀表(biǎo)。應用于石油和天然(rán)氣業儲運交接的超(chāo)聲流(liú)量計(jì)是以(yǐ)超聲(shēng)波在流體(tǐ)内順(shùn)逆兩個方向傳(chuán)播,利用(yòng)傳播速(sù)度差(chà)與(yǔ)流體流(liú)速之(zhī)間的(de)關系,求取(qǔ)流(liú)體流量(liàng)。如何(hé)在(zài)線判定(dìng)運行(háng)中(zhōng)超聲流(liú)量(liàng)計的測量正(zhèng)确率,在天然氣(qì)應用中人(rén)們利(lì)用實測聲(shēng)速這一參(cān)量(liàng)與(yǔ)從測量(liàng)氣體(tǐ)或成分(fèn)計算(suàn)所得聲速(即從超聲流量(liàng)計外獲得(dé)的參(cān)比量(liàng))進(jìn)行比較,驗證超聲流量(liàng)計;在海上fpso(floatingproductionstorageandoffloading)平台(tái)上利用(yòng)兩(liǎng)台串(chuàn)接超(chāo)聲(shēng)流量計(jì),分析(xī)所測流量(liàng)和聲(shēng)速(sù)的統計(jì)數據,判析(xī)儀表(biǎo)的運行狀況。
4.1計(jì)算聲速和實測聲速(sù)比較、驗證(zhèng)[8]
　　自1998年美國燃氣(qì)協會提(tí)出aga第9号(hào)報告(gào)《多聲道超(chāo)聲流量計測量(liàng)燃氣(qì)》以來,多聲道超聲流量計(jì)應用于天然氣交接(jiē)計量(liàng)日益(yì)增加。交接計量(liàng)要求(qiú)經(jīng)常檢查測量正确率。
　　daniel多(duō)聲道超聲流(liú)量(liàng)計的(de)用戶(hù)超聲接口cui(customerultrasonicinterface)軟件對儀表作内部(bù)診斷(duàn),保證(zhèng)運行良好(hǎo)。然而(ér)這些(xiē)檢(jiǎn)查診斷(duàn)還沒(méi)有與(yǔ)外界任何(hé)一個(gè)參比(bǐ)量比較;還(hái)不能判斷是否(fǒu)測量準(zhǔn)确,還需(xū)要一(yī)個外(wài)界參比量。超聲在流(liú)體中傳播時間是儀表求取流(liú)速的(de)原始測量,傳播(bō)時間和儀(yí)表輸出(chū)以(yǐ)及所測聲速也不準(zhǔn)确,因此周(zhōu)期性(xìng)地用外界獨立(lì)的參比聲(shēng)速與超聲(shēng)流量聲速(sù)比較,以檢驗超(chāo)聲流(liú)量計性能(néng)。
　　這一(yī)參(cān)比聲速是以(yǐ)氣相色譜(pǔ)儀所測(cè)天(tiān)然氣成分(fèn)和實時壓(yā)力/溫度按(àn)aga第10号報告《天然(rán)氣(qì)和其他相(xiàng)關氣相(xiàng)烴的聲速》經流(liú)量計(jì)算機計算(suàn)獲得,與超聲測(cè)量計(jì)所測(cè)聲速連續地比(bǐ)較。
　　圖(tú)3所示是由流量(liàng)計算(suàn)機分别計算每隔10min實測聲(shēng)速和計算聲速(sù)平均值(zhí)的(de)記錄例。若兩者偏差(chà)超過(guò)設定值将(jiāng)發出信(xìn)号,以引(yǐn)起注視。

4.2分(fèn)析統(tǒng)計數據
　　巴西ipt技(jì)術研究所發表(biǎo)文章,報道(dào)分析串接(jiē)在(zài)fpso平(píng)台上兩台相同(tóng)型号(hào)dn600五聲(shēng)道超(chāo)聲流(liú)量計(jì)發送石油(yóu)的流量(liàng)和聲速(sù)統計數據(jù),以驗(yàn)證交(jiāo)接(jiē)計量的(de)運行狀(zhuàng)況[9]。
　　兩台(tái)儀表中一台(tái)日(rì)常貿易(yì)交(jiāo)接計(jì)量儀(yí)表(biǎo)由另一(yī)台參(cān)比表(mastermeter)核查和校驗(yàn)。圖4所示(shì)是貿易計量(liàng)儀表流量在(zài)4000～5500m3/h時的校驗記錄,變化(huà)在原校(xiào)準儀表(biǎo)系數(shù)的(de)±0.180%範圍内,最大變(biàn)化爲(wèi)0.090%,标(biāo)準偏(piān)差爲(wèi)0.045%。

用(yòng)兩台相(xiàng)同(tóng)型号(hào)超聲流量計核(hé)查校(xiào)驗,結果顯(xiǎn)示儀表(biǎo)系數在1.000附近變化(huà)很小(xiǎo),可解釋爲兩種(zhǒng)可能(néng)性:
①計(jì)量儀(yí)表和(hé)參(cān)比(bǐ)表兩(liǎng)者均沒有漂移(yí),這是大多(duō)數的可能事件(jiàn);
②計量(liàng)儀表和參比表(biǎo)以相同方式和(hé)相同方(fāng)向漂移(yí),這在(zài)測量(liàng)系統(tǒng)短時工作(zuò)儀表系數變化0.090%的條(tiáo)件下,是小(xiǎo)概率事件(jiàn),或視爲不(bú)可能(néng)事件(jiàn)。
　　再從(cóng)計(jì)量儀(yí)表與參(cān)比表五個聲道的各(gè)聲道(dào)間,求(qiú)取聲速比值考(kǎo)察儀表的穩定(dìng)性,表2摘錄(lù)流量(liàng)在5500m3/h時(shí)的聲速比,五個聲道(dào)兩儀表聲(shēng)速比變化(huà)最大(dà)爲(wèi)0.006%。
　　從上述(shù)統計(jì)數據(jù)分析(xī)說明,在2003年(nián)10月31日(rì)到2004年(nián)1月(yuè)26日(rì)期間兩台儀表運行是十(shí)分(fèn)穩定的(de),重(zhòng)複性和再現(xiàn)性也沒有明顯變化(huà)。

4.3國家檢定(dìng)規程(chéng)中(zhōng)的規定
　　我國正在制訂(dìng)《超聲流(liú)量計檢(jiǎn)定規程》的“附錄(lù)d超聲(shēng)流量計的使用中檢測”也(yě)規定(dìng)用聲速複(fú)核和驗證在線(xiàn)使用中的儀表(biǎo),規定每(měi)次(cì)實驗(yàn)流量(liàng)點每條聲(shēng)道的計算(suàn)值與前一次(cì)計算一(yī)緻,偏差不得大于3%。
5結(jié)束語(yǔ)
　　流量(liàng)儀表可以(yǐ)行之有效(xiào)地實(shí)行在(zài)線(xiàn)校準比(bǐ)對,電(diàn)磁流量(liàng)計和超(chāo)聲流(liú)量計(jì)的實踐說明(míng),流(liú)量儀表還(hái)可以通過(guò)檢(jiǎn)查流量信号(hào)以外的相(xiàng)關(guān)參量,評(píng)估或(huò)驗證(zhèng)在檢定周期間(jiān)的運(yùn)行(háng)狀況,或(huò)據此延長儀表的檢(jiǎn)定(dìng)周期。國(guó)外已有若(ruò)幹企(qǐ)業專(zhuān)業爲客戶(hù)在線校準或驗(yàn)證流(liú)量儀表;國(guó)内也有(yǒu)若(ruò)幹(gàn)單(dān)位正在開(kāi)展這類業務,我們相信此(cǐ)業務(wù)今後(hòu)将會得到更好(hǎo)的發(fā)展。

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