李 林

（蘭州石化公司計(jì)量部，甘肅蘭州 730060）

負(fù)壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，特別是負(fù)壓法臨界流音速噴嘴裝置近年來(lái)在國(guó)內(nèi)得到極大的發(fā)展。由于此類裝置以前建立較少，人們對(duì)他的優(yōu)劣性認(rèn)識(shí)也較少，隨著近幾年的發(fā)展和使用，人們逐漸對(duì)此類裝置也有了新的認(rèn)識(shí)。本公司于2005年建立了一套5 000 m3的負(fù)壓法臨界流音速噴嘴氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，自建成投用以來(lái)，面向公司開展氣體流量計(jì)檢定業(yè)務(wù)，提升了計(jì)量檢定能力和能源計(jì)量管理的水平，降低了能源消耗，在本公司的計(jì)量管理方面起到了很大的作用。但在氣體流量計(jì)檢定技術(shù)方面也暴露出了一些問題和不足。

1 負(fù)壓法氣體標(biāo)準(zhǔn)裝置的優(yōu)點(diǎn)

1.1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資費(fèi)用省

負(fù)壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置由于不需要大量的儲(chǔ)罐儲(chǔ)存壓縮空氣，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，整套裝置處于常壓或負(fù)壓狀態(tài)，對(duì)裝置設(shè)備的壓力等級(jí)要求低，不需要修建大量的壓力容器做儲(chǔ)罐，整套裝置的投資額僅相當(dāng)于正壓法氣體流量裝置的一半，很低的投資費(fèi)用就可以解決大多數(shù)氣體流量計(jì)的檢定問題。

1.2 可以連續(xù)操作，工作效率高

由于負(fù)壓法裝置不需要儲(chǔ)氣過程，僅依靠真空泵連續(xù)抽負(fù)壓即可工作，不象正壓法裝置那樣一般只能間斷性的工作，因此負(fù)壓法裝置的效率是最高的，能在短時(shí)間內(nèi)完成大量的檢定校準(zhǔn)工作。

1.3 準(zhǔn)確度高、檢定周期長(zhǎng)

由于現(xiàn)在檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，負(fù)壓法氣體標(biāo)準(zhǔn)裝置準(zhǔn)確度可以高達(dá)0.25%，一般使用臨界流音速噴嘴作為裝置的標(biāo)準(zhǔn)器，由于沒有可動(dòng)件，性能穩(wěn)定，檢定周期可以長(zhǎng)達(dá)五年，運(yùn)行成本低，維護(hù)費(fèi)用省。

2 負(fù)壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置存在的不足

對(duì)任何事物的認(rèn)識(shí)是需要過程的，尤其是近年來(lái)新型流量?jī)x表，新型檢測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置提出了新的要求，檢定這些新型儀表負(fù)壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置則存在一些局限。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 檢定帶有溫度、壓力補(bǔ)償?shù)臍怏w流量計(jì)時(shí)存在的問題

對(duì)集溫度、壓力、流量傳感器和流量計(jì)算機(jī)于一體，直接計(jì)量氣體的標(biāo)準(zhǔn)體積流量的流量計(jì)，在該類裝置上進(jìn)行檢定時(shí)，如果直接用標(biāo)準(zhǔn)體積輸出進(jìn)行檢定，一般來(lái)說會(huì)有較大誤差，這主要是由于在檢定狀態(tài)下，壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)場(chǎng)使用壓力，此時(shí)誤差主要是由壓力誤差引起的，根據(jù)氣態(tài)方程，壓力示值誤差為1 kPa時(shí)，會(huì)產(chǎn)生約為1%流量誤差，而生產(chǎn)廠家一般把壓力傳感器誤差控制在±5%FS，這樣，壓力測(cè)量誤差就與壓力傳感器的量程范圍有很大關(guān)系，假設(shè)當(dāng)壓力量程范圍為0.5 MPa時(shí)，壓力示值絕對(duì)誤差被控制在±2.5 kPa，此時(shí)由于壓力測(cè)量值很低，由壓力誤差引起補(bǔ)償后流量誤差遠(yuǎn)大于2.5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于儀表的技術(shù)指標(biāo)。

而且，此類流量計(jì)在負(fù)壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行檢定時(shí)，一般只對(duì)流量計(jì)的體積測(cè)量部分即儀表系數(shù)檢定，而作為儀表整體的部分，對(duì)溫度和壓力傳感器無(wú)法檢定，對(duì)儀表的換算過程也無(wú)法檢定。客觀的說，在此類裝置上檢定的該類流量計(jì)，僅僅是對(duì)工況流量系數(shù)一個(gè)功能進(jìn)行了檢定，而對(duì)溫度、壓力沒有進(jìn)行檢定，這樣的儀表使用在現(xiàn)場(chǎng)會(huì)有什么樣的結(jié)果，還存在很大的不可預(yù)見性，也許會(huì)由于溫度、壓力傳感器的誤差帶來(lái)較大誤差。

2.2 檢定帶有分段補(bǔ)償?shù)乃俣仁搅髁坑?jì)存在的問題

隨著近年儀表技術(shù)的發(fā)展，很多智能速度式流量計(jì)為了測(cè)量更準(zhǔn)確，采用了分段補(bǔ)償技術(shù)，不同的頻率段對(duì)應(yīng)不同的儀表系數(shù)，而不同的頻率與不同的流速相對(duì)應(yīng)，這樣做可以提高儀表的測(cè)量準(zhǔn)確度，此做法在理論上和實(shí)際上是可行的。但實(shí)際上對(duì)這類儀表，在該類型的裝置上進(jìn)行檢定卻存在很大問題，我們知道速度式流量計(jì)的儀表系數(shù)是與管道內(nèi)流體的雷諾數(shù)成關(guān)系，而一般在修正卻按照不同流速進(jìn)行修正，沒有考慮在相同的流速下因不同的壓力對(duì)導(dǎo)致雷諾數(shù)產(chǎn)生較大差異，這種差異可以從下面的計(jì)算得出。

假設(shè)以DN100的管道內(nèi)在相同流速u=20 m/s的情況下，溫度為t0=20℃，壓力P為一個(gè)大氣壓的空氣的雷諾數(shù)為：

（溫度t0=20℃，絕對(duì)壓力P0.1=0.1 MPa，密度ρ0.1=1.205 kg/m3，粘度 μ=1.8×10-6kg/m·s）

在流速、溫度保持不變，此時(shí)空氣的粘度μ也是不變的，壓力P為0.5 MPa時(shí)的雷諾數(shù)為：

（溫度t0=20℃，絕對(duì)壓力P0.5=0.5 MPa，密度ρ0.1=1.205 kg/m3，粘度 μ=1.8×10-6kg/m·s）

可見，在同樣的流速下，雷諾數(shù)差別與壓力的差別成正比，簡(jiǎn)單的把儀表系數(shù)與流速對(duì)應(yīng)起來(lái)是有問題的，應(yīng)該考慮由于壓力的不同會(huì)引起雷諾數(shù)的變化，雷諾數(shù)的不同會(huì)導(dǎo)致儀表系數(shù)的不同。因此建議此類流量計(jì)最好在接近工作壓力的正壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行檢定，避免因檢定時(shí)的壓力與工作時(shí)的壓力不同帶來(lái)誤差。

2.3 檢定科里奧利質(zhì)量流量計(jì)存在的問題

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)是一種直接測(cè)量質(zhì)量流量的儀表，可以測(cè)量各種介質(zhì)的流體，近年來(lái)用此類流量計(jì)進(jìn)行氣體計(jì)量的場(chǎng)合也越來(lái)越多。下面以較為典型的羅斯蒙特公司CMF300型科里奧利質(zhì)量流量計(jì)來(lái)計(jì)算，在負(fù)壓法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，安裝在DN100的管道上進(jìn)行檢定，假設(shè)在極限流速u=70 m/s，溫度t=20℃，大氣壓P=85 kPa（在負(fù)壓法流量標(biāo)準(zhǔn)裝置在此流速下很難達(dá)到這樣的壓力值，往往比這還要低）條件下，管道內(nèi)的瞬時(shí)質(zhì)量流量為：

而該儀表測(cè)量氣體流量時(shí)的額定上限流量為13.289 t/h，即使是在最大流速的時(shí)候，負(fù)壓法氣體裝置的最大流速僅為儀表的15%，而國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程（JJG1038-2008《科里奧利質(zhì)量流量計(jì)》檢定規(guī)程）一般要求對(duì)質(zhì)量流量計(jì)在20%量程以上進(jìn)行檢定，可見此類裝置的最大流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于儀表的準(zhǔn)確測(cè)量范圍，故對(duì)此類流量計(jì)基本也無(wú)法檢定。而且，在此流量下，由于科里奧利質(zhì)量流量計(jì)的固有特性，此時(shí)儀表的零點(diǎn)穩(wěn)定度帶來(lái)的誤差也不可小視，還是以上面的計(jì)算為例，CMF300型流量計(jì)的零點(diǎn)穩(wěn)定度為6.8 kg/h，此時(shí)由于零點(diǎn)穩(wěn)定性帶來(lái)的附加誤差為：

而該類儀表測(cè)量氣體時(shí)的準(zhǔn)確度為0.35%，可見在負(fù)壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置上檢定質(zhì)量流量計(jì)時(shí)儀表的零點(diǎn)穩(wěn)定性將產(chǎn)生主要誤差，此時(shí)對(duì)流量計(jì)的性能判斷將帶來(lái)困難。因此，用該類裝置檢定質(zhì)量流量計(jì)存在較大的問題。

2.4 檢定超聲波流量計(jì)存在的問題

近年來(lái)由于國(guó)內(nèi)天然氣貿(mào)易交接計(jì)量的增多，很多重要的計(jì)量場(chǎng)合使用了多聲道超聲波流量計(jì)，用多聲道超聲波流量計(jì)在天然氣計(jì)量中作為貿(mào)易交接計(jì)量手段是發(fā)展趨勢(shì)，而許多超聲波流量計(jì)，比如國(guó)際知名的INSTROMET公司代表的超聲波流量計(jì)一般要求工作壓力在1個(gè)大氣壓以上，顯然此類流量計(jì)在負(fù)壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置無(wú)法檢定。即使有個(gè)別的廠家，比如韓國(guó)昌民公司的產(chǎn)品，雖然可以在負(fù)壓法裝置上進(jìn)行檢定，但由于這類流量計(jì)一般都使用在非常重要的計(jì)量場(chǎng)合，擔(dān)負(fù)著非常重要的作用，按現(xiàn)在的通行做法，要求在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工藝仿真的基礎(chǔ)上使用實(shí)液檢定，一般來(lái)說都不認(rèn)可在空氣介質(zhì)中的檢定結(jié)果。所以用負(fù)壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置也不能解決天然氣計(jì)量中使用的超聲波流量計(jì)的檢定問題。

3 結(jié)論

負(fù)壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置有很多的優(yōu)點(diǎn)，但也存在一定的局限，表現(xiàn)在對(duì)一些新型流量計(jì)檢定有不足的地方。以上是我對(duì)負(fù)壓法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的認(rèn)識(shí)，也許是因?yàn)閭€(gè)人的理解問題，也許是這類流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的缺陷。希望通過本文的闡述，能在這些方面引起注意，在以后建立氣體標(biāo)準(zhǔn)裝置充分考慮這些問題，避免同樣的問題再次出現(xiàn)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，發(fā)揮裝置的最大效能。

［1］JJG1038-2008《科里奧利質(zhì)量流量計(jì)》檢定規(guī)程［S］.國(guó)家質(zhì)檢總局，2008.