流量计算机校准的常见问题及解决方法
摘要：天然气计量通常依据流量计算机数据。流量计算机通过采集现场温度、压力、气体组分等进行工况体积量与标况体积量之间的换算。通过分析工况标况流量转换公式，将流量计算机校准问题归纳分类。总结校准过程常见的问题，分析后找出问题的产生原因并提出了解决方法，确保流量计算机准确度和正常运行。在石化工业上，提高流量计算机的准确度可以提高物料配比准确性，保证产品质量和纯度，节约原料减少废料，降低污染物排放，降低因不测量导致多送物料的输送能耗，实现物料平衡和能量平衡的目的。
在天然气计量通常依据标况体积流量。流量计算机采集流量计数据及相关的温度压力等参数，按照数学模型对数据转换并分析处理，计算出相应的标况流量数据。必须对其进行校准，才能保证天然气的计量准确。自 2005 年 JJG 1003—2005 《流量积算仪检定规程》施行以来，流量计算机在使用方面[1-2]研究较多，在检定或校准方面[3-5]的论文较少。笔者对校准过程中导致流量示值误差偏大和校准完成后导致流量计算机不能正常运行两方面因素进行总结分析，并提出了解决方法。
1、校准过程中导致流量示值误差偏大因素：
天然气工况流量转化为标况流量，依据下列公式：
| Pm Tn Zn | |
| Qn = Qm Pn Tm Zm | （1） |
式中： Qn ——标准参考条件下气体体积流量，
Nm3/h；
Qm ——工况条件下气体体积流量，m3/h；
P m ——工况条件下气体压力，kPa；
P n ——标准参考条件下气体压力，101.325
kPa；
T n ——标准参考条件下气体温度，20 ℃；
T m ——工况条件下气体温度，℃；
Z n ——标准参考条件下气体压缩系数；
Z m ——工作条件下气体压缩系数；
V ——工况条件下气体流速，m/s； d ——工况条件下传感器内径，m。
如果流量校准示值误差较大，那么误差产生的因素就一定在 Pn 和 Tn 、 Pm 和 Tm 、 Zn 和 Zm 、 Qm 或 V 这四组量之间。
1）流量核算Qn 示值误差0.300%～0.350%（表1）。
| 表 1 | 校准结果数据 | ||||
| 脉冲频率/ | 压力/ | 温度/ | 示值流量/ | 计算流量/ | 示值误差/ |
| Hz | kPa | ℃ | (Nm3∙h-1) | (Nm3∙h-1) | % |
| 50 | 8000 | 10 | 1 408.07 | 1 403.86 | 0.300 |
| 80 | 8000 | 10 | 2 253.07 | 2 246.17 | 0.307 |
| 120 | 8000 | 10 | 3 379.81 | 3 369.26 | 0.313 |
原因分析：组态 Pn 误设为 101 kPa。流量计算机中设置的 Pn 和 Tn 均参与计算，不能随意舍入。
解决方法：将标况压力改为 101.325 kPa。2）流量计算机显示压缩因子计算错误，内容
为 Zn error，流量校准误差较大。
原因分析：气体组分有错误，如组分之和偏离100%太大或输入了一个负的气体组分，导致 Zn 和
Zm 计算错误。
解决方法：在软件内查看气体组分，是否有误输入。
3）流量计算机计算出的 Zn 和 Zm 值与站软件计算值偏差较大。检查中发现将气体组分设置为选用 keypad 值时，实际使用值 select 值与 keypad值不一致。
原因分析：厂家组态误操作造成物理地址不对
应。keypad值实际寻址为 Downlord值。
解决方法：使用 select值进行校准。
4）流量计算机计算出的 Zn 和 Zm 值与站软件计算值偏差较大。检查中发现流量计算机算出的密度值与站软件计算值差别很大。
原因分析：流量计算机组态中 STANDARD DENSITY Mode Status 应设置为 compress （压缩法），受检单位误设置为 CV （热值法）。
解决方法：改回 compress （压缩法）。
5） S600计算出的 Qm 值与站软件计算值有偏差。
如表 2、表 3 所示，同一台流量计算机采用不同的温度校准，示值误差相差了 4倍。
表 2 气体为 17 ℃时流量校准结果数据
| 气体流速/ | 压力/ | 温度/ | 示值流量/ | 计算流量/ | 示值误差/ |
| (m∙s-1) | kPa | ℃ | (Nm3∙h-1) | (Nm3∙h-1) | % |
| 5 | 5185 | 17 | 33 279 | 33 250.43 | 0.086 |
| 10 | 5185 | 17 | 66 558 | 66 500.86 | 0.086 |
| 15 | 5185 | 17 | 99 838 | 99 751.29 | 0.087 |
表 3 气体为 73 ℃时流量校准结果数据
| 气体流速/ | 压力/ | 温度/ | 示值流量/ | 计算流量/ | 示值误差/ |
| (m∙s-1) | kPa | ℃ | (Nm3∙h-1) | (Nm3∙h-1) | % |
| 5 | 5185 | 73 | 26 430 | 26 340.01 | 0.342 |
| 10 | 5185 | 73 | 52 860 | 52 680.02 | 0.342 |
| 15 | 5185 | 73 | 79 290 | 79 020.04 | 0.342 |
原因分析：S600 计算出的 Qm 值采用修正公式计算，加入了温度压力修正系数，属于 Qm 与 V 换算问题。
在 S600 流量计算机中，工况体积流量的计算公式为：
| d2 | |
| Qm = V 4 CT CP MF CF × 3600 | （2） |
式中： Qm ——温度、压力修正后的工况流量，m3/h； V ——天然气流速，m/s； d ——超声流量计表体内径，m；
C P ——压力对工况流量的修正系数，由公
式 （3）计算所得；
C T ——温度对工况流量的修正系数，由公
式 （5）计算所得；
MF ——校准系数；
CF ——管道流体流速分布系数。
| CP = 1 + 3S( PL – PCAL ) | （3） |
式中： S ——超声流量计表体材质压力膨胀修正系数，由公式（4）计算所得；
P L ——压力，kPa；
P CAL ——标定内径时的压力，通常为标准状
态大气压。
S = 1/E[(1.3D2 + 0.4d2 )/(D2 – d2 )] （4）
式中： E ——杨氏模量； D ——超声流量计表体外径，m；
d ——超声流量计表体内径，m。
| CT = 1 + 3L(TL – TCAL ) | （5） |
式中： L ——超声流量计表体材质所对应的线性温度修正系数，℃-1；
T L ——温度，℃；
T CAL ——超声流量计标定内径时的温度，通
常为标准状态温度。
从公式（2）、（3）、（5）可以看出，工况压力越高，工况温度与标准温度偏离越大，管壁越薄，校准偏差越大。
解决方法：如果流量计检定时已经对输出信号做出了修正，那么流量计算机不能再次修正，否则形成了二次修正。
2 校准完成后导致流量计算机不能正
常运行因素
1）流量校准后，显示超声流量计通道报警，内容为 us1 paths，消除不掉。
原因分析：警报为声道号定义错误。因为校准完毕后，流量计算机记录的还是校准时虚拟流量计状态，连接现场超声流量计信号反而不识别。
解决方法：重启流量计算机，让其自检，流量计算机和流量计匹配后，该报警就会消除。
2）流量校准后，显示超声流量计通讯报警，内容为 us1 comms，消除不掉。
原因分析：警报为在***近的 5 秒内没有从流量计得到的一个有效的通讯信号。因为校准完毕后，流量计算机记录的还是校准时虚拟流量计状态，连接现场超声流量计信号反而不识别。
解决方法：重启流量计算机，让其自检，流量计算机和流量计匹配后，该报警就会消除。
3）校准完毕，停止输入虚拟量，流量计算机工况流量还是按校准时计算。
原因分析：流量计算机记忆的还是校准时的虚拟流量，连上流量计信号线反而不识别。
解决方法：重启流量计算机，该现象就会消除。
4）校准完成后，现场流量计算机正常工作，流量计算机与上位机通讯正常，上位机显示未连接上。轮询无效。
原因分析：上位机程序设计，即检查到流量计算机状态异常后，上位机显示区域状态异常。
解决方法：重启上位机，该现象就会消除。5） S600 流量计算机有时上下游阀门全部关
闭，声速仍然存在。比如某站 1 路输气管道停运之后，还显示流量 0.05 m/s （工况），对应计量 300 m3/ h （标况）。
原因分析：由于超声探头自击造成。解决方法：需厂家维护。
6）将流量计算机设置为维护模式时，流量计算机“refuse”。
原因分析：超声波流量计阀门密封不严，产生流量或超声波流量计内气流紊乱。S600流量计算机检测出有气体流速就不允许更改模式。
解决方法：先将声速由 “calculate” 改为
“keypad”，并将 keypad值设为 0。
7）做完流量校准恢复后，流量计算机仍有0.1～9 m3/h的流量随机波动。
原因分析：相邻管道输气，调压撬调压，导致气压不稳，频繁触发。
解决方法：将计量撬上下游阀门关死。
8）现场压变显示在 99.7 kPa 左右波动，流量计算机显示值在 8000 （keypad 值）和 100.x 左右波动。报警内容为“P min alarm”。
原因分析：压力报警下限设置过低，为100 kPa。这样现场通讯值如果低于 100 kPa，流量计算机显示 keypad值。
解决方法：将报警下限设置调高，比如设置为110 kPa。
3、结语：
能源计量管理通过计量量化作为基本依据，不仅衡量能源节约与浪费，同时对指导合理使用能源和节能减排具有重要意义[6]，也对流量计算机精度有了更高的要求。
针对贸易交接场合，提高流量计算机精度可以提高贸易交接的准确性和公正度，通过减少计量误差，直接体现经济效益，减少贸易纠纷；针对物料配比场合，提高流量计算机精度。流量计算机的准确度的提高，可以提高物料配比准确性，保证产品质量和纯度，节约原料减少废料，减少污染物排放，降低因不测量导致多送物料的输送能耗；针对过程控制场合，提高流量计算机可以提升过程控制的性，保证物料平衡和能量平衡等工艺目的实现，从而提高成品率，实现节能减排。