新型移动式全自控流量标定系统

尹梅

【摘要】本文针对天然气现场流量仪表实流标定问题，有机地利用不同车型和载卸方式，并结合标准表法标定原理和检测装置自动化软硬件结构，形成了便于现场标定作业的移动式全自控流量标定系统，从而高效地进行现场计量仪表的检测工作。

【关键词】天然气流量仪表标定；载卸车；检测装置

一、概述

随着天然气管网规模的迅速发展，对其计量管理提出了更高要求，为达到精确计量流量而不需拆卸流量计量表的情况下并使计量表的检测方便、快捷、精确，它正得到广泛的应用。它可用作科研、生产部门开发研制新产品，检测新产品性能的标准设备，也可作为计量监督部门、燃气企业在线检测流量仪表的基准器。

二、移动式标定系统载卸方式

1、 全挂式标定车。将标定装置系统及相关设备部件集成在运输半挂车上，采用牵引车牵引移动。标定作业时将标定系统牵引至现场就可实现在线实时标定。适合地势开阔的环境。

2、 撬装式标定车。主要由液压拉臂钩车和标定装置撬座组成，具有"整装整卸"功能，通过液压拉臂钩快速地进行车撬装卸分离，将承载的标定装置运载到现场进行在线标定作业。该方式可一车多撬，减少对运载工具的配置，在驾驶室自动操作装卸作业，且装卸时间仅1-2分钟。特点：

1） 标定装置撬与汽车底盘完全分离，不用时也可将撬装卸在库房内。

2） 自动化操作，效率高，可一车多撬。

3） 装置集成在撬装箱内，便于管理。

4） 采用PVC活动软棚，现场方便操作。

3、 自行移动式标定车。采用二类载货汽车底盘为安装运输平台，将标定系统及相关设备部件安装在上面。特点：

1） 整车相对较短，便于在城市使用，并根据检测装置的重量、尺寸等选择相匹配的汽车底盘。

2） PVC软篷型式的的车厢，具有轻盈、封闭严密、开启自如，可保温、防雨、防晒、防盗、防尘和抗冲击的特点，有利于检测装置的安装、操作和维修。

三、移动式标定系统的检测组成和特性

1、其检测装置部分采用计算机全自动控制检测，检测时通过人机对话输入检测数据，装置系统能自动采集、自动处理检定数据（压力、温度、成分、流量等），并打印输出检测结果。

2、根据速度式、容积式流量计和质量流量计检定规程及数据处理要求不同和不同标准表的使用，分别编制了多种检测控制程序。

3、对流量点的控制，在标准表前安装压力调节器及流量控制阀门，为仪表提供稳定的介质压力和流量，由此满足仪表检定中各个流量点的技术要求。

4、检测装置精度可达0.5级、0.25级及以上，流量检测范围从几m3/h到上千m3/h，以及上万m3/h，可对不同口径、不同接头的流量仪表（如速度式、容积式等）进行现场检测。

四、移动式标定系统的实例应用

针对丘陵、多山地区的城市地域环境，同时燃气企业管理的用户户数为100-200万户及其使用的流量仪表有膜式燃气表、速度式流量计等实际状况，考虑使用操作方式、投资成本和运行成本，移动式标定系统的技术要求、卸载方式、标准表类型和结构优化需进行特定的设计。

1、 技术要求

1） 检测装置准确度：±0.5%。

2） 检测装置检定介质：天然气。

3） 被检测流量仪表类型：①工业膜式表：G10G16G25G40G65G100。

②速度式流量计：DN-25DN-50DN-80DN-100DN-150DN-200DN-250

4） 流量范围：0.1m3/h-4000m3/h。

5） 压力环境：各类仪表、阀门、联接件等承载压力至少达1Mpa。

6） 标准流量计：其精度至少满足±0.25%。

7） 控制系统：应达到全量程检定过程自动化和较强的软件操作功能。

8） 卸载系统：应能快速自动安全操作装卸。

2、 卸载方式，对于复杂的地形和仪表安装，适合采用折叠式起吊机和撬装组合标定车，如标定车不能到达被检表近处，可将撬装整件起吊到现场，以便于检测。车载板房间隔成微机间、阀组间、空气压缩机间和电源间，这样可将危险区与非危险区分开。

3、 标准流量计的优化设计，选用气体音速喷嘴和气体标准体积管并联和阶梯组合，气体标准体积管主要用于低流量检测，音速喷嘴是较佳的标准流量计，具有很多优越性，计量部分为不锈钢，坚固轻便、无转动部件、耐久可靠、精度不易受损、使用寿命长、稳定性好、对环境没有严格要求、价格便宜等，并已形成国际国内标准，采用干式法标定，复标周期5年；常用音速喷嘴需将喷嘴进出口的压力差达到50%时，才能获得音速，而对于用作标准流量计的音速喷嘴可对其进行结构优化设计使压力差小到5%-10%，即可得到音速，从而降低了气源要求和操作难度，扩展了使用范围。

检定装置质量流量的计算公式：

容积流量的计算公式：

式中：M-工况状态下的质量流量，lb；P-壳体内压力，1b/in2（绝）；

A-喷嘴喉部的截面积，in2；喷嘴直径为0.0620-0.9941in，其面积约为0.003-0.776in2；

C-临界流量系数，是用色谱仪分析计算出的分子百分量计算而来的；

Cd-流出系数，因喷嘴的不同而变化，并通过标定确定，范围为0.96-1.0；

R-气体常数，其值是48.03除以气体分子量；T-壳体内的温度，K；

V-容积流量；Z-壳体内的压缩系数，是一个接近1的数值；

Rv-气体常数，等于2.398除以气体分子量。

4、检测流程和基本操作，使用移动式标定系统检测被检流量仪表时，首先将其检测装置通过专用车、吊装或撬装方式移动到被检流量仪表近处，如果流量仪表前后处有三通阀，可直接连接三通；如没有三通，则拆下被检表处的阀或一节管道后，用标定装置上的专用软管（带不同口径法兰连接头），不需将被检表拆下来，直接将装置与被检表接通后，关闭相关阀门，作检漏试验，确定无漏气后，即可进入检测程序；选择自动检测或手动检测方式，在系统提示下，输入检测所需参数（被检表名称型号、压力、流量、测试时间等），计算机自动控制检测全过程，待达到预置的检测时间或检测体积后，显示并打印出检测结果，同时存入计算机数据库中。

气体流经涡轮流量计，然后经过数控阀并送出4个信号，测量气体压力和温度的两个信号，另外2个脉冲信号来自涡轮流量计的脉冲发讯器和来自数控阀的质量流量信号。压力、容积、溫度（PVT）图表安装在记数器的上部并用来校验记数器。

计算机输入仪表温度和压力，并应用仪表测量的Acfh计算出Scfh（标准A3/h）；以lb为单位的质量流量是计算机从数控阀中获取数据除以标准状态下的密度值。在系统中流经涡轮流量计而后又通过数控阀的气体，其质量流量在各处都是一个常量。

然而，以实际立方英尺的容积流量随着气体的组分、温度、压力而改变。因此，在阀体的容积流量与涡轮流量计处的容积流量不同。对于一定的质量流量，当气体密度增加时，实际容积流量（Acfh）减小。阀体中的容积流量高于其在涡轮流量计处的流量--这是因为阀进口的压力低于涡轮流量计处的压力，使流体流速略有升高。这就是为什么阀门和流量计处的压力和温度都需要测量的原因。

涡轮流量计指示的Scfh和数控阀给出的Scfh之间的差即是涡轮流量计在该流量点的误差。该误差是相对于百分流量绘制的百分误差。这个百分仪表误差曲线是以实际流量对一个专门的仪表尺常数绘制的。通过输入计算机一个不同的变速比可以很容易改变K常数（脉冲数/ft3）。

为了得到最小的误差，可以通过软件程序应用不同尺寸的喷嘴和改变齿轮传动比对涡轮流量计实现反复检定，这样可以节约时间并省力，直到取得一个理想的结果。用七个不同流量点的检定结果可以绘制出详细的分析图表。