摘要:流量(liang)儀表在有(yǒu)些使用場(chǎng)所不能離(li)線校準定(dìng)期檢💚定,如(rú)大型輸水(shui)管不允許(xu)停役,爲探(tàn)知現場使(shǐ)用條件下(xia)✊流量測量(liàng)🏃‍♂️系統的精(jing)度,必須在(zai)現場實施(shi)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼在線校準(zhun)、比對或驗(yan)證等三個(gè)不同層次(ci)的運作。簡(jian)要回顧了(le)當前實行(háng)的這些在(zai)線校準和(hé)☎️在線比對(dui)⁉️,着重闡述(shu)了電磁流(liu)量計🏃‍♀️和超(chāo)聲流量計(jì)所采用的(de)評估驗證(zhèng)流量儀表(biǎo)運行狀況(kuàng)的方法。
0引(yin)言
　　電磁流(liu)量計 和 超(chao)聲流量計(jì) 的流量量(liàng)值通常在(zài)制造廠流(liú)量實驗室(shì)的流量标(biao)準裝置上(shàng)實流校準(zhǔn),傳遞量值(zhí)。然而在現(xiàn)場流動和(hé)使用條件(jian)偏離校準(zhun)💁時的參比(bǐ)工作條件(jian)下,爲探知(zhī)‼️現場條件(jiàn)也就😄是對(duì)測🏒量系統(tong)(包括流量(liàng)儀表、前後(hòu)連接管、介(jie)質流動狀(zhuang)态等)的測(ce)量準确率(lü),或者貿易(yì)交接計量(liang)要求短間(jian)隔周期檢(jian)定,以及不(bu)容許停役(yi)管線離線(xiàn)校🔅準的場(chang)所,需要在(zai)線校準。
　　流(liú)量儀表的(de)在線校準(zhǔn)是在現場(chang)測量條件(jian)下将流經(jing)待❓校準儀(yí)表的流體(ti)臨時接入(rù)固定式(或(huo)移動式)流(liú)量标準✊裝(zhuang)置或标準(zhǔn)計量器具(ju)進行比較(jiao)。除在線校(xiào)準最高層(céng)次外,還有(yǒu)在線比對(dui)和在線驗(yan)證兩個層(ceng)次。
　　流量儀(yí)表在線比(bǐ)對的工作(zuò)方法和“校(xiào)準”相似,隻(zhi)是在某些(xiē)方面🏃‍♀️達不(bú)到“校準”規(guī)定,要求相(xiàng)對低些,如(rú)隻與精🏒度(du)等🧑🏽‍🤝‍🧑🏻級相♻️近(jìn)的參比💚測(cè)量計相比(bi)。流量儀表(biǎo)在線驗證(zheng)🔞是采用間(jiān)接檢查(驗(yàn))的方法,評(píng)估或驗證(zheng)儀⁉️表的流(liu)量測量值(zhi)等☎️性能仍(réng)保🆚持或超(chāo)過原校準(zhǔn)性能的範(fan)圍,爲是否(fou)仍可繼續(xu)使用或需(xū)♌進一步檢(jiǎn)查提供依(yī)據。
1在線校(xiao)準和在線(xiàn)比對
　　流量(liang)儀表的在(zai)線标準,其(qi)校準條件(jiàn)(即流體物(wu)性、操♈作條(tiao)♉件、安裝和(hé)環境條件(jiàn))通常是在(zai)與現場實(shí)際使用條(tiáo)件充分一(yī)緻的情況(kuàng)下進行的(de)。常用方法(fa)如圖1所示(shì)。

1.1流量(liàng)标準裝置(zhì)法
　　本方法(fǎ)首先在能(néng)源工業探(tan)索實踐,當(dāng)前已在原(yuán)油和天🐆燃(ran)氣的貿易(yì)交接計量(liang)中普遍應(yīng)用,例如原(yuan)油交接計(ji)量💞基本上(shàng)實現在現(xian)場用基地(dì)式或移動(dong)式标準體(ti)積管校準(zhun);天然🔴氣交(jiāo)接🛀計量采(cǎi)用臨界流(liú)文丘裏噴(pēn)嘴🚶(音速噴(pen)嘴)在線校(xiào)準,實例請(qing)參閱文獻(xiàn)[1]。
　　流量儀表(biao)在線比對(duì)所采用的(de)方法,大體(ti)上和流量(liàng)标準🎯裝置(zhì)法在線校(xiao)準相似,有(yǒu)容器衡器(qi)比對法、參(can)比流量計(ji)比對法和(he)外夾裝換(huan)能器超聲(sheng)流量計比(bǐ)對法等,文(wén)獻[1]也有扼(è)要說明。
1.2示(shi)蹤法
　　示蹤(zong)法在線校(xiào)準流量儀(yí)表技術在(zài)國際上已(yi)相當成熟(shú),早在上世(shi)紀70年代就(jiù)頒發了國(guó)際标準ISO2975—(1～7)《封(fēng)閉管🈚道中(zhong)水流量測(cè)量———示蹤法(fǎ)🈲》和ISO4053—(1、4)《封閉管(guan)道中氣體(tǐ)流量測量(liang)———示🐉蹤法》,其(qi)工作原🏃🏻‍♂️理(li)有兩類:一(yī)是恒速注(zhù)入法(也稱(chēng)稀釋👌法);二(er)是瞬時注(zhù)入示蹤劑(ji)的傳輸時(shí)間法。傳輸(shu)時間示蹤(zōng)法也可使(shǐ)🔞用在明渠(qú)流、非滿管(guǎn)流或疑有(yǒu)沉澱物滿(mǎn)管流的流(liu)量校準。傳(chuan)輸法測量(liang)滿管流液(ye)體,在良好(hǎo)條🐪件下有(you)望得到0.5%的(de)測量精度(dù),測量氣體(tǐ)爲0.7%。
1.3速度面(miàn)積法
　　也是(shì)在線校準(zhun)的經典方(fāng)法,亦有國(guó)際标準可(kě)咨遵循,有(you)ISO3354《封閉💃🏻管♻️道(dào)中清潔水(shui)流量測量(liàng)———在滿道中(zhong)和規則流(liu)🥵動條件下(xia)采用流速(su)計的速度(dù)面積法》和(hé)ISO3966《封閉🐕管道(dao)中🌍流體流(liu)量測量———采(cǎi)用皮托靜(jìng)壓管的速(su)度-面積法(fǎ)》。
上世紀60年(nian)代日本就(jiù)曾在水電(diàn)站現場用(yòng)流速儀13個(gè)🐆測量點,校(xiao)準DN1000大管徑(jìng)電磁流量(liàng)計。日本當(dāng)時還沒有(yǒu)具備符合(he)要求的大(da)型水流量(liàng)标準裝置(zhì)。
　　泵站曾按(àn)ISO标準規定(dìng)位置布置(zhi)26台流速計(ji),測量大型(xíng)👉水泵3.5m×1.5m矩形(xing)🈚出水流道(dào)平均流速(su),以校準用(yong)差壓法測(ce)📞量泵進水(shui)🐅道差壓的(de)🌈流出系數(shù),測量流速(su)在1.2～1.3m/s之間。期(qi)間還用食(shi)鹽濃度法(fa)校準流速(su)計面積法(fa),在實驗過(guo)程中再用(yòng)食鹽濃度(dù)法複核流(liú)速計面積(jī)法的數據(ju)[3]。量值傳遞(dì)流程如圖(tú)2所示。

2在線(xian)驗證
　　當在(zài)線校準和(he)比對兩種(zhǒng)方法都不(bu)能實施時(shí),隻能退而(er)采用在線(xiàn)驗證,其方(fang)法大體上(shàng)有:物料平(píng)衡法、熱量(liàng)🔱平衡法、設(she)備能力估(gū)算法和其(qi)他參量評(ping)估法等。
2.1物(wu)料平衡法(fa)
　　利用測量(liàng)系統中流(liu)入系統各(gè)流量計所(suo)測流量值(zhi)的總和與(yǔ)流出系統(tong)各流量計(ji)測量值的(de)總和相等(děng),或其差值(zhi)在合理範(fan)圍内。例如(rú)應用于工(gong)程交工驗(yàn)收時驗證(zhèng)相關流量(liang)計測量結(jie)果,水廠出(chu)水總管流(liu)量和各輸(shū)送分管總(zong)和之間的(de)👈驗證。
2.2熱量(liàng)平衡法
　　将(jiāng)與被測流(liú)量相關聯(lian)的數據代(dai)入熱量平(píng)衡方程式(shì),計🥵算💰出流(liu)量理論值(zhí),以驗證流(liu)量測量值(zhí)。例如鍋爐(lú)除氧器蒸(zheng)汽🈲消耗量(liàng)以🈲進水流(liú)量和水升(shēng)高溫度,以(yǐ)熱量平衡(héng)計算驗之(zhī)[6]。
2.3設備能力(li)估算法
　　根(gēn)據相關設(she)備能力估(gu)算流量的(de)一種方法(fa)。例如供水(shuǐ)企業測量(liang)輸水泵揚(yáng)程,按泵的(de)揚程-流量(liang)(h-q)特征估算(suàn)輸🌈水量。
2.4其(qí)他參量評(píng)估法
　　檢驗(yan)流量計流(liu)量信号以(yi)外其他流(liu)量測量要(yào)素的參🌈量(liàng),是否仍保(bao)持在原校(xiao)準流量時(shí)的允許範(fan)圍内,評估(gu)驗證☀️所測(ce)☀️流量的正(zheng)确率。如下(xia)文兩節所(suo)述檢驗電(dian)磁流量計(ji)的磁場強(qiáng)度和測量(liàng)超聲流量(liàng)計的聲速(sù)。
3電磁流量(liang)計在線驗(yàn)證
　　電磁流(liu)量計是根(gen)據法拉第(di)電磁感應(ying)定律測量(liang)導電流體(tǐ)流量的儀(yi)表,感應電(dian)動勢E即流(liu)量信号正(zhèng)比于磁感(gǎn)應強度B和(he)被測平均(jun1)流速V,
即E=KBDV(1)
式(shì)中:K爲系數(shu);D爲測量管(guǎn)内徑,均爲(wèi)常值。
　　若能(neng)證明測量(liàng)要素B仍保(bǎo)持在原校(xiào)準流量時(shi)的允差範(fan)圍内,且證(zheng)明沒有影(ying)響流量信(xìn)号的其他(ta)不利因素(sù)💛(如信⛱️号回(hui)路絕緣電(dian)阻下降),就(jiù)可确認所(suo)測流量值(zhí)仍保持原(yuán)有性能🌐的(de)值。爲證明(ming)B維持原值(zhi),應檢驗勵(lì)磁線圈電(diàn)阻/絕緣以(yǐ)及勵磁電(diàn)流,評估B;檢(jian)查電♋極信(xin)号電路絕(jue)緣良好,證(zheng)明流量信(xin)号沒有被(bei)分流;測量(liang)電極接液(ye)電阻,評估(gū)電極表面(miàn)狀況是否(fou)妨礙☀️正常(chang)測量;檢查(chá)測量各部(bu)件絕緣電(dian)阻以判斷(duan)零部件劣(lie)化程度;再(zai)以模拟信(xìn)号器及其(qí)他通🐆用儀(yi)器檢查轉(zhuan)換器完好(hǎo)性。這些檢(jian)查項目如(rú)表1所示,文(wén)♋獻[7]有㊙️詳細(xi)的論述。

4超(chāo)聲流量計(ji)的在線驗(yàn)證
　　超聲流(liú)量計是利(li)用向流動(dong)的流體發(fā)射超聲波(bo),傳播時承(cheng)載上流體(tǐ)流速的信(xin)息,予以接(jiē)收并檢測(cè)流體流速(su)的儀表。應(ying)用于石油(you)和天然氣(qì)業儲運交(jiao)接的超聲(sheng)📐流量計🆚是(shì)以超聲波(bō)在流體内(nèi)順逆兩個(ge)方向傳播(bo),利用傳播(bo)速度差與(yǔ)流體流速(su)之間的關(guān)系,求取流(liu)體流量。如(ru)何在線判(pan)定運行中(zhōng)👉超聲流量(liàng)計的測量(liang)正确⚽率,在(zai)天然氣應(ying)用中人們(men)利用實☂️測(ce)聲速這一(yi)參量與從(cong)測量氣體(tǐ)或成分計(ji)算所得聲(shēng)速(即從超(chao)聲流量計(ji)外獲得的(de)參比量)進(jìn)行比較,驗(yan)證超聲流(liú)量計;在海(hai)上FPSO(floatingproductionstorageandoffloading)平台上(shàng)利用兩台(tai)串接超聲(shēng)流🌍量計,分(fèn)析所測流(liú)量和聲速(sù)的統計數(shu)據,判析儀(yi)表的運行(háng)狀況。
4.1計算(suàn)聲速和實(shi)測聲速比(bi)較、驗證[8]
　　自(zì)1998年美國燃(ran)氣協會提(tí)出AGA第9号報(bao)告《多聲道(dao)超聲流量(liàng)計😄測量燃(rán)氣》以來,多(duo)聲道超聲(sheng)流量計應(yīng)用于天然(ran)氣交接計(ji)量日益增(zēng)加。交接計(jì)量要求經(jing)常檢查測(cè)量正确率(lǜ)。
　　Daniel多聲道超(chāo)聲流量計(jì)的用戶超(chao)聲接口CUI(customerultrasonicinterface)軟(ruan)件對儀表(biao)作内部診(zhěn)斷⚽,保證運(yun)行良好。然(rán)而這些檢(jian)查診斷還(hai)沒有與外(wai)💃🏻界任何一(yī)個參比量(liàng)比較;還不(bu)能判斷是(shi)否測量🏃準(zhun)确,還❓需要(yao)一個外界(jie)參比量。超(chao)聲在流體(tǐ)中傳播時(shí)間是儀表(biao)求取流速(sù)👌的原始測(ce)量,傳播時(shí)間和儀表(biǎo)輸出以及(jí)所測聲速(su)也不準确(què),因此周期(qi)性地用外(wài)界🛀獨🐉立的(de)參比聲速(sù)與超聲流(liu)量聲速比(bǐ)較,以檢驗(yan)超聲流量(liàng)計性💚能。
　　這(zhè)一參比聲(sheng)速是以氣(qi)相色譜儀(yí)所測天然(rán)氣成分和(he)實時壓💛力(lì)🙇🏻/溫度按AGA第(di)10号報告《天(tiān)然氣和其(qi)他相關🔴氣(qì)相烴的聲(shēng)速》經流量(liang)計算機計(ji)算獲得,與(yǔ)超聲測量(liàng)計所測聲(shēng)速連續地(di)比較。
　　圖3所(suǒ)示是由流(liú)量計算機(jī)分别計算(suan)每隔10min實測(cè)聲速‼️和計(jì)算聲速平(píng)均值的記(jì)錄例。若兩(liang)者偏差超(chāo)過設定值(zhí)将發🌍出信(xìn)🎯号,以❌引起(qi)注視。

4.2分析統計(ji)數據
　　巴西(xi)IPT技術研究(jiū)所發表文(wén)章,報道分(fen)析串接在(zai)FPSO平台上兩(liǎng)台相🏃‍♀️同型(xíng)号DN600五聲道(dao)超聲流量(liang)計發送石(shi)油的流量(liang)和聲速統(tong)計數據,以(yǐ)驗證交接(jie)計量的運(yùn)行狀況[9]。
　　兩(liang)台儀表中(zhong)一台日常(chang)貿易交接(jiē)計量儀表(biǎo)由另一台(tái)參比表(mastermeter)核(hé)查和校驗(yan)。圖4所示是(shi)貿易計量(liang)儀表流量(liang)在4000～5500m3/h時的校(xiao)驗😍記錄,變(bian)化在原校(xiao)準儀表系(xì)數的±0.180%範圍(wéi)内,最大變(bian)化爲0.090%,标準(zhun)偏差爲0.045%。

用兩台相(xiang)同型号超(chāo)聲流量計(ji)核查校驗(yan),結果顯示(shì)儀表系數(shù)在🔴1.000附近變(biàn)化很小,可(kě)解釋爲兩(liǎng)種可能性(xìng):
①計量儀表(biao)和參比表(biao)兩者均沒(mei)有漂移,這(zhe)是大多數(shu)的可能事(shì)件;
②計量儀(yí)表和參比(bi)表以相同(tong)方式和相(xiang)同方向漂(piao)移,這在🈲測(cè)量系❗統短(duǎn)時工作儀(yi)表系數變(biàn)化0.090%的條件(jian)下,是小概(gai)率事件,或(huò)視爲不可(ke)能事件。
　　再(zài)從計量儀(yi)表與參比(bi)表五個聲(sheng)道的各聲(sheng)道間,求取(qǔ)聲速比值(zhí)考察儀表(biao)的穩定性(xìng),表2摘錄流(liu)量在5500m3/h時的(de)聲速比,五(wǔ)個🧡聲道✏️兩(liǎng)儀表聲速(sù)比變化最(zuì)大爲0.006%。
　　從上(shàng)述統計數(shù)據分析說(shuo)明,在2025年12月(yue)16日到2025年12月(yue)16日期間兩(liang)台儀表運(yùn)行是十分(fen)穩定的,重(zhòng)複性和再(zai)現性也沒(mei)有明顯變(biàn)💔化。

4.3國家檢(jian)定規程中(zhong)的規定
　　我(wo)國正在制(zhi)訂《超聲流(liu)量計檢定(ding)規程》的“附(fù)錄D超聲流(liu)🐕量👈計的使(shǐ)用中檢測(cè)”也規定用(yong)聲速複核(he)和驗證在(zai)線使用中(zhōng)的儀表,規(guī)定每次實(shí)驗流量點(diǎn)每條聲道(dao)的計算值(zhí)與前一次(ci)計算一緻(zhi),偏差不得(dé)大于3%。
5結束(shù)語
　　流量儀(yi)表可以行(háng)之有效地(dì)實行在線(xiàn)校準比對(dui),電磁流💜量(liàng)☀️計和超聲(shēng)流量計的(de)實踐說明(míng),流量儀表(biǎo)還🌈可以通(tong)過檢查流(liú)量信号以(yǐ)外的相關(guan)參量,評估(gū)或驗證在(zai)檢定周期(qī)間的運行(hang)狀況,或據(ju)此延長儀(yí)表的檢定(dìng)周期。國外(wai)已有若幹(gan)企📱業專業(ye)爲客戶在(zài)線校準或(huo)驗證流量(liang)儀表;國内(nèi)也有若幹(gàn)🐉單位正在(zai)開☀️展這類(lei)業務,我們(men)相信此業(ye)務✏️今後将(jiāng)會得到💋更(gèng)好的發展(zhan)。

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