天然气计量系统的可靠性保证与校准研究

天然气作为一种重要的能源越来越被重视，其计量的准确性成为计量工作者的主要研究任务。为了使天然气计量准确可靠，人们逐渐认识到仅对流量计 进行研究、改进和标准化，要提高流量计量的准确、可靠性是有限的，只有使整个计量系统的可靠性得到保证，才能从根本上解决计量的准确性。

1准确度要求的可靠性保证

1.1流量计和二次仪表准确度应符合法规或合同要求

组成讨量系统的气体流量计和二次仪表的准确度至少应满足国家法规或合同要求，计量系统准确度及配套仪表应符合天然气计量系统技术要求规范附录中 的相应规定。此外，计量系统应充分和准确地遵循任何附加的合同条款。计量系统中的每一种仪表特性应与预期的被测量特胜及所要求的准确度水平相匹配。应特别 注意仪表所使用的量程范围，以及对被测量波动的动态响应。

可分别对计量系统中独立的计量仪表予以校准和调整，这些独立的计量仪表在出现故障时可以更换;以确定测量结果的最大允许误差。最大允许误差是用 一个测董丝吉果的百分数或一个绝对值来表示的。它是一个误差限，或者讲是扩展不确定度。计量系统中某一计量仪表的系统误差不应用另一计量仪表的相反系统误 差去消除，而应按照不确定度评定的方法来进行合成。

1.2最大允许误差决定

计量系统应确定一个二倍的标准偏差，该误差对于己规定最大允许误差的计量系统的每一台仪表或作为一个整体的计量系统都应在最大允许误差范围内。 在这种情况下，计量系统的多种资料的不确定度分析是有效的。不确定度分析包括:基于仪表校准给出的测量结果的剩余系统误差;基于技术条件、校准证书和确认 的安装影响引起的不确定度;根据重复校准的 结果或已知的性能，评估计量系统随时间的漂移，和漂移引起的不确定度;评估安装影响引起的不确定度;评估校 准设备的不确定度影响。

1.3校准

对于计量系统及其各单台仪表，要求具有相应的测量准确度，它应使用可溯源至国家基准的方法进行检定、校准。用于贸易计量系统的仪表应按国家有关 法规进行强检。校准应在与实际工作相同条件下进行，如果不一一致，则会引人附加误差。比如校准时的工作条件与使用条件不一致，那么流量计上游的实际速度分 布与校准时的实际速度分布就会不一致，必然引起流量计的附加误差。传感器和电子仪器受环境温度影响或功率变化也会造成‘定的附加误差。但是，如果安装影响 是已知并稳定的、或可以通过现场检查予以确定，如果在计算不确定度时考虑到这个因素，那么我们也可在不同条件下对计量仪表进行校准。

用于校准的标准设备应在法定计量机构进行检定， 如果与校准范围的功能相关，校准证书应规定测量结果的系统误差。使用条件超出校准时的范围，如 孔板，其尖锐度可能已发生变化，那么必然会引人系统误差。校准证书还应对校准结果的不确定度加以说明。由型式试验或用于计量系统的仪表类型已知的经验资 料，首次校准结果的漂移和漂移造成的不确定度将是可以评估的。基于这一点，检查和校准间隔可以被确定。应对计量仪表和计量系统的有效性进行评估。计量站应 当指明;如果某一计量仪表或整个计量系统发生故障，测量结果应采用什么方式予以替代。应对代替值的木确定度给测量值的木确定度造成的影响进行评估。即使在 使用代替值的情况下，整个规定时间周期内测量结果都应处于有关各方认可的范围内。

2安装过程的可靠性保证

流量计的安装应遵循相关国家标准、行业标准或国际标准的要求，并满足制造厂要求。当人口旋涡角小于仪表制造广或适当的产品标准指标规定时，所产生的涡流及速度分布畸变是可以接受的。

对于所有的流量计，一个充分发展的轴对称的速度分布和消除涡流对获得准确的流量测量是至关重要的，旋转式容积流量计对速度分布的要求敏感睦较 小，而孔板流量计对速度分布的要求最敏感，这是由开撇流量计的测量原理决定的，孔板流量计流量基本方程就是在一个充分发展的轴对称的速度分布的基础上推导 得来的。各型流量计的典型直管段长度要求在相应的技术规范中作了详细的规定，这里需要注意的是直管段长度要求是只适用于上游流动条件可以接受的安装，即符 合我们刚提到的入口条件的要求。如果流量计的入口存在着严重的不对称流或涡流，要获得一个充分发展的速度分布，规定的直管段则还不够。除非试验已表明处于 上述情况下的流量计能准确计量。比如生产厂家可能针对某种典型的上游管道配置进行了型式试验证明了流量计在这种情况下能准确计量，否则就要求长得多的直管 段或安装流动调整器，加多长的自管管道还是要通过实验来确定

为获得可接受的速度分布，一般应考虑以下措施，并与后面将谈到的旋转式容积流量计等几种流量计的具体说明相结合。所需上、下游直管段和流量计的 内径应相同;流量计上、下游截断阀公称直径应与管道公称直径一致，宜采用全开孔阀;如果安装高压阀，流量计上游应采取预一防措施，比如加长直管段，加装流 动调整器等方式;应根据流量计类型避免使用会产生非对称速度分布和涡流的管件或设备(如:单弯管、u型管、不同平面的双弯管、部分关闭阀等)，否则应保证 流量计上游在足够的直管段或加装流动调整器。如果上游条件不能保证所用流量计要求的直管段，则应使用适当的流动调整器;流动调整器的下游也应安装符合要求 的直管段。

压力脉动和流速脉动现象可能引起流量测量中的严重误差。影响性能的频率范围和幅度取决于流量计的类型、流量计的设计以及气体密度，如脉动对孔板 流量计的测量误差影响可达20%，甚至100%。在选择流量计时应考虑到这些因素，这时，我们就可根据实际情况选择多声道的超声流量计，它的结构设计·声 道布置能测量一定程度的脉动流。

旋转式容积流量计在低压时对管路形状不是很敏感。高压时(实际操作压力大于0.4mpa)必须确保流量计人口的气流为充分发展流。一般情况下，在上游用与 流量计法兰直径d相同的4d直管段，在下游用zd直管段便能达到要求。由于计量因素，可以产生小的压力脉动，但对自身操作没有影响。当有另外的管路联入流 量计管路，或者流量计被用在管汇处，要注意避免共振的可能性。

涡轮流量计应保持准确度所需的上游速度分布取决于流量计的设计，应考虑有上游干扰涡轮流量计灵敏度的测试结果。en12261和150中都有规 定，流量计要做针对上游干扰的敏感性而进行测试，它要求安装条件对流量计的影响不能超过最大允许误差的三分之一，否则还得增加直管段或加装流动调整器来进 行测试，直至满足要求为止。

超声流量计的安装要求在gb/t18604中作了有关规定。对于单声道超声波流量计，与孔板流量计相同，需要提供充分发展流速剖面的安装条件。对于多声道流量计，安装条件可以不那么严格。孔板流量计的安装要求在sy/t6143中作了有关规定。

3投产试运行前的测试校准

计量系统由复杂的机械及电子设备组成，应进行适当的试运行以保证它们满足正式运行的设计要求。到现场前，应在制造厂内尽可能对系统进行全面的出 厂验收测试。这种详细的系统测试包括机械部件，进行系统的二次仪表和流量计算机检验，证实不同电子元件间的信号处理和数据传输。安装后，在系统投产前还应 进行试运行的检查。

用于投产的所有测试设备应具有权威实验室颁发的有效检定证书，或者使用己校准合格的、参与投产的各方都认可的测试设备。这个要求不包括只用来产生电流或电讯号的设备。然而，这种设备的输出应稳定并具有重复性。

用于调试的测试设备，其测量的不确定度，至少应为被测试仪表中特定项目的不确定度的三分之一(在测试条件二)。在所用之处，测试设备测量的不确 定度应符合国家法规。所有测试设备均应用于其所用的环境。如果要把这种设备用于危险区域，它应具有适当的安全合格证。这里应强调的是在天然气计量中，用于 现场测试的设备必须是防爆的，否则只能在实验室进行测试。

安装就位后应确保所有的残渣均已清除，系统已经吹洗、试压、气流进人并升压至流量计人口阀。应对系统进行目测检查以保证其完整性符合设计要求。 特别是对自动、手动截断阀和放空阀要认真检查以确保安全可靠性操作。应对所有电器系统及其危险区域电缆电路的设备合格证书进行检查以确保它们符合相关标 准。开启出口阀时应避免流量计受到高压冲击。当通过涡轮流量计和旋转式容积流量计给下游大管道升压时，更要注意。

测试和校准程序依赖于安装设计，视计量管路是否

安装旁通而定。，应确保计量系统良好运行和不确定度满足计量要求，测试和校准程序应在计量站投人正常使用前进