天然气流量计算机校准的常见问题及处理方法

杨世彬

大庆油田设计院有限公司

流量计算机具有结构简单、安装方便、运算速度快、精度等级高等特点[1-2]。为确保天然气交接计量准确、可靠，天然气贸易交接时，天然气计量站均采用流量计算机计量的最终交接天然气标况体积流量作为贸易结算凭证。通过采集流量计参数和相关的温度、压力、气体组分等参数，将工况体积流量转换成标况体积流量，依据检定规程进行数据分析处理，得出对应流量计量数据[3-4]。为保证贸易交接准确可靠，依据JJG 1003—2016《流量积算仪检定规程》，需要对计量数据进行校准。

近年来，计量技术人员对于流量计算机应用研究较多，校准方法研究较少。本文以F1 涡轮流量计算机为例，对校准过程中流量示值误差偏大原因进行归纳总结，列举校准后流量计算机不能正常运行的问题，提出合理解决方案。

1 数学模型建立

涡轮流量计工况流量与流量计算机标况流量转换公式如下：

式中：Q为涡轮流量计工况体积流量，m3/h；f为单位时间内涡轮流量计发的脉冲信号个数，s-1；K为涡轮流量计的脉冲系数，即单位体积的流体流过流量计发出的脉冲数，L/m3；Qn为涡轮流量计标况体积流量，m3/h；p为工作状态下绝对压力，kPa；pn为标准大气压力，101.325 kPa；T为工作条件下气体温度，℃；Tn为标准状态下气体温度，20 ℃；Z为工作条件下气体压缩因子；Zn为标准参考条件下气体压缩因子。

由公式（1）、（2）可知，流量示值误差来源于以上参数。各输入量相对标准不确定度如表1所示。

表1 相对标准不确定度汇总Tab.1 Summary of relative standard uncertainty

由于各输入量的估算值变化不会导致其他参量变化，故相关系数为0。根据JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》，若合成不确定度为

则相对扩展不确定度为

2 示值误差偏大原因分析

以国家管网西气东输某天然气计量站F1 流量计算机为例，使用标准器MC6（多功能校验仪）作为信号源，模拟流量计发出不同频率信号，同时固定压力、温度、仪表系数等输入量，得出标况流量示值误差（表2）。

表2 校准结果Tab.2 Calibration results

2.1 压缩因子计算误差大

流量计算机计算的Z、Zn值与国家站软件计算结果相差较大，导致示值误差偏大。

（1）组态内气体组分设置为keypad（键盘值）时，无法保存，计算机实际采用download 在线色谱值。如表3 所示，由于在线色谱分析仪采集的气体组分值是实时变化的，且各组分的保留时间完全不同，无法完成校准工作。可在组态软件内关闭online gas quality（在线气体组分），将其改为No，保存并上传组态。如表4 所示，组分值来源更改为键盘值，或者从上位机中断开气体色谱仪，流量校准结束后再恢复在线色谱采集。

表3 色谱分析仪采集组分时间变化Tab.3 Time change of components collected by the chromatographic analyzer

表4 气体摩尔分数及其来源Tab.4 Molar fraction of gas and its source

（2）在国家管网集团西气东输各天然气站中，流量计算机均采用AGA8-92DC 法和气相色谱归一法计算天然气压缩因子等参数（表5）。

表5 归一化前后天然气压缩因子等参数计算结果Tab.5 Calculation results of parameters like natural gas compressibility factor before and after normalization

2.2 流量计多点误差修正

如表6 所示，利用标准装置对涡轮流量计进行检定时，选取量程内固定几个流量点作为检定点[5]，计算出各点的示值误差，并对多点误差做修正处理。流量计算机的校准是模拟一个标准的工况流量，不需要误差修正。在校准过程中将组态内流量计各检定点及对应误差修正值做好记录，然后将误差修正值全部修改为0，待校准结束后将修正值恢复，保存并上传组态。

表6 流量检定点及修正误差Tab.6 Flow verification points and error correction

3 校准后不能正常运行问题

3.1 小信号切除

当进出口阀门全关闭，确认管路内无气体流动时，流量计算机仍然显示有流量累加。虽然涡轮流量计理论上不存在零点漂移问题，但流量以模拟信号形式输出时，因模拟电路的特性也会产生漂移。由于涡轮流量计探头输出脉冲信号，其幅值与流过漩涡发生体流体的流速平方成正比。当探头输出信号幅值较大时，信噪比也较大，干扰不易侵入；当流速较低、信噪比小时，干扰容易侵入。此时采用小信号切除方法，使仪表既能在流速较高时保证正常测量，又能在流速低于切除值、可测最小流量对应值时，稳定指示零。虽然小信号对全天计量的影响不大，但如果长时间累计，对计量准确度影响极大[6-7]。合理设置与涡轮叶片启动灵敏度相匹配的小信号切除点是提高计量准确度的关键（表7）。

表7 小信号切除设置Tab.7 Small signal removal setting

3.2 组态上传错误

校准恢复后，流量计算机面板上显示压力、温度为固定值，且现场的压力、温度变送器示值异常。由于流量校准过程中温度、压力要采用固定的替代值（substitute value），校准结束后直接上传组态，计算机没有采集到现场的压力、温度信号；所以，应在校准结束后将替代值方式改为无效（invalid），再上传组态。

3.3 压力下限报警

校准恢复后，流量计算机显示压力信号在8 000 kPa 与101.1 kPa 之间变换，现场压力变送器示值在100.8 kPa 上下浮动，报警显示pmin alarm（压力下限报警）。原因是：由于计算机组态内将压力下限报警值设置为101 kPa，当压力低于101 kPa就会产生报警，示值显示8 000 kPa 键盘值；当压力大于或等于101 kPa 时，显示正常示值；比如，将压力下限报警值设置为100.5 kPa，就不会产生报警，但又不能设置过低，因为压力变送器检定过程中对于下限绝压值的调整都是以当地的实际大气压值作为标准值[8]。因此，在不同的海拔地区，由于当地大气压值的差异，合理设置压力下限报警值显得尤为关键。

3.4 流量计通信报警

流量计算机校准结束后，显示涡轮流量计通信报警，而且清除不掉。在校准过程中需要拔掉机柜后面采集流量计脉冲信号的端子，通过标准器模拟现场脉冲信号，此时流量计与流量计算机通信中断。当校准结束后，恢复端子，流量计算机还记忆着模拟流量信号[9]，连接流量计信号端子后无法识别。需要重启流量计算机，重新与流量计匹配通信信号，若仍不能消除报警，可以将气体分输支路切换到该流量计所在支路，流量计产生工况流量，通信报警就会消除。

4 结束语

通过提出流量计算机示值误差偏大的解决方案，可降低计量误差，提高流量计算机校准精度，保证贸易计量的准确性，减少计量纠纷，维护贸易双方的经济利益。通过采取一些流量计算机校准后共性问题的处理方法，不仅能提高校准的工作效率，增强分输与计量状态的连续性，减少污染物的排放，保护环境，而且可降低人力、物力以及不必要的设备损耗，提高设备使用的科学性，提高能源利用的有效性[10]，减少生产过程中的能源消耗，实现节能降耗。