流量計算機校準(zhǔn)的常見問題及解決方法

朱安慶（大慶油田工程有限公司）

流量計算機校準(zhǔn)的常見問題及解決方法

朱安慶（大慶油田工程有限公司）

天然氣計量通常依據(jù)流量計算機數(shù)據(jù)。流量計算機通過采集現(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，將流量計算機校準(zhǔn)問題歸納分類。總結(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，確保流量計算機準(zhǔn)確度和正常運行。在石化工業(yè)上，提高流量計算機的準(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，降低因不精確測量導(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。

流量計算機；校準(zhǔn)；示值；誤差；節(jié)能減排

在天然氣計量通常依據(jù)標(biāo)況體積流量。流量計算機采集流量計數(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)致流量計算機不能正常運行兩方面因素進(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：

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；

Pm——工況條件下氣體壓力，k Pa；

Pn——標(biāo)準(zhǔn)參考條件下氣體壓力，101.325 kPa；

Tn——標(biāo)準(zhǔn)參考條件下氣體溫度，20℃；

Tm——工況條件下氣體溫度，℃；

Zn——標(biāo)準(zhǔn)參考條件下氣體壓縮系數(shù)；

Zm——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)

原因分析：組態(tài)Pn誤設(shè)為101 kPa。流量計算機中設(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 k Pa。

2）流量計算機顯示壓縮因子計算錯誤，內(nèi)容為Znerror，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）流量計算機計算出的Zn和Zm值與國家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）流量計算機計算出的Zn和Zm值與國家站軟件計算值偏差較大。檢查中發(fā)現(xiàn)流量計算機算出的密度值與國家站軟件計算值差別很大。

原因分析：流量計算機組態(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值與國家站軟件計算值有偏差。

如表2、表3所示，同一臺流量計算機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)

表3 氣體為73℃時流量校準(zhǔn)結(jié)果數(shù)據(jù)

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流量計算機中，工況體積流量的計算公式為：

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；

CP——壓力對工況流量的修正系數(shù)，由公式（3）計算所得；

CT——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)。

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；

PL——壓力，k Pa；

PCAL——標(biāo)定內(nèi)徑時的壓力，通常為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)大氣壓。

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。

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；

TL——溫度，℃；

TCAL——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)致流量計算機不能正常運行因素

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，讓其自檢，流量計算機和流量計匹配后，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：警報為在最近的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，讓其自檢，流量計算機和流量計匹配后，該報警就會消除。

3）校準(zhǔn)完畢，停止輸入虛擬量，流量計算機工況流量還是按校準(zhǔn)時計算。

原因分析：流量計算機記憶的還是校準(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，該現(xiàn)象就會消除。

4）校準(zhǔn)完成后，現(xiàn)場流量計算機正常工作，流量計算機與上位機通訊正常，上位機顯示未連接上。輪詢無效。

原因分析：上位機程序設(shè)計，即檢查到流量計算機狀態(tài)異常后，上位機顯示區(qū)域狀態(tài)異常。

解決方法：重啟上位機，該現(xiàn)象就會消除。

5）S600流量計算機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。

6）將流量計算機設(shè)置為維護模式時，流量計算機“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，流量計算機仍有0.1～9 m3/h的流量隨機波動。

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 k Pa左右波動，流量計算機顯示值在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 k Pa。這樣現(xiàn)場通訊值如果低于100 k Pa，流量計算機顯示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)濟效益，減少貿(mào)易糾紛；針對物料配比場合，提高流量計算機精度。流量計算機的準(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，降低因不精確測量導(dǎo)致多送物料的輸送能耗；針對過程控制場合，提高流量計算機可以提升過程控制的精確性，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。

[1]張金剛.OMNI流量計算機的使用[J].油氣田地面工程，2014，33（8）：84.

[2]劉曉光.OMNI流量計算機冗余系統(tǒng)[J].油氣田地面工程，2014，33（8）：83.

[3]張健，王維宣，白秋萍.流量計算機檢定測試方法的探討[J].油氣田地面工程，2004，23（5）：34.

[4]段慧明，徐瑞豐.流量計算機對天然氣計量準(zhǔn)確度的影響[J].中國計量，2006，（3）：73-74.

[5]沈超，劉博韜.流量計算機校準(zhǔn)測試方法[J].計量與測試技術(shù)，2016，43（4）：46-47.

[6]柴燕，王子維，朱成萬.完善能源計量促進(jìn)節(jié)能降耗[J].計測技術(shù)，2010，30（2）：40-43.

10.3969/j.issn.2095-1493.2017.05.008

2017-02-22

（編輯 賈洪來）

朱安慶，工程師，2008年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院（測試計量技術(shù)及儀器專業(yè)），從事計量測試與研究工作，E-mail：zhuaq_dod@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)西苑街42號，163712。