油氣流量測(cè)量?jī)x表的在線實(shí)流檢定問題

油氣流量測(cè)量?jī)x表的在線實(shí)流檢定問題

流量測(cè)量?jī)x表的檢定或校準(zhǔn)是流量量值傳遞或溯源鏈中最重要的環(huán)節(jié)，通常可將其分為實(shí)流檢定和干式檢定（干檢）兩種方式。介紹了實(shí)流檢定和干式檢定的概念，并論述了各自的應(yīng)用場(chǎng)合，強(qiáng)調(diào)了流量?jī)x表在線實(shí)流檢定的必要性及計(jì)量學(xué)特點(diǎn)。
概 述

       流量測(cè)量?jī)x表的檢定或校準(zhǔn)是流量量值傳遞或溯源鏈中最重要的環(huán)節(jié)，通常可將其分為實(shí)流檢定和干式檢定（干檢）兩種方式。
       實(shí)流檢定是在檢定過程中讓試驗(yàn)流體流過被檢流量?jī)x表，并以流量標(biāo)準(zhǔn)裝置或標(biāo)準(zhǔn)器具確定的標(biāo)準(zhǔn)流量為依據(jù)，評(píng)定流量?jī)x表的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度等計(jì)量性能，或?qū)α髁績(jī)x表進(jìn)行校準(zhǔn)或定度，并確定其是否合格。如果實(shí)流檢定的 試驗(yàn)流體就是流量?jī)x表所測(cè)量的流體，且檢定在流量?jī)x表的實(shí)際安裝位置和實(shí)際操作條件下進(jìn)行，則稱為在線實(shí)流檢定，否則稱為離線檢定。嚴(yán)格地講，在線實(shí)流檢定的基本特征是流量?jī)x表在檢定和實(shí)際使用過程中的安裝、使用等條件相一致。
       在干式檢定過程中，并沒有試驗(yàn)流體流過被檢流量?jī)x表，但是要檢測(cè)流量?jī)x表與流體相接觸并影響流量測(cè)量結(jié)果的幾何構(gòu)造和各部分尺寸，校準(zhǔn)與流量計(jì)算有關(guān)諸參數(shù)的測(cè)量?jī)x表和涉及測(cè)量結(jié)果的附屬裝置，并檢查儀表的安裝、操作是否按規(guī)定進(jìn)行。干檢屬于間接的組合測(cè)量方法，省去了實(shí)流測(cè)試過程，但是它只能給出流量測(cè)量的不確定度范圍，不能對(duì)流量?jī)x表進(jìn)行校準(zhǔn)或定度。
       目前，用于原油貿(mào)易計(jì)量的流量?jī)x表基本上實(shí)現(xiàn)了在線實(shí)流檢定，即在現(xiàn)場(chǎng)用體積管檢定流量計(jì)，用于過程檢測(cè)和物料平衡的原油流量測(cè)量?jī)x表尚大都采用離線檢定方式。成品油流量?jī)x表大部分采用離線檢定方式， 只有少數(shù)裝車棧橋上的流量?jī)x表實(shí)現(xiàn)了在線實(shí)流檢定，所用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器為標(biāo)準(zhǔn)罐或電子秤。絕大多數(shù)用于貿(mào)易計(jì)量的天然氣流量?jī)x表采用干檢方式，極少數(shù)采用臨界流噴嘴在線實(shí)流檢定。
    在線實(shí)流檢定的必要性
       采用何種方法檢定流量?jī)x表取決于計(jì)量系統(tǒng)所要求的測(cè)量不確定度、被檢流量計(jì)的類型、所具備的檢定條件、檢定所需費(fèi)用等諸多因素，但是從計(jì)量學(xué)意義上講，在線實(shí)流檢定最符合準(zhǔn)確性、一致性、溯源性和實(shí)驗(yàn)性等計(jì)量特點(diǎn)，尤其是在油氣貿(mào)易計(jì)量中應(yīng)優(yōu)先推薦這種檢定方法。
       采用組合測(cè)量方法對(duì)流量?jī)x表進(jìn)行干式檢定，是根據(jù)各有關(guān)參數(shù)的測(cè)量結(jié)果及其不確定度，按照一定的誤差處理方法合成出該儀表流量測(cè)量的總不確定度。它只能以一定的置信度間接的確定流量?jī)x表的不確定度范圍，不能給出其具體誤差值。干式檢定往往是以豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)要求為前提的，從這一點(diǎn)上來看，它仍保持了計(jì)量的試驗(yàn)性和一致性特點(diǎn)。標(biāo)準(zhǔn)孔板節(jié)流裝置、臨界流文丘利噴嘴等都已有相當(dāng)成熟的干檢技術(shù)，氣體超聲流量計(jì)的干檢試驗(yàn)雖已初見成效，但主要研究成果都是流量計(jì)制造廠提供的，尚沒有形成標(biāo)準(zhǔn)，電磁流量計(jì)等儀表的干檢只有個(gè)別制造廠家在摸索探討。以孔板流量計(jì)為列，其統(tǒng)一的流出系數(shù)公式建立在極其豐富和充分的試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上 ，且給出了流出系數(shù)的誤差范圍，但我們只知道流出系數(shù)的誤差不大于0.6%，并不知道具體大小，也不知道是正是負(fù)。在合成孔板流量測(cè)量的不確定度時(shí)，也只能以一定的置信度給出一定的不確定度范圍， 例如對(duì)于儀表配置水平較高的孔板流量計(jì)，我們通常說在置信度為95%時(shí)其不確定度不超出1.0%或1.5%。但要知道具體的流量測(cè)量誤差，或要進(jìn)一步提高某一孔板流量計(jì)的流量測(cè)量準(zhǔn)確度，則必須對(duì)其進(jìn)行實(shí)流檢定。
       雖然離線檢定可給出流量?jī)x表在檢定條件下的誤差值或流量計(jì)系數(shù)，但是其實(shí)際操作條件和安裝條件不同于檢定條件，介質(zhì)的有關(guān)物性參數(shù)甚至介質(zhì)本身也有所不同，因此這種檢定不是真正意義上的校準(zhǔn)或賦值。嚴(yán)格地講，流量?jī)x表的離線檢定結(jié)果只能說明其在檢定條件下的計(jì)量特性，當(dāng)實(shí)際使用現(xiàn)場(chǎng)的安裝條件、操作條件、環(huán)境條件不同于檢定條件時(shí)，其計(jì)量性能會(huì)有所變化，給流量測(cè)量結(jié)果帶來附加的誤差。如果對(duì)流量測(cè)量結(jié)果要求不高，或者嚴(yán)格地說即使有該附加誤差也能滿足預(yù)定的測(cè)量要求，則離線檢定不失為一種簡(jiǎn)單易行的選擇。然而遺憾的是，我們往往并不知道該附加誤差的大小甚至方向，判斷其是否會(huì)引起測(cè)量超差也就無從談起，此時(shí)多數(shù)是以一定的經(jīng)驗(yàn)主觀判斷是否能接受離線檢定結(jié)果。
       只有在線實(shí)流檢定才能實(shí)現(xiàn)真正的流量?jī)x表校準(zhǔn)或賦值，因?yàn)橹挥写藭r(shí)的校準(zhǔn)或賦值才真正計(jì)入各種因素對(duì)流量?jī)x表性能的影響，才能保證量值傳遞鏈或溯源鏈的連續(xù)和封閉。我們可以在配備體積管的原油外輸計(jì)量站實(shí)現(xiàn)流量計(jì)系數(shù)交油，而對(duì)離線檢定的成品油流量?jī)x表和采用干式檢定的天然氣流量?jī)x表不能按系數(shù)交接，恰恰說明了這一點(diǎn)。
    在線實(shí)流檢定的計(jì)量學(xué)特點(diǎn)
    (1) 對(duì)物性參數(shù)影響的修正
       幾乎所有流量?jī)x表的測(cè)量結(jié)果都受到被測(cè)介質(zhì)有關(guān)物性參數(shù)變化的影響，只是影響程度有大有小。物性參數(shù)對(duì)有些流量測(cè)量結(jié)果的影響是以顯函數(shù)表現(xiàn)的，這主要體現(xiàn)在氣體流量測(cè)量上，如孔板流量計(jì)中天然氣相對(duì)密度、壓縮因子、等熵指數(shù)等參數(shù)的影響。對(duì)于以顯函數(shù)表現(xiàn)的影響，只要已知這些參數(shù)的實(shí)際值，就能對(duì)其進(jìn)行修正。但對(duì)大多數(shù)流量?jī)x表而言，物性參數(shù)對(duì)其計(jì)量性能的影響難以用數(shù)學(xué)公式精確地表達(dá)出來，而且流量?jī)x表運(yùn)行條件的變化往往也伴隨著物性參數(shù)的變化，很難單獨(dú)分離出各自的影響量，因此實(shí)流檢定成為完全消除物性參數(shù)影響的唯一選擇。
       在液態(tài)烴計(jì)量中，容積流量計(jì)和渦輪流量計(jì)對(duì)液體粘度的變化都十分敏感，特別是在低粘度下和儀表測(cè)量范圍的下限，目前尚沒有通用的粘度修正公式。在天然氣流量測(cè)量中，天然氣密度變化對(duì)渦輪、渦街等流量計(jì)有明顯的影響，因此要慎重考慮流量計(jì)在低壓下用空氣介質(zhì) 檢定的結(jié)果是否能直接用于高壓下的天然氣，即在根據(jù)所要求的流量測(cè)量不確定度選擇流量計(jì)及其檢定方式時(shí)，是否考慮了因檢定條件與使用條件不同而存在的附加誤差。
    (2) 對(duì)操作條件影響的修正
流量?jī)x表的操作條件或運(yùn)行條件直接影響其計(jì)量性能，操作壓力或溫度變化對(duì)流量?jī)x表的最直接影響就是其計(jì)量腔體的改變，其間接影響是被測(cè)介質(zhì)粘度、密度等物性參數(shù)的變化，但間接影響可在修正物性影響 時(shí)考慮。由于流量?jī)x表結(jié)構(gòu)和形狀的復(fù)雜性及加工裝配的離散性，幾乎不可能采用計(jì)算的方法對(duì)其腔體隨操作條件的變化精確地進(jìn)行修正，也不可能根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)針對(duì)所有流量計(jì)擬合出滿足準(zhǔn)確度要求的經(jīng)驗(yàn)公式。
       對(duì)于容積流量計(jì)而言，計(jì)量腔體變化會(huì)導(dǎo)致作為測(cè)量基準(zhǔn)的容積單元的改變，還會(huì)引起內(nèi)部漏失量的變化，從而影響流量測(cè)量結(jié)果。對(duì)于速度式渦輪流量計(jì)，操作條件改變將引起其流通面積的變化，從而導(dǎo)致儀表系數(shù)的變化。如果檢定時(shí)流量?jī)x表的操作條件能與實(shí)際使用時(shí)相同或接近，則離線檢定即可滿足要求。但是，由于操作條件的復(fù)雜性和多變性，離線檢定往往不能復(fù)現(xiàn)實(shí)際操作條件，只有在線實(shí)流檢定才能解決高準(zhǔn)確度的流量測(cè)量問題，否則要考慮附加的誤差。從廣義上講，被測(cè)介質(zhì)的均勻度、含氣（液）量、雜質(zhì)含量等來流條件，也屬于流量計(jì)操作條件的范疇，但其對(duì)流量?jī)x表性能的影響更加復(fù)雜，有時(shí)在線實(shí)流檢定也難以解決。
      以國(guó)外某原油貿(mào)易計(jì)量站為列，只要渦輪流量計(jì)的操作溫度變化達(dá)到±2.0℃或壓力變化達(dá)到±350kpa，所有的流量計(jì)都要重新檢定，以避免因操作條件變化而出現(xiàn)的附加誤差。
    (3) 對(duì)安裝條件影響的考慮
       安裝條件從兩個(gè)方面影響流量?jī)x表的計(jì)量性能：①渦輪、渦街、超聲等速度式流量計(jì)和孔板、噴嘴等差壓式流量計(jì)，都要求被測(cè)介質(zhì)在進(jìn)入流量計(jì)入口處時(shí)，達(dá)到充分發(fā)展或特定的速度分布，盡可能避免速度畸變、旋渦流和脈動(dòng)流，而影響來流的因素包括管路的走向及布置形式、流量計(jì)前后阻流件形式、前后直管段長(zhǎng)度及整流器形式、離脈動(dòng)源的距離及阻尼 方式等對(duì)安裝條件；②科氏力質(zhì)量流量計(jì)等對(duì)安裝應(yīng)力、機(jī)械震動(dòng)比較敏感，不當(dāng)安裝所造成的多余應(yīng)力會(huì)影響到流量計(jì)振動(dòng)管的自由振動(dòng)，影響流量計(jì)的頻率輸出，機(jī)械震動(dòng)也會(huì)干擾輸出信號(hào)的檢測(cè)，從而影響流量計(jì)的示值。若采用離線檢定方式，則不可能復(fù)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的來流、應(yīng)力等實(shí)際安裝條件，會(huì)使檢定結(jié)果偏離實(shí)際情況，其具體偏離也難以量化。盡管已有許多經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以利用，但現(xiàn)場(chǎng)條件千變?nèi)f化，只有在線實(shí)流檢定能將安裝條件的影響計(jì)入檢定結(jié)果，對(duì)流量測(cè)量的實(shí)際結(jié)果予以修正，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地測(cè)量。
    (4) 對(duì)環(huán)境影響的考慮
       在進(jìn)行流量?jī)x表的型式鑒定、樣機(jī)試驗(yàn)或質(zhì)檢抽查時(shí)，一般要進(jìn)行機(jī)械環(huán)境、氣候環(huán)境和電磁干擾的試驗(yàn)，確定其整體性能。對(duì)于一般的計(jì)量檢定，則只確定流量?jī)x表的計(jì)量性能。但對(duì)于在線實(shí)流檢定，流量?jī)x表所處的環(huán)境就是其實(shí)際使用環(huán)境，用這種檢定方法所確定的流量?jī)x表性能 已包括環(huán)境影響的因素，只是它不同于進(jìn)行型式鑒定時(shí)的極限環(huán)境條件。
    結(jié) 論
    （1） 盡管有幾種不同的流量?jī)x表檢定方式可供選擇，但干式檢定所適用的儀表十分有限，且它只能確定流量測(cè)量的不確定度范圍，不能直接對(duì)流量?jī)x表進(jìn)行校準(zhǔn)或賦值，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是省去了實(shí)流檢定的過程。
    （2） 流量?jī)x表的離線檢定適合與對(duì)流量測(cè)量準(zhǔn)確度要求不十分高的測(cè)量場(chǎng)合，它體現(xiàn)了流量溯源的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，但很難做到溯源或傳遞鏈的封閉，因?yàn)榱髁績(jī)x表的檢定條件難于同實(shí)際使用條件 相一致，選擇這種檢定方法的代價(jià)是所引入的附加誤差。

流量?jī)x表的離線檢定適合與對(duì)流量測(cè)量準(zhǔn)確度要求不十分高的測(cè)量場(chǎng)合，它體現(xiàn)了流量溯源的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，但很難做到溯源或傳遞鏈的封閉，因?yàn)榱髁績(jī)x表的檢定條件難于同實(shí)際使用條件 相一致，選擇這種檢定方法的代價(jià)是所引入的附加誤差。