摘要:流(liu)量儀表(biao)在有些(xie)使用場(chang)所不能(neng)離線校(xiao)準定期(qi)檢定,如(ru)大型輸(shu)水管不(bu)允許停(ting)役,爲探(tan)知現場(chang)使用條(tiao)件下流(liu)量測量(liang)系統的(de)精度,必(bi)須在現(xian)場實施(shi)在線校(xiao)✉️準、比對(dui)或驗證(zheng)等三個(ge)🐅不同層(ceng)次的運(yun)作。簡要(yao)回顧了(le)當前實(shi)行📞的這(zhe)些在線(xian)校準和(he)📱在線比(bi)對,着重(zhong)闡述了(le)電磁流(liu)量計和(he)超聲流(liu)量計所(suo)采用的(de)評估驗(yan)證流☔量(liang)儀表運(yun)行狀況(kuang)🛀的方法(fa)。
0引言
　　電(dian)磁流量(liang)計 和 超(chao)聲流量(liang)計 的流(liu)量量值(zhi)通常在(zai)制造廠(chang)流量實(shi)驗室的(de)流量标(biao)準裝置(zhi)🤟上實流(liu)校準,傳(chuan)遞量值(zhi)。然而在(zai)現場流(liu)動和使(shi)用條件(jian)💃🏻偏離校(xiao)準時的(de)參比工(gong)作條件(jian)下,爲探(tan)知現場(chang)條件也(ye)就是對(dui)測量系(xi)統(包括(kuo)流量儀(yi)表、前後(hou)連接管(guan)、介質流(liu)動狀态(tai)等)的測(ce)量準确(que)率,或者(zhe)貿易📧交(jiao)接計量(liang)要求短(duan)間隔周(zhou)期檢定(ding),以及不(bu)容許停(ting)役✨管線(xian)離線校(xiao)準的場(chang)所,需要(yao)在線校(xiao)準。
　　流量(liang)儀表的(de)在線校(xiao)準是在(zai)現場測(ce)量條件(jian)下将流(liu)經待校(xiao)準儀表(biao)的流體(ti)臨時接(jie)入固定(ding)式(或移(yi)動式)流(liu)量标準(zhun)裝置或(huo)标準計(ji)量器具(ju)進行比(bi)較。除在(zai)線校準(zhun)最高層(ceng)次外,還(hai)有🎯在線(xian)比🔴對和(he)在線驗(yan)證兩個(ge)層次。
　　流(liu)量儀表(biao)在線比(bi)對的工(gong)作方法(fa)和“校準(zhun)”相似,隻(zhi)是在📞某(mou)些方面(mian)達不到(dao)“校準”規(gui)定,要求(qiu)相對低(di)些,如隻(zhi)與精度(du)等級相(xiang)近的💁參(can)比測量(liang)計相比(bi)。流量儀(yi)表在❄️線(xian)驗證是(shi)采用間(jian)接檢查(cha)(驗)的方(fang)法,評估(gu)或驗證(zheng)儀表的(de)流量測(ce)量值等(deng)性能仍(reng)保持或(huo)超過原(yuan)校準性(xing)能的範(fan)圍,爲是(shi)否仍可(ke)繼續使(shi)用或需(xu)進一步(bu)檢查💜提(ti)供依據(ju)。
1在線校(xiao)準和在(zai)線比對(dui)
　　流量儀(yi)表的在(zai)線标準(zhun),其校準(zhun)條件(即(ji)流體物(wu)性、操🔴作(zuo)🔞條件、安(an)裝和環(huan)境條件(jian))通常是(shi)在與現(xian)場實際(ji)使用條(tiao)件充分(fen)一緻的(de)🙇‍♀️情況☔下(xia)進行的(de)。常用方(fang)法如圖(tu)1所示。

1.1流量(liang)标準裝(zhuang)置法
　　本(ben)方法首(shou)先在能(neng)源工業(ye)探索實(shi)踐,當前(qian)已在原(yuan)油和天(tian)燃氣的(de)貿易交(jiao)接計量(liang)中普遍(bian)應用,例(li)如原油(you)交接計(ji)量基本(ben)🐅上實現(xian)在現場(chang)用基地(di)式或移(yi)動式标(biao)準體積(ji)管校準(zhun);天然氣(qi)交接‼️計(ji)量采用(yong)臨界流(liu)文丘裏(li)噴嘴(音(yin)速噴嘴(zui))在線校(xiao)準⁉️,實例(li)請參閱(yue)文獻[1]。
　　流(liu)量儀表(biao)在線比(bi)對所采(cai)用的方(fang)法,大體(ti)上和流(liu)量💃🏻标準(zhun)裝🌈置法(fa)📧在線校(xiao)準相似(si),有容器(qi)衡器比(bi)對法、參(can)比流量(liang)計比對(dui)🔴法和外(wai)夾裝換(huan)能器超(chao)聲流量(liang)計比對(dui)法等,文(wen)獻[1]也有(you)扼要說(shuo)明。
1.2示蹤(zong)法
　　示蹤(zong)法在線(xian)校準流(liu)量儀表(biao)技術在(zai)國際上(shang)已相當(dang)成🚶‍♀️熟,早(zao)在上世(shi)紀70年代(dai)就頒發(fa)了國際(ji)标準ISO2975—(1～7)《封(feng)閉管道(dao)中水流(liu)🌈量測量(liang)———示蹤法(fa)》和ISO4053—(1、4)《封閉(bi)管道中(zhong)氣體流(liu)量測量(liang)———示👅蹤法(fa)》,其☁️工作(zuo)原理有(you)兩類:一(yi)是恒速(su)注入法(fa)(也稱稀(xi)釋法);二(er)是瞬時(shi)注入示(shi)蹤劑的(de)傳輸時(shi)間法✊。傳(chuan)輸時間(jian)示蹤法(fa)也可使(shi)用在明(ming)渠流、非(fei)滿管流(liu)或疑有(you)沉澱物(wu)滿管流(liu)的流量(liang)校準。傳(chuan)輸法測(ce)量滿管(guan)流液體(ti),在良好(hao)條件下(xia)有🍓望得(de)到0.5%的測(ce)量精度(du),測量氣(qi)體爲0.7%。
1.3速(su)度面積(ji)法
　　也是(shi)在線校(xiao)準的經(jing)典方法(fa),亦有國(guo)際标準(zhun)可咨遵(zun)循,有ISO3354《封(feng)閉管道(dao)中清潔(jie)水流量(liang)測量———在(zai)滿道中(zhong)和規則(ze)流動條(tiao)件下采(cai)用流速(su)🐇計的速(su)度面積(ji)法》和ISO3966《封(feng)閉管道(dao)中流體(ti)流量測(ce)量———采用(yong)皮托靜(jing)壓管的(de)速度-面(mian)積法》。
上(shang)世紀60年(nian)代日本(ben)就曾在(zai)水電站(zhan)現場用(yong)流速儀(yi)13個測💋量(liang)點,校準(zhun)DN1000大管徑(jing)電磁流(liu)量計。日(ri)本當時(shi)還沒有(you)具備🧡符(fu)合要求(qiu)的大型(xing)水☁️流量(liang)标準裝(zhuang)置。
　　泵站(zhan)曾按ISO标(biao)準規定(ding)位置布(bu)置26台流(liu)速計,測(ce)量大型(xing)水❤️泵3.5m×1.5m矩(ju)形出水(shui)流道平(ping)均流速(su),以校準(zhun)用差壓(ya)法測量(liang)泵進水(shui)道差壓(ya)的流出(chu)系數,測(ce)量流速(su)在1.2～1.3m/s之間(jian)。期間還(hai)用🈲食鹽(yan)濃度法(fa)校準流(liu)速計面(mian)積法,在(zai)實驗過(guo)程中再(zai)用食鹽(yan)濃度法(fa)複核流(liu)速計面(mian)積法的(de)數據[3]。量(liang)值傳遞(di)流程如(ru)圖2所示(shi)。

2在線驗(yan)證
　　當在(zai)線校準(zhun)和比對(dui)兩種方(fang)法都不(bu)能實施(shi)時,隻能(neng)退💃而采(cai)用在線(xian)驗證,其(qi)方法大(da)體上有(you):物料平(ping)衡法、熱(re)量平衡(heng)法、設備(bei)能力估(gu)算法和(he)其他參(can)量評估(gu)法等。
2.1物(wu)料平衡(heng)法
　　利用(yong)測量系(xi)統中流(liu)入系統(tong)各流量(liang)計所測(ce)流量值(zhi)的總和(he)與流出(chu)系統各(ge)流量計(ji)測量值(zhi)的總和(he)相等,或(huo)其✔️差值(zhi)在合理(li)範圍内(nei)♻️。例如應(ying)用于工(gong)程交工(gong)驗收時(shi)驗證相(xiang)關流量(liang)計測量(liang)結果,水(shui)廠出水(shui)總管流(liu)量和各(ge)輸送分(fen)管總和(he)之間的(de)🥰驗證。
2.2熱(re)量平衡(heng)法
　　将與(yu)被測流(liu)量相關(guan)聯的數(shu)據代入(ru)熱量平(ping)衡方程(cheng)式👨‍❤️‍👨,計算(suan)出🔞流量(liang)理論值(zhi),以驗證(zheng)流量測(ce)量值。例(li)如鍋爐(lu)除氧器(qi)蒸汽👌消(xiao)耗量以(yi)進水流(liu)量和水(shui)升高溫(wen)度,以熱(re)量平衡(heng)計算驗(yan)之[6]。
2.3設備(bei)能力估(gu)算法
　　根(gen)據相關(guan)設備能(neng)力估算(suan)流量的(de)一種方(fang)法。例如(ru)供水❄️企(qi)🌈業測量(liang)輸水泵(beng)揚程,按(an)泵的揚(yang)程-流量(liang)(h-q)特征估(gu)算輸水(shui)量。
2.4其他(ta)參量評(ping)估法
　　檢(jian)驗流量(liang)計流量(liang)信号以(yi)外其他(ta)流量測(ce)量要素(su)的參量(liang),是否仍(reng)保持在(zai)原校準(zhun)流量時(shi)的允許(xu)範圍内(nei),評估🥰驗(yan)證所測(ce)流量的(de)正♈确率(lü)。如下文(wen)兩節所(suo)述檢❄️驗(yan)電磁流(liu)量計☂️的(de)磁場強(qiang)度和測(ce)量超聲(sheng)流量計(ji)的聲速(su)。
3電磁流(liu)量計在(zai)線驗證(zheng)
　　電磁流(liu)量計是(shi)根據法(fa)拉第電(dian)磁感應(ying)定律測(ce)量導電(dian)流體流(liu)量🌏的儀(yi)表,感應(ying)電動勢(shi)E即流量(liang)信号正(zheng)比于磁(ci)感應強(qiang)度🔞B和被(bei)測平均(jun)流速V,
即(ji)E=KBDV(1)
式中:K爲(wei)系數;D爲(wei)測量管(guan)内徑,均(jun)爲常值(zhi)。
　　若能證(zheng)明測量(liang)要素B仍(reng)保持在(zai)原校準(zhun)流量時(shi)的允差(cha)範🧡圍内(nei),且證明(ming)沒有影(ying)響流量(liang)信号的(de)其他不(bu)利因素(su)(如信号(hao)回路絕(jue)😘緣電㊙️阻(zu)下降),就(jiu)可确認(ren)所測流(liu)量值仍(reng)保持原(yuan)有性能(neng)的值。爲(wei)證明B維(wei)持原值(zhi),應檢📞驗(yan)勵磁線(xian)♍圈電阻(zu)/絕緣以(yi)及勵磁(ci)電流,評(ping)估B;檢查(cha)電極信(xin)号電路(lu)絕緣良(liang)好,證明(ming)流量信(xin)号沒有(you)被分流(liu);測量電(dian)極接㊙️液(ye)電阻,評(ping)估電極(ji)表面狀(zhuang)況是否(fou)妨礙🐉正(zheng)常測量(liang);檢查測(ce)量各部(bu)件絕緣(yuan)電阻以(yi)判斷零(ling)部💛件劣(lie)化程度(du);再以模(mo)拟信号(hao)器及其(qi)他通用(yong)儀器檢(jian)查轉換(huan)器完好(hao)性。這些(xie)檢查項(xiang)目如表(biao)1所示,文(wen)🛀🏻獻[7]有📐詳(xiang)細的論(lun)述。

4超聲(sheng)流量計(ji)的在線(xian)驗證
　　超(chao)聲流量(liang)計是利(li)用向流(liu)動的流(liu)體發射(she)超聲波(bo),傳播時(shi)承載🏃🏻上(shang)📱流體流(liu)速的信(xin)息,予以(yi)接收并(bing)檢測流(liu)體流♊速(su)的儀表(biao)。應用于(yu)石油和(he)天然氣(qi)業儲運(yun)交接的(de)超聲流(liu)量計🚩是(shi)以超聲(sheng)波在流(liu)體内🐕順(shun)逆兩個(ge)方向傳(chuan)播,利☎️用(yong)傳播速(su)度差與(yu)流體流(liu)速之間(jian)的關系(xi)㊙️,求取流(liu)體流👄量(liang)。如何在(zai)線判定(ding)運行中(zhong)超聲流(liu)量計♊的(de)測量正(zheng)确率,在(zai)天然氣(qi)應用㊙️中(zhong)人們利(li)用實測(ce)聲速這(zhe)一參量(liang)與從測(ce)量氣體(ti)或成分(fen)計算所(suo)得聲速(su)(即從超(chao)聲流量(liang)計外🍉獲(huo)得的參(can)比量)進(jin)行💁比較(jiao),驗證超(chao)聲流量(liang)計;在海(hai)上FPSO(floatingproductionstorageandoffloading)平台(tai)上利用(yong)兩台串(chuan)接超聲(sheng)流量計(ji),分析所(suo)測流量(liang)和聲速(su)的統計(ji)數據,判(pan)析儀表(biao)的運行(hang)狀況🤩。
4.1計(ji)算聲速(su)和實測(ce)聲速比(bi)較、驗證(zheng)[8]
　　自1998年美(mei)國燃氣(qi)協會提(ti)出AGA第9号(hao)報告《多(duo)聲道超(chao)聲流量(liang)計測量(liang)燃氣》以(yi)來,多聲(sheng)道超聲(sheng)流量計(ji)應用于(yu)天然氣(qi)交接計(ji)量日益(yi)增加♍。交(jiao)接計量(liang)要求經(jing)常檢查(cha)測量正(zheng)确率。
　　Daniel多(duo)聲道超(chao)聲流量(liang)計的用(yong)戶超聲(sheng)接口CUI(customerultrasonicinterface)軟(ruan)件對儀(yi)表作内(nei)㊙️部診斷(duan),保證運(yun)行良好(hao)。然而這(zhe)些檢查(cha)診斷還(hai)❄️沒有與(yu)外界任(ren)🧡何一個(ge)參👉比量(liang)比較;還(hai)不能判(pan)斷是否(fou)測量準(zhun)确,還需(xu)要一💜個(ge)外界參(can)比量。超(chao)聲在流(liu)體中傳(chuan)播時間(jian)是儀表(biao)求取流(liu)速的原(yuan)始測量(liang),傳播時(shi)🙇🏻間和儀(yi)表輸出(chu)以及所(suo)測聲速(su)也不準(zhun)确,因此(ci)周期性(xing)地用外(wai)界獨立(li)的參比(bi)聲速與(yu)超聲流(liu)量聲速(su)比較,以(yi)檢驗超(chao)聲流💯量(liang)計性能(neng)。
　　這一參(can)比聲速(su)是以氣(qi)相色譜(pu)儀所測(ce)天然氣(qi)成分和(he)實時🆚壓(ya)⭐力/溫度(du)按AGA第10号(hao)報告《天(tian)然氣和(he)其他相(xiang)關氣相(xiang)烴的聲(sheng)速》經流(liu)量計算(suan)機計算(suan)獲得,與(yu)超聲測(ce)量計所(suo)測聲速(su)連續地(di)比較。
　　圖(tu)3所示是(shi)由流量(liang)計算機(ji)分别計(ji)算每隔(ge)10min實測聲(sheng)速和計(ji)🚩算聲速(su)🔱平均值(zhi)的記錄(lu)例。若兩(liang)者偏差(cha)超過設(she)定值将(jiang)發出信(xin)号,以引(yin)起注視(shi)。

4.2分析統(tong)計數據(ju)
　　巴西IPT技(ji)術研究(jiu)所發表(biao)文章,報(bao)道分析(xi)串接在(zai)FPSO平台上(shang)⛱️兩台相(xiang)同型号(hao)DN600五聲道(dao)超聲流(liu)量計發(fa)送石油(you)的流量(liang)和聲📧速(su)統計數(shu)✏️據,以驗(yan)證交接(jie)計量的(de)運行狀(zhuang)況[9]。
　　兩台(tai)儀表中(zhong)一台日(ri)常貿易(yi)交接計(ji)量儀表(biao)由另一(yi)台參比(bi)表🛀(mastermeter)核查(cha)和校驗(yan)。圖4所示(shi)是貿易(yi)計量儀(yi)表流⭕量(liang)在4000～5500m3/h時的(de)校驗記(ji)錄,變化(hua)在原校(xiao)準儀表(biao)系數的(de)±0.180%範圍内(nei),最大變(bian)化爲0.090%,标(biao)準偏差(cha)爲0.045%。

用(yong)兩台相(xiang)同型号(hao)超聲流(liu)量計核(he)查校驗(yan),結果顯(xian)示儀表(biao)系數在(zai)1.000附近變(bian)化很小(xiao),可解釋(shi)爲兩種(zhong)可能性(xing):
①計量儀(yi)表和參(can)比表兩(liang)者均沒(mei)有漂移(yi),這是大(da)多數的(de)可🔱能事(shi)件;
②計量(liang)儀表和(he)參比表(biao)以相同(tong)方式和(he)相同方(fang)向漂移(yi),這🈲在測(ce)量系🏃🏻‍♂️統(tong)短時工(gong)作儀表(biao)系數變(bian)化0.090%的條(tiao)件下,是(shi)小概率(lü)事件,或(huo)視爲不(bu)🌂可能事(shi)件。
　　再從(cong)計量儀(yi)表與參(can)比表五(wu)個聲道(dao)的各聲(sheng)道間,求(qiu)取✨聲速(su)💋比值考(kao)察儀表(biao)的穩定(ding)性,表2摘(zhai)錄流量(liang)在5500m3/h時的(de)聲💛速比(bi),五個聲(sheng)道兩儀(yi)表聲速(su)比變化(hua)最大爲(wei)0.006%。
　　從上述(shu)統計數(shu)據分析(xi)說明,在(zai)2025年11月27日(ri)到2025年11月(yue)27日期間(jian)兩🛀🏻台儀(yi)表運行(hang)是十分(fen)穩定的(de),重複性(xing)和再現(xian)性也沒(mei)有明❗顯(xian)變化。

4.3國(guo)家檢定(ding)規程中(zhong)的規定(ding)
　　我國正(zheng)在制訂(ding)《超聲流(liu)量計檢(jian)定規程(cheng)》的“附錄(lu)D超聲流(liu)🌈量計🐆的(de)使用中(zhong)檢測”也(ye)規定用(yong)聲速複(fu)核和驗(yan)證在線(xian)使用中(zhong)的儀表(biao),規定每(mei)次實驗(yan)流量點(dian)每條聲(sheng)道的計(ji)算值與(yu)前一次(ci)計算一(yi)緻,偏差(cha)不得大(da)于3%。
5結束(shu)語
　　流量(liang)儀表可(ke)以行之(zhi)有效地(di)實行在(zai)線校準(zhun)比對,電(dian)🤟磁流量(liang)計和超(chao)聲流量(liang)計的實(shi)踐說明(ming),流量儀(yi)表還可(ke)以通過(guo)檢查⚽流(liu)量信号(hao)📱以外的(de)相關參(can)量,評估(gu)或💜驗證(zheng)在檢定(ding)周💔期間(jian)的運行(hang)狀況,或(huo)據此延(yan)長儀表(biao)的檢定(ding)周期。國(guo)外已有(you)若幹企(qi)業專業(ye)爲🌍客戶(hu)在線校(xiao)準或驗(yan)證流量(liang)儀表;國(guo)内也有(you)若幹單(dan)位正在(zai)開展這(zhe)類業務(wu),我☀️們相(xiang)信此業(ye)務今後(hou)将會得(de)到更好(hao)✂️的發展(zhan)。

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