氣體超聲流量計的實流標定與現場應用

天然氣計量系統與現狀

目前，在中國天然氣計量系統中以孔板流量計為主。眾所周知，孔板流量計由節流裝置、導壓管路系統、差壓計組成。其特點是量程比小，壓損大，對脈動流很敏感，不可以測雙向流等。雖然孔板流量計已有上百年的歷史，但由於計量儀表誤差（節流裝置的設計、製造、安裝和使用條件不符合ISO5167-1[1]的要求，或者儀表選擇不當）以及使用條件變化帶來的誤差（較長時間內，流量的變化超出了所選儀表的測量範圍，或者脈動流的產生），往往使孔板流量計的精度不能優於±1.5%。儘管ISO/TR3313[2]已對脈動流的抑制及誤差估 計提供一些數據供用戶使用參考，但要應付現場的需要仍有很多不足之處：①現場的阻流件類型遠多於標準中提供的，並且阻流件的組合形式千變萬化，因此現場仍有些問題有待解決（如旋風分離器、匯管在標準中就沒有規定）；②試驗研究需花費大量的人力、物力；③採用整流管以縮短直管段長度會帶來附加壓損，同時也會增加使用維護工作量。孔板不適於測脈動流，因差壓信號與流量為非線性關係，引壓管線使信號遲滯及畸變，節流件對脈動波產生障礙形成波的反射等[3]。由於上述影響孔板流量計貿易結算精度的因素多，造成天 然氣輸送計量誤差達2%以上。如何改善與提高天然氣計量系統的精度是業內人士普遍關心的問題，並相應開發了大量的新型流量計。在諸多流量計中，通過中國天然氣流量計量站（以下簡稱計量站）天然氣實流測試與現場應用，證明超聲流量計、智能型旋進旋渦流量計效果較好，值得推廣使用。

天然氣流量計量站概況

中國石油工業天然氣流量計量站是亞洲投資規模最大的天然氣計量站，擁有質量一時間法（mt）一級標準系統（其不確定度0.1%）和臨界流文丘利噴嘴次級標準系統（其不確定度0.25%）。標定壓力範圍：0.2～3.8MPa，標定工況流量範圍：5～6000m3/h。管徑範圍：DN25～DN400。迄今為止，對美國、荷蘭、德國、新加坡、中國等國各種流量計進行了實流標定與比對，積累了數萬個實驗數據。


氣體超聲流量計的實流標定與現場應用

1 實流標定

計量站用不確定度為0.25%的臨界流文丘利噴嘴作流量標準裝置，按AGA.NO.9［4］報告草案並結合JJGl98-94檢定規程[5]分別進行了以下不同測試：①不同聲道（五、四、三、二、一）；②不同管徑（DN300、DN150）；③不同安裝條件（理想管路條件、非理想管路條件；"理想條件"是指安裝條件較理想，如170D以內無彎頭，無過渡部件，無阻力件等。流場較穩定，如無脈動流，無旋渦流；"非理想條件"是指在超聲流量計上遊13D前人為加入阻力件、雙彎頭、T形彎頭、伸縮器、匯管等）；④不同安裝方向（流量計正、反向安裝，聲道水平、垂直安裝）；⑤不同壓力（2.0MPa、1.2MPa、0.8MPa）。

（1）超聲流量計適宜於高壓、大口徑、大流量工況條件，但對小流量尤其是拐點（最大流量的10%，用Qt表示）以下流量段應慎用（見圖1）。

圖1 12"Q.Sonic-5S超聲流量計理想管路後和非理想管路後測試結果比較（標況）
說明：雙彎頭後測試中，除流量為240m3/h時，其相對示值誤差為1.45%外，其餘各點都在指標內。

（2）超聲流量計的計量不受氣體流向的影響，能以相同準確度進行雙向流量計量（見圖2）。

圖2 12''4S超聲流量計理想管路下正、反向流量示值誤差比較圖（流量計係數0.9962）

（3）對同一生產廠家的超聲流量計，聲道數越多，流量計量準確度越高，性能越可靠（見表1）。

表1 相同條件下聲道數對超聲流量計的影響

（4）超聲流量計的出廠檢定與實流標定之間存在一系統誤差，出廠幹檢法檢定合格需經實流校準，有時由於安裝造成的誤差可能超過0.3%。如4S超聲流量計其出廠時流量係數定為0.9962，在理想管路測試能保證精確度優於±0.5%，但在非理想管路條件下實流校準設置的參數，在"理想管路條件"2.0MPa與0.7MPa壓力測試時，偏差大於AGA.NO.9關於管路安裝影響不大於0.3%的規定，因此應根據現場工況條件進行實流標定（見圖3）。