負(fù)壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的優(yōu)劣

李 林

（蘭州石化公司計量部，甘肅蘭州 730060）

負(fù)壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，特別是負(fù)壓法臨界流音速噴嘴裝置近年來在國內(nèi)得到極大的發(fā)展。由于此類裝置以前建立較少，人們對他的優(yōu)劣性認(rèn)識也較少，隨著近幾年的發(fā)展和使用，人們逐漸對此類裝置也有了新的認(rèn)識。本公司于2005年建立了一套5 000 m3的負(fù)壓法臨界流音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，自建成投用以來，面向公司開展氣體流量計檢定業(yè)務(wù)，提升了計量檢定能力和能源計量管理的水平，降低了能源消耗，在本公司的計量管理方面起到了很大的作用。但在氣體流量計檢定技術(shù)方面也暴露出了一些問題和不足。

1 負(fù)壓法氣體標(biāo)準(zhǔn)裝置的優(yōu)點(diǎn)

1.1 結(jié)構(gòu)簡單，投資費(fèi)用省

負(fù)壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置由于不需要大量的儲罐儲存壓縮空氣，結(jié)構(gòu)相對簡單，整套裝置處于常壓或負(fù)壓狀態(tài)，對裝置設(shè)備的壓力等級要求低，不需要修建大量的壓力容器做儲罐，整套裝置的投資額僅相當(dāng)于正壓法氣體流量裝置的一半，很低的投資費(fèi)用就可以解決大多數(shù)氣體流量計的檢定問題。

1.2 可以連續(xù)操作，工作效率高

由于負(fù)壓法裝置不需要儲氣過程，僅依靠真空泵連續(xù)抽負(fù)壓即可工作，不象正壓法裝置那樣一般只能間斷性的工作，因此負(fù)壓法裝置的效率是最高的，能在短時間內(nèi)完成大量的檢定校準(zhǔn)工作。

1.3 準(zhǔn)確度高、檢定周期長

由于現(xiàn)在檢測技術(shù)的發(fā)展，負(fù)壓法氣體標(biāo)準(zhǔn)裝置準(zhǔn)確度可以高達(dá)0.25%，一般使用臨界流音速噴嘴作為裝置的標(biāo)準(zhǔn)器，由于沒有可動件，性能穩(wěn)定，檢定周期可以長達(dá)五年，運(yùn)行成本低，維護(hù)費(fèi)用省。

2 負(fù)壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置存在的不足

對任何事物的認(rèn)識是需要過程的，尤其是近年來新型流量儀表，新型檢測技術(shù)的快速發(fā)展，對流量標(biāo)準(zhǔn)裝置提出了新的要求，檢定這些新型儀表負(fù)壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置則存在一些局限。主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 檢定帶有溫度、壓力補(bǔ)償?shù)臍怏w流量計時存在的問題

對集溫度、壓力、流量傳感器和流量計算機(jī)于一體，直接計量氣體的標(biāo)準(zhǔn)體積流量的流量計，在該類裝置上進(jìn)行檢定時，如果直接用標(biāo)準(zhǔn)體積輸出進(jìn)行檢定，一般來說會有較大誤差，這主要是由于在檢定狀態(tài)下，壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)場使用壓力，此時誤差主要是由壓力誤差引起的，根據(jù)氣態(tài)方程，壓力示值誤差為1 kPa時，會產(chǎn)生約為1%流量誤差，而生產(chǎn)廠家一般把壓力傳感器誤差控制在±5%FS，這樣，壓力測量誤差就與壓力傳感器的量程范圍有很大關(guān)系，假設(shè)當(dāng)壓力量程范圍為0.5 MPa時，壓力示值絕對誤差被控制在±2.5 kPa，此時由于壓力測量值很低，由壓力誤差引起補(bǔ)償后流量誤差遠(yuǎn)大于2.5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于儀表的技術(shù)指標(biāo)。

而且，此類流量計在負(fù)壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行檢定時，一般只對流量計的體積測量部分即儀表系數(shù)檢定，而作為儀表整體的部分，對溫度和壓力傳感器無法檢定，對儀表的換算過程也無法檢定?？陀^的說，在此類裝置上檢定的該類流量計，僅僅是對工況流量系數(shù)一個功能進(jìn)行了檢定，而對溫度、壓力沒有進(jìn)行檢定，這樣的儀表使用在現(xiàn)場會有什么樣的結(jié)果，還存在很大的不可預(yù)見性，也許會由于溫度、壓力傳感器的誤差帶來較大誤差。

2.2 檢定帶有分段補(bǔ)償?shù)乃俣仁搅髁坑嫶嬖诘膯栴}

隨著近年儀表技術(shù)的發(fā)展，很多智能速度式流量計為了測量更準(zhǔn)確，采用了分段補(bǔ)償技術(shù)，不同的頻率段對應(yīng)不同的儀表系數(shù)，而不同的頻率與不同的流速相對應(yīng)，這樣做可以提高儀表的測量準(zhǔn)確度，此做法在理論上和實(shí)際上是可行的。但實(shí)際上對這類儀表，在該類型的裝置上進(jìn)行檢定卻存在很大問題，我們知道速度式流量計的儀表系數(shù)是與管道內(nèi)流體的雷諾數(shù)成關(guān)系，而一般在修正卻按照不同流速進(jìn)行修正，沒有考慮在相同的流速下因不同的壓力對導(dǎo)致雷諾數(shù)產(chǎn)生較大差異，這種差異可以從下面的計算得出。

假設(shè)以DN100的管道內(nèi)在相同流速u=20 m/s的情況下，溫度為t0=20℃，壓力P為一個大氣壓的空氣的雷諾數(shù)為：

（溫度t0=20℃，絕對壓力P0.1=0.1 MPa，密度ρ0.1=1.205 kg/m3，粘度 μ=1.8×10-6kg/m·s）

在流速、溫度保持不變，此時空氣的粘度μ也是不變的，壓力P為0.5 MPa時的雷諾數(shù)為：

（溫度t0=20℃，絕對壓力P0.5=0.5 MPa，密度ρ0.1=1.205 kg/m3，粘度 μ=1.8×10-6kg/m·s）

可見，在同樣的流速下，雷諾數(shù)差別與壓力的差別成正比，簡單的把儀表系數(shù)與流速對應(yīng)起來是有問題的，應(yīng)該考慮由于壓力的不同會引起雷諾數(shù)的變化，雷諾數(shù)的不同會導(dǎo)致儀表系數(shù)的不同。因此建議此類流量計最好在接近工作壓力的正壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行檢定，避免因檢定時的壓力與工作時的壓力不同帶來誤差。

2.3 檢定科里奧利質(zhì)量流量計存在的問題

科里奧利質(zhì)量流量計是一種直接測量質(zhì)量流量的儀表，可以測量各種介質(zhì)的流體，近年來用此類流量計進(jìn)行氣體計量的場合也越來越多。下面以較為典型的羅斯蒙特公司CMF300型科里奧利質(zhì)量流量計來計算，在負(fù)壓法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，安裝在DN100的管道上進(jìn)行檢定，假設(shè)在極限流速u=70 m/s，溫度t=20℃，大氣壓P=85 kPa（在負(fù)壓法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置在此流速下很難達(dá)到這樣的壓力值，往往比這還要低）條件下，管道內(nèi)的瞬時質(zhì)量流量為：

而該儀表測量氣體流量時的額定上限流量為13.289 t/h，即使是在最大流速的時候，負(fù)壓法氣體裝置的最大流速僅為儀表的15%，而國家計量檢定規(guī)程（JJG1038-2008《科里奧利質(zhì)量流量計》檢定規(guī)程）一般要求對質(zhì)量流量計在20%量程以上進(jìn)行檢定，可見此類裝置的最大流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于儀表的準(zhǔn)確測量范圍，故對此類流量計基本也無法檢定。而且，在此流量下，由于科里奧利質(zhì)量流量計的固有特性，此時儀表的零點(diǎn)穩(wěn)定度帶來的誤差也不可小視，還是以上面的計算為例，CMF300型流量計的零點(diǎn)穩(wěn)定度為6.8 kg/h，此時由于零點(diǎn)穩(wěn)定性帶來的附加誤差為：

而該類儀表測量氣體時的準(zhǔn)確度為0.35%，可見在負(fù)壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上檢定質(zhì)量流量計時儀表的零點(diǎn)穩(wěn)定性將產(chǎn)生主要誤差，此時對流量計的性能判斷將帶來困難。因此，用該類裝置檢定質(zhì)量流量計存在較大的問題。

2.4 檢定超聲波流量計存在的問題

近年來由于國內(nèi)天然氣貿(mào)易交接計量的增多，很多重要的計量場合使用了多聲道超聲波流量計，用多聲道超聲波流量計在天然氣計量中作為貿(mào)易交接計量手段是發(fā)展趨勢，而許多超聲波流量計，比如國際知名的INSTROMET公司代表的超聲波流量計一般要求工作壓力在1個大氣壓以上，顯然此類流量計在負(fù)壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置無法檢定。即使有個別的廠家，比如韓國昌民公司的產(chǎn)品，雖然可以在負(fù)壓法裝置上進(jìn)行檢定，但由于這類流量計一般都使用在非常重要的計量場合，擔(dān)負(fù)著非常重要的作用，按現(xiàn)在的通行做法，要求在進(jìn)行現(xiàn)場工藝仿真的基礎(chǔ)上使用實(shí)液檢定，一般來說都不認(rèn)可在空氣介質(zhì)中的檢定結(jié)果。所以用負(fù)壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置也不能解決天然氣計量中使用的超聲波流量計的檢定問題。

3 結(jié)論

負(fù)壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置有很多的優(yōu)點(diǎn)，但也存在一定的局限，表現(xiàn)在對一些新型流量計檢定有不足的地方。以上是我對負(fù)壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的認(rèn)識，也許是因?yàn)閭€人的理解問題，也許是這類流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的缺陷。希望通過本文的闡述，能在這些方面引起注意，在以后建立氣體標(biāo)準(zhǔn)裝置充分考慮這些問題，避免同樣的問題再次出現(xiàn)，揚(yáng)長避短，發(fā)揮裝置的最大效能。

［1］JJG1038-2008《科里奧利質(zhì)量流量計》檢定規(guī)程［S］.國家質(zhì)檢總局，2008.