浅析气体涡轮流量计的新型检测校准装置

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[关键词]流量计；测试；精确测量公司

近年来，随着气体公司致力于减少天然气测量方面的不确定度，对高压气体流量计的校准需求有了显著的增长。对大的工业用气体流量计来说，很小的负误差，将会导致天然气储输公司和地区销售公司每年数千万美元的损失。间接式流量计，如气体涡轮流量计、超声波流量计和孔板流量计等，当工作压力和校准压力不同时，它们的校准特性将有所改变。因此，为减小测量不确定度，需要在相同或相近的流量和压力下进行校准。

一、高压测试装置

高压单元是一个开放式系统，位于天然气储矿和高压天然气管道中间。气矿的来气通过干燥处理厂和过滤器去除液体和固体杂质。装置包括1台加热设备，以保证进人装置的气体温度保持在60℉左右。压力可在200～1000 lb/in2（G）（1.38～6.89MPa，表压）之间调节。按照AGA 7号报告的推荐方式，被测流量计和标准流量计的安装采用上游直管段10D，下游直管段5D。装置在设计时考虑到了被测流量计管线间的互换，以便可用小口径标准流量计测试大口径仪表，达到20：1的流量比，符合AGA推荐的安装建议。

工作标准和核查标准都可溯源到美国NIST，因为它们都经MRF/SwRI校准，而MRF/SwRI可溯源到NIST。MRF的仪表校验标准也都溯源到NIST。MRF/SwRI的每个测试系统的原级标准都是一个原子称量罐。该称量罐的刻度由质量标准校准，可溯源到NIST。装置的数据采集和流量控制选用奔腾Pc-基数据采集系统，该系统采用美国国家仪表公司（National Instruments）的SCXI数据采集板和Lab VIEW软件，通过传感器采集频率、压力、温度信号，完成流量计准确度计算和进行统计过程控制。

二、低压测试装置

低压测试装置是一个闭环流量校验系统。介质是压缩空气或瓶装氦气，用1台100hp的史宾塞（Spencer）鼓风机循环。调节混合气体中空气和氦气的体积比，以改变混合气体的相对密度在0.14～1.0之间变化。用1个冷却塔和3个水平换热器来控制测试期间空气的温度，用气动蝶阀控制流量。仪表和计算机数据采集系统的设计与高压系统的相同。传递标准是精确测量公司的双涡轮自诊断涡轮流量计，在荷兰尼德兰测试研究院校准过。所有的标准流量计都可溯源到荷兰国家基准，荷兰国家基准又可溯源到国际质量基准。

三、精确测量公司的传递标准

精确测量公司的涡轮流量计包含一个内置式标准流量计，该流量计可在实际操作流量和压力下精确测量，且不影响计量，阻断流量或妨碍流量计的标准功能。能准确地测量出影响流量计精度的机械摩擦和产生旋涡的安装方式，诸如凸出物、流量波动、启停流体、部分堵塞、叶片弯曲或折断等引起的流量计误差也都可以检测出来，这些问题都可能存在，因此必须进行检查。

该自诊断性能的获得是通过内置一个标准流量计于流量计腔体出口端面处实现的。该标准流量计是具有独特设计特性的第二叶轮流量计腔室，它与上游主腔室比较，可大大地减少故障率。内置式标准流量计这些独特的设计特点不易扩展到主腔室。精确测量公司的涡轮流量计有两个主要的应用场合，即①用于大流量的现场流量计和②用于测试流量计，①和②校准的传递标准（标准流量计）。

现场流量计——精确测量公司针对改善现场涡轮流量计的可靠性和减少故障率，引入自诊断技术。上游主叶轮作为一个常规涡轮流量计以及机械指针式接收器和机械或电子校正器使用。除了测量叶轮转速的电子频率传感器以外，主叶轮的基本测量功能部分不需要电源供应。测量流量的机械和电子单元也可以不需要电源供应。无线电频率传感器检测叶轮叶翼，它的输出频率非常高。

检验精确测量公司涡轮流量计的基本方法有三种，其他方法也可以考虑。它们是使用便携式校验仪；使用Metretek AE500OEFC校正器；直接连接叶轮传感器输出到用户流量计算机。

便携式校验仪通过一个便携式检测箱和便携式计算机，在流量计处检查主叶轮的性能，精确、迅速且不中断流量计的正常工作。专门设计的便携式校验仪，满足了涡轮流量计通常一年一次或两次的检查和测试需要。

精确测量公司选用Metretek AE5000电子流量计算机作为第二种校正器，它由主叶轮的机械输出驱动。该计算机可编程，在规定的时间间隔内周期地精确检查并将数据以文件形式储存，以便用户随后经由调制解调器或软磁盘下载。AE500OEFC配有自备电源。

第一和第二种校验仪使用相同的算法、不同的程序语言进行精确评价。便携式校验仪与AE500OEFC应用上的差别在于前者是被携带到指定的流量计处完成测试，而后者是专门用于某一流量计。

第三种校正器是简单地将两个叶轮发出的频率信号引到用户的SCADA系统，连续地跟踪两个叶轮输出的流量或测得的体积。AMCO的两种测试装置使用这种校验仪实现统计过程控制，提前指出传递标准性能可能变坏的迹象。

传递标准——采用无线电频率传感器检测叶轮叶翼的方法获得高频输出，精确测量公司的涡轮流量计具有超级的重复性。该设计特点和自诊断特点在主腔室的应用使精确测量公司涡轮流量计的可靠性比传统的涡轮流量计大为改善。精确测量公司用作传递标准的流量计所具有的独特的电子输出功能，进一步改善了重复性和可靠性。

四、质量控制

使用可溯源到NIST的校准标准，每年重复校准所有的流量计来保证仪表的质量控制。工作标准流量计的质量控制依赖于两个辅助方法。其一是如同测试被检流量计一样，测试每个核查标准流量计，把测试结果与校准过传递标准的装置上获得的结果相比较，通过比较结果建立一个AMCO测试装置与其他传递标准校准装置相联系的关系。第二种方法是通过作图和分析工作标准流量计的准确度与初始校准准确度（%）变化的百分比，保持统计过程控制（SPC）。

五、实验室比对

为确认AMCO测试装置的可靠性，做了一项实验室比对工作，检验在新装置上测试的准确度与在其他已建装置上测试的准确度的一致性。包括德国道斯顿（Dorsten，Germany）的PIGSAR测试装置、SwRI的MRF和荷兰的NMI。在所有的比对测试中，AMCO测试装置与其他装置测试结果一致，在可比的雷诺数下，比对总不确定度不大于0.4% 。该不确定度为AMCO测试装置的不确定度与其他比对装置不确定度的平方和再开平方根。（编辑/刘佳）