流量計算機校準的常見問題及解決方法
摘要：天然氣計量通常依據流量計算機數據。流量計算機通過采集現場溫度、壓力、氣體組分等進行工況體積量與標況體積量之間的換算。通過分析工況標況流量轉換公式，將流量計算機校準問題歸納分類。總結校準過程常見的問題，分析后找出問題的產生原因并提出了解決方法，確保流量計算機準確度和正常運行。在石化工業上，提高流量計算機的準確度可以提高物料配比準確性，保證產品質量和純度，節約原料減少廢料，降低污染物排放，降低因不測量導致多送物料的輸送能耗，實現物料平衡和能量平衡的目的。
在天然氣計量通常依據標況體積流量。流量計算機采集流量計數據及相關的溫度壓力等參數，按照數學模型對數據轉換并分析處理，計算出相應的標況流量數據。必須對其進行校準，才能保證天然氣的計量準確。自 2005 年 JJG 1003—2005 《流量積算儀檢定規程》施行以來，流量計算機在使用方面[1-2]研究較多，在檢定或校準方面[3-5]的論文較少。筆者對校準過程中導致流量示值誤差偏大和校準完成后導致流量計算機不能正常運行兩方面因素進行總結分析，并提出了解決方法。
1、校準過程中導致流量示值誤差偏大因素：
天然氣工況流量轉化為標況流量，依據下列公式：
| Pm Tn Zn | |
| Qn = Qm Pn Tm Zm | （1） |
式中： Qn ——標準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；
P m ——工況條件下氣體壓力，kPa；
P n ——標準參考條件下氣體壓力，101.325
kPa；
T n ——標準參考條件下氣體溫度，20 ℃；
T m ——工況條件下氣體溫度，℃；
Z n ——標準參考條件下氣體壓縮系數；
Z m ——工作條件下氣體壓縮系數；
V ——工況條件下氣體流速，m/s； d ——工況條件下傳感器內徑，m。
如果流量校準示值誤差較大，那么誤差產生的因素就一定在 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 | 校準結果數據 | ||||
| 脈沖頻率/ | 壓力/ | 溫度/ | 示值流量/ | 計算流量/ | 示值誤差/ |
| Hz | kPa | ℃ | (Nm3?h-1) | (Nm3?h-1) | % |
| 50 | 8000 | 10 | 1 408.07 | 1 403.86 | 0.300 |
| 80 | 8000 | 10 | 2 253.07 | 2 246.17 | 0.307 |
| 120 | 8000 | 10 | 3 379.81 | 3 369.26 | 0.313 |
原因分析：組態 Pn 誤設為 101 kPa。流量計算機中設置的 Pn 和 Tn 均參與計算，不能隨意舍入。
解決方法：將標況壓力改為 101.325 kPa。2）流量計算機顯示壓縮因子計算錯誤，內容
為 Zn error，流量校準誤差較大。
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的氣體組分，導致 Zn 和
Zm 計算錯誤。
解決方法：在軟件內查看氣體組分，是否有誤輸入。
3）流量計算機計算出的 Zn 和 Zm 值與站軟件計算值偏差較大。檢查中發現將氣體組分設置為選用 keypad 值時，實際使用值 select 值與 keypad值不一致。
原因分析：廠家組態誤操作造成物理地址不對
應。keypad值實際尋址為 Downlord值。
解決方法：使用 select值進行校準。
4）流量計算機計算出的 Zn 和 Zm 值與站軟件計算值偏差較大。檢查中發現流量計算機算出的密度值與站軟件計算值差別很大。
原因分析：流量計算機組態中 STANDARD DENSITY Mode Status 應設置為 compress （壓縮法），受檢單位誤設置為 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，示值誤差相差了 4倍。
表 2 氣體為 17 ℃時流量校準結果數據
| 氣體流速/ | 壓力/ | 溫度/ | 示值流量/ | 計算流量/ | 示值誤差/ |
| (m?s-1) | kPa | ℃ | (Nm3?h-1) | (Nm3?h-1) | % |
| 5 | 5185 | 17 | 33 279 | 33 250.43 | 0.086 |
| 10 | 5185 | 17 | 66 558 | 66 500.86 | 0.086 |
| 15 | 5185 | 17 | 99 838 | 99 751.29 | 0.087 |
表 3 氣體為 73 ℃時流量校準結果數據
| 氣體流速/ | 壓力/ | 溫度/ | 示值流量/ | 計算流量/ | 示值誤差/ |
| (m?s-1) | kPa | ℃ | (Nm3?h-1) | (Nm3?h-1) | % |
| 5 | 5185 | 73 | 26 430 | 26 340.01 | 0.342 |
| 10 | 5185 | 73 | 52 860 | 52 680.02 | 0.342 |
| 15 | 5185 | 73 | 79 290 | 79 020.04 | 0.342 |
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，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：
| d2 | |
| Qm = V 4 CT CP MF CF × 3600 | （2） |
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 ——超聲流量計表體內徑，m；
C P ——壓力對工況流量的修正系數，由公
式 （3）計算所得；
C T ——溫度對工況流量的修正系數，由公
式 （5）計算所得；
MF ——校準系數；
CF ——管道流體流速分布系數。
| CP = 1 + 3S( PL – PCAL ) | （3） |
式中： S ——超聲流量計表體材質壓力膨脹修正系數，由公式（4）計算所得；
P L ——壓力，kPa；
P CAL ——標定內徑時的壓力，通常為標準狀
態大氣壓。
S = 1/E[(1.3D2 + 0.4d2 )/(D2 – d2 )] （4）
式中： E ——楊氏模量； D ——超聲流量計表體外徑，m；
d ——超聲流量計表體內徑，m。
| CT = 1 + 3L(TL – TCAL ) | （5） |
式中： L ——超聲流量計表體材質所對應的線性溫度修正系數，℃-1；
T L ——溫度，℃；
T CAL ——超聲流量計標定內徑時的溫度，通
常為標準狀態溫度。
從公式（2）、（3）、（5）可以看出，工況壓力越高，工況溫度與標準溫度偏離越大，管壁越薄，校準偏差越大。
解決方法：如果流量計檢定時已經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 校準完成后導致流量計算機不能正
常運行因素
1）流量校準后，顯示超聲流量計通道報警，內容為 us1 paths，消除不掉。
原因分析：警報為聲道號定義錯誤。因為校準完畢后，流量計算機記錄的還是校準時虛擬流量計狀態，連接現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）流量校準后，顯示超聲流量計通訊報警，內容為 us1 comms，消除不掉。
原因分析：警報為在***近的 5 秒內沒有從流量計得到的一個有效的通訊信號。因為校準完畢后，流量計算機記錄的還是校準時虛擬流量計狀態，連接現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）校準完畢，停止輸入虛擬量，流量計算機工況流量還是按校準時計算。
原因分析：流量計算機記憶的還是校準時的虛擬流量，連上流量計信號線反而不識別。
解決方法：重啟流量計算機，該現象就會消除。
4）校準完成后，現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：上位機程序設計，即檢查到流量計算機狀態異常后，上位機顯示區域狀態異常。
解決方法：重啟上位機，該現象就會消除。5） S600 流量計算機有時上下游閥門全部關
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），對應計量 300 m3/ h （標況）。
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，產生流量或超聲波流量計內氣流紊亂。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值設為 0。
7）做完流量校準恢復后，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，調壓撬調壓，導致氣壓不穩，頻繁觸發。
解決方法：將計量撬上下游閥門關死。
8）現場壓變顯示在 99.7 kPa 左右波動，流量計算機顯示值在 8000 （keypad 值）和 100.x 左右波動。報警內容為“P min alarm”。
原因分析：壓力報警下限設置過低，為100 kPa。這樣現場通訊值如果低于 100 kPa，流量計算機顯示 keypad值。
解決方法：將報警下限設置調高，比如設置為110 kPa。
3、結語：
能源計量管理通過計量量化作為基本依據，不僅衡量能源節約與浪費，同時對指導合理使用能源和節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。
針對貿易交接場合，提高流量計算機精度可以提高貿易交接的準確性和公正度，通過減少計量誤差，直接體現經濟效益，減少貿易糾紛；針對物料配比場合，提高流量計算機精度。流量計算機的準確度的提高，可以提高物料配比準確性，保證產品質量和純度，節約原料減少廢料，減少污染物排放，降低因不測量導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性，保證物料平衡和能量平衡等工藝目的實現，從而提高成品率，實現節能減排。