气体超声流量计故障分析与校准王辉（国家石油天然气大流量计量站成都分站，成都６１０２１３）摘要对超声流量计的计量性能要求、故障分析、现场枪查进行了探讨，并根据Ｄａｎｉｅｌ气体超声流晟计在国家石油天然气大流量计量站成都分站检定过程中的实际情况，重点分析了气体超声流量计的校准，以期促进实验室检定能力的提高，并使超声流量计在现场能够得到更好的应用，充分发挥其优势。关键词超声流量计；故障分析；校准；系数修正ＤｏＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉ唧１．１０００—０７７１．２０１１．１．０１８Ｏ引言随着天然气事业的蓬勃发展，作为天然气管道１０３０ｑ００７规定，流量计在ｑ，≤ｑ≤ｇ。。，的流量范围内，其最大允许误差应符合表ｌ的规定，在ｑ。岫≤ｇ＜ｇ。的流量范围内，最大允许误差应符合表ｌ规定的最大允许误差的两倍。如采用非表中所列的准确度等级，其最大允许误差需符合表ｌ中对应的原则并在流量计产品说明书中及流量计铭牌上明示。表ｌ准确度等级最大允许误差￡工业中最重要的测量环节，天然气计量直接影响了企业的经济效益和用户利益，气体超声流量计作为一种新型的流量计，以其优异的特性，在天然气贸易交接计量中得到了广泛的应用。而根据我国法制计量管理的相关规定，用于贸易交接计量的气体超声流量计属于强检范畴，必须经国内法定技术检测机构检定合格后使用，即必须具有合格的检定证书才可以在国内贸易计量中使用。因此，在实际检定过程中，为了保证检定实验的顺利进行，需要对流量计进行故障分析以及现场检查，如果出现相对示值误差超差的情况就可能需要对流量计进行校准，而根据生产厂家和检测数据的差异，对于气体超声流量计的校准方法也不一样，如何正确地选择校准方法，是计量检定工作中的重要内容。ｌ准确度等级对应误差Ｏ．２Ｏ．５１．０１．５２．０±Ｏ．２±０．５±１．０±１．５±２．Ｏ１．３测量重复性要求对于超声流量计的重复性，ＪＪＧ１０３０—２００７也做出了相关的规定，即流量计的重复性不得超过相应准确度等级规定的最大允许误差绝对值的ｌ／５。１．４其它指标ＧＢ／Ｔ１８６０４＿２００ｌ中还规定了对多声道气体超声流量计的其它几个指标。对于每一个声道的零流量读数＜１２ｍｍ／ｓ；分辨力为０．００１ｍ／ｓ；速度采样间隔≤ｌ８。这些指标也是多声道气体超声流量计超声流量计的计量性能要求１．１分界流量吼由于超声流量计具有极宽的量程比，通常可以达到ｌ：５０一ｌ：１００，因此提出了一个分界流量（俗称拐点）的概念，即低于该流量要采用扩展误差限的流量值。分界流量值除生产厂家有特殊规定外，通常为超声流量计最大流量的１０％，即Ｏ．１９～。１．２准确度等级要求对于气体超声流量计的测量准确度，ＪＪＧ检定时必需考虑的。而对于单声道气体超声流量计，测量性能可比多声道气体超声流量计低，具体指标由制造厂提供。２故障分析气体超声流量计在使用过程中．常常会遇到一些问题，如流量计的超声波探头频频报警，有时还会出现无流量记录的情况；计量瞬时流量数据明显・５９・万方数据■圆圈不正常；检定合格的同型号超声流量计，在使用中比对时计量误差超标等。通过分析发现，超声波探头频频报警、出现无流量记录和计量瞬时流量数据明显不正常的问题，可能是由于介质中的液态水附着在流量计内壁且遮盖了超声流量计探头，造成超声波在进出液态水表面时发生折射，传感器无法有效回收超声波信号；也可能是由于天然气中夹带的固体杂质在流量计表体内壁沉积，影响到超声波的反射路径和发射效果。而检定合格的同型号超声流量计计量误差超标问题，主要是由安装精度和现场工艺设备产生的噪音引起的。然而，如果通过清理超声波探头后，仍然不能排除故障，那么就需要对流量计仪表本身的情况进行分析，而对于Ｄａｎｉｅｌ气体超声流量计，则可以用笔记本电脑通过ＤＵＩ软件与流量计相连进行诊断。３现场检查及监测超声流量计强大的自诊断功能是保证其现场计量性能的重要手段，如何很好地利用这一功能也是计量检定人员的重要工作。ＩＳｏ／ＣＤ１７０８９—２００６详细提出了如何利用这些自诊断功能来分析、判断流量计及相关计量设备的工作状态，ＧＢ／Ｔ１８６０４—２００ｌ中也提出生产厂家应向使用者提供书面的流量计现场检查程序，其中均包括：利用自诊断参数（如计算声速和实测声速的比较、各声道测量声速间的比较、各声道测得流速之比、流速分布系数以及接收率、增益等）判断流量计及相关计量设备的工作状态、进行零流量测试、流量计内部检查以及其他机械和电子部件的检查等。同时一些技术文献也强调。从超声流量计的实流校准起就应该注意保存其历史诊断信息，通过对这些信息的分析，对判断流量计是否正常使用有重要的作用。４超声流量计的校准对于工作正常的气体超声流量计，仍然可能会出现在检定后其重复性符合要求但是相对示值误差超差的情况，因此就必须对该流量计进行校准。而对超声流量计的校准，主要是指对超声流量计系数的一种修正，而且校准后的流量计必需经过检定合格后方可在贸易计量场合使用。目前超声流量・６０・万方数据计的校准有单参数修正、多点修正和曲线拟合３种方式。１）单参数修正采用误差整体平移修正，最后给出一个校准系数（或流量计系数），输人流量计一次或二次仪表，这是前期超声流量计常用的修正方式。２）多点修正直接将校准数据输入流量计算机中，最多可达２０个流量点，由流量计算机按实际使用流量对流量计进行单点修正，校准效果较好，目前多数超声流量计型号都支持这个功能。原则上只要流量计重复性好，都可以修正到较高的准确度。３）曲线拟合修正将校准数据进行２次或３次方曲线拟合，然后将拟合后的曲线参数输入流量计二次仪表，但是目前只有少数厂家的少数型号采用这种方式修正。下面以一台Ｄａｎｉｅｌ气体超声流量计的实际检定数据为例来对流量计的系数修正进行说明。例：某台ＤＮ２５０Ｄａｎｉｅｌ气体超声流量计，检定前流量计系数为１．００００，准确度等级为１．Ｏ，检定数据如表２所示。表２校准前气体超声流量计数据标准器工被检表Ｔ各流量点各流量点流量点况流量况流量重复性相对示值（ｍ３／ｈ）（ｍ３／ｈ）（％）误差（％）ｇ。４４１１．４９４４ｌＯ．０３Ｏ．１２—０．０３Ｏ．４口一２０４８．４ｌ２０４４．８０Ｏ．Ｏｌ—Ｏ．Ｊ８０．１９一５０３．６３５１２．７３０．１０１．８ｌ叮蚍ｎ１５８．５９１６２．３００．１５２．３４从表２的数据中，我们可以看出，流量计的重复性满足检定规程的要求，ｑ。。、０．４ｑ一两个点的数据满足准确度１．Ｏ级的要求，而Ｏ．１９。。、ｑ。．。两个点的相对示值误差超差。如果采用单参数修正，不能消除测量误差，因此，必须采用多点系数分段修正对流量计进行校准。而对于多点系数分段修正，Ｄ粕ｉｅｌ气体超声流量计一般有两种分段修正方法：１）可以将０．１ｑ～、０．４９一、ｑ一以上为一段，ｇ。。为单独的一段；２）通过现场测试找到一个不同于拐点的分界流量点ｇ分再，使该流量点的数据满足准确度等级为１．Ｏ的范围，将ｇ分界、Ｏ．４口。。。、ｑ。。，分为一段，０．１９。。ｑ枷为一段。在检定过程中对流量计系数的分段做了研究，尝试将０．４ｑ一、ｇ。。分为一段、ｇ分界、０．１ｑ。。为一段、ｑ。；。为一段，可是试验结果很不理想，因为对于流量计的线性关系很难把握，因此仍然采用第二种方法对流量计的系数进行修正。由于分界流量点的选择十分重要，实际测试过程中，我们可以把检定点的流速提高到４ｍ／ｓ，然后计算相对示值误差，也可以通过标准装置测试的方法，在ｑ。流量点的基础上逐渐增加流量，然后通过现场标准实验装置寻找到分界流量点。虽然通过逐渐增加流量的方法寻找分界流量点比较复杂，但对于保证流量计校准的准确性十分重要。对于表２所示的检定数据，由于Ｏ．１ｑ。．，检定点的相对示值误差偏大，如果对拐点及以上流量点进行整体修正，那么最后的误差值将超过准确度的要求，因此只能采用第二种办法，通过现场实验测试，当标准器工况流量为６８４．５ｍ３／ｈ。相对示值误差为０．０７，即在工况流量为６８４．５ｍ３／ｈ时，该流量即为所寻找的分界流量。在流量点确定后，通过ＤＵＩ软件与流量计通讯，进入ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ菜单下的ＭｅｔｅｒＦａｃ—ｔｏｒｓ目录，将流量计系数输入流量计，并按照表３中所示的分段后流量计的系数输入。表３流量计系数标准器Ｔ．况流量计系数流量（ｍ３／ｈ）４４１１．５１．００００吼以上６８４．５１．００００５０３．６Ｏ．９９００吼以Ｆ１５８．６Ｏ．９９００系数输入后，根据检定规程的要求对气体超声流量计进行了验证，验证的实验结果满足准确度等级１．０的要求，实验数据如表４，同时对校准前后的数据做了比较，如网ｌ所示。通过一系列的实验数据，我们可以得出结论：对于气体超声流量计的校准，应首先观察流量计的万方数据重复性，然后分析相对示值误差，最后结合生产厂家的实际情况合理地选择修正方法对流量计系数进行修正。１，＿、、２ｌ－：：潍需ｌＩ—ｔ’ＴＺ¨Ｅ¨Ｕ，◆、－一琴瓣一￥ｌ★：、’、～●一＿一一ｇ。．。Ｏ．１９。ｎｇ仆界Ｏ．４９。。、ｇ。。、，图ｌ校准前后数据比较表４校准后气体超声流量计数据标准器工被检表工各流量点各流量点流量点况流量况流量重复性相对示值（ｍ３／ｈ）（ｍ３／ｈ）（％）误差（％）ｇ。４４１１．４９４４１４．６５Ｏ．１２—０．０３Ｏ．４ｑ。，２０４８．４ｌ２０４６．９４０．Ｏｌ—Ｏ．１８Ｏ．１９一５０３．６３５０７．６ｌＯ．１００．７９ｇ＿ｊｎ１５８．５９１６０．６８０．１５１．３２２０５４．５０２０５１．６３０．０４—０．１４验证点１５７．８３１５９．５０Ｏ．１４１．０６５结束语本文主要探讨了气体超声流量计在检定、校准中遇到的一些问题和解决办法，并对Ｄａｎｉｅｌ气体超声流量计的系数修正做了详细的介绍，旨在抛砖引玉，引起大家对气体超声流量计检定和校准的关注，不妥之处，敬请指正。参考文献［１］ＧＢ／Ｔ１８６０４用气体超声流量计测量天然气流量［２］ＪＪＧ１０３０—－２００７超声流量计［３］ＪＪＧ１９８一１９９４速度式流域计【４］郑鸿宁．王景阳．袁爱军．王赢利．超声波流量计计量偏差分析．计量技术．２００８（２）［５］边文萍，朱岩．杨平．何龙标．提高和完善超声标准量值溯源体系．计量技术．２００８（４）・６ｌ・气体超声流量计故障分析与校准
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
王辉
国家石油天然气大流量计量站成都分站,成都,610213计量技术
MEASUREMENT TECHNIQUE2011(1)
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