負壓法氣體流量標準裝置的優(yōu)劣

李 林

（蘭州石化公司計量部，甘肅蘭州 730060）

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

1 負壓法氣體標準裝置的優(yōu)點

1.1 結構簡單，投資費用省

負壓法氣體流量標準裝置由于不需要大量的儲罐儲存壓縮空氣，結構相對簡單，整套裝置處于常壓或負壓狀態(tài)，對裝置設備的壓力等級要求低，不需要修建大量的壓力容器做儲罐，整套裝置的投資額僅相當于正壓法氣體流量裝置的一半，很低的投資費用就可以解決大多數(shù)氣體流量計的檢定問題。

1.2 可以連續(xù)操作，工作效率高

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

1.3 準確度高、檢定周期長

由于現(xiàn)在檢測技術的發(fā)展，負壓法氣體標準裝置準確度可以高達0.25%，一般使用臨界流音速噴嘴作為裝置的標準器，由于沒有可動件，性能穩(wěn)定，檢定周期可以長達五年，運行成本低，維護費用省。

2 負壓法氣體流量標準裝置存在的不足

對任何事物的認識是需要過程的，尤其是近年來新型流量儀表，新型檢測技術的快速發(fā)展，對流量標準裝置提出了新的要求，檢定這些新型儀表負壓法氣體流量標準裝置則存在一些局限。主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 檢定帶有溫度、壓力補償?shù)臍怏w流量計時存在的問題

對集溫度、壓力、流量傳感器和流量計算機于一體，直接計量氣體的標準體積流量的流量計，在該類裝置上進行檢定時，如果直接用標準體積輸出進行檢定，一般來說會有較大誤差，這主要是由于在檢定狀態(tài)下，壓力遠遠低于現(xiàn)場使用壓力，此時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，會產(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，壓力測量誤差就與壓力傳感器的量程范圍有很大關系，假設當壓力量程范圍為0.5 MPa時，壓力示值絕對誤差被控制在±2.5 kPa，此時由于壓力測量值很低，由壓力誤差引起補償后流量誤差遠大于2.5%，遠遠高于儀表的技術指標。

而且，此類流量計在負壓法氣體流量標準裝置進行檢定時，一般只對流量計的體積測量部分即儀表系數(shù)檢定，而作為儀表整體的部分，對溫度和壓力傳感器無法檢定，對儀表的換算過程也無法檢定。客觀的說，在此類裝置上檢定的該類流量計，僅僅是對工況流量系數(shù)一個功能進行了檢定，而對溫度、壓力沒有進行檢定，這樣的儀表使用在現(xiàn)場會有什么樣的結果，還存在很大的不可預見性，也許會由于溫度、壓力傳感器的誤差帶來較大誤差。

2.2 檢定帶有分段補償?shù)乃俣仁搅髁坑嫶嬖诘膯栴}

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

假設以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為一個大氣壓的空氣的雷諾數(shù)為：

（溫度t0=20℃，絕對壓力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，此時空氣的粘度μ也是不變的，壓力P為0.5 MPa時的雷諾數(shù)為：

（溫度t0=20℃，絕對壓力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，簡單的把儀表系數(shù)與流速對應起來是有問題的，應該考慮由于壓力的不同會引起雷諾數(shù)的變化，雷諾數(shù)的不同會導致儀表系數(shù)的不同。因此建議此類流量計最好在接近工作壓力的正壓法氣體流量標準裝置進行檢定，避免因檢定時的壓力與工作時的壓力不同帶來誤差。

2.3 檢定科里奧利質(zhì)量流量計存在的問題

科里奧利質(zhì)量流量計是一種直接測量質(zhì)量流量的儀表，可以測量各種介質(zhì)的流體，近年來用此類流量計進行氣體計量的場合也越來越多。下面以較為典型的羅斯蒙特公司CMF300型科里奧利質(zhì)量流量計來計算，在負壓法流量標準裝置，安裝在DN100的管道上進行檢定，假設在極限流速u=70 m/s，溫度t=20℃，大氣壓P=85 kPa（在負壓法流量標準裝置在此流速下很難達到這樣的壓力值，往往比這還要低）條件下，管道內(nèi)的瞬時質(zhì)量流量為：

而該儀表測量氣體流量時的額定上限流量為13.289 t/h，即使是在最大流速的時候，負壓法氣體裝置的最大流速僅為儀表的15%，而國家計量檢定規(guī)程（JJG1038-2008《科里奧利質(zhì)量流量計》檢定規(guī)程）一般要求對質(zhì)量流量計在20%量程以上進行檢定，可見此類裝置的最大流量遠遠低于儀表的準確測量范圍，故對此類流量計基本也無法檢定。而且，在此流量下，由于科里奧利質(zhì)量流量計的固有特性，此時儀表的零點穩(wěn)定度帶來的誤差也不可小視，還是以上面的計算為例，CMF300型流量計的零點穩(wěn)定度為6.8 kg/h，此時由于零點穩(wěn)定性帶來的附加誤差為：

而該類儀表測量氣體時的準確度為0.35%，可見在負壓法氣體流量標準裝置上檢定質(zhì)量流量計時儀表的零點穩(wěn)定性將產(chǎn)生主要誤差，此時對流量計的性能判斷將帶來困難。因此，用該類裝置檢定質(zhì)量流量計存在較大的問題。

2.4 檢定超聲波流量計存在的問題

近年來由于國內(nèi)天然氣貿(mào)易交接計量的增多，很多重要的計量場合使用了多聲道超聲波流量計，用多聲道超聲波流量計在天然氣計量中作為貿(mào)易交接計量手段是發(fā)展趨勢，而許多超聲波流量計，比如國際知名的INSTROMET公司代表的超聲波流量計一般要求工作壓力在1個大氣壓以上，顯然此類流量計在負壓法氣體流量標準裝置無法檢定。即使有個別的廠家，比如韓國昌民公司的產(chǎn)品，雖然可以在負壓法裝置上進行檢定，但由于這類流量計一般都使用在非常重要的計量場合，擔負著非常重要的作用，按現(xiàn)在的通行做法，要求在進行現(xiàn)場工藝仿真的基礎上使用實液檢定，一般來說都不認可在空氣介質(zhì)中的檢定結果。所以用負壓法氣體流量標準裝置也不能解決天然氣計量中使用的超聲波流量計的檢定問題。

3 結論

負壓法氣體流量標準裝置有很多的優(yōu)點，但也存在一定的局限，表現(xiàn)在對一些新型流量計檢定有不足的地方。以上是我對負壓法氣體流量標準裝置的認識，也許是因為個人的理解問題，也許是這類流量標準裝置的缺陷。希望通過本文的闡述，能在這些方面引起注意，在以后建立氣體標準裝置充分考慮這些問題，避免同樣的問題再次出現(xiàn)，揚長避短，發(fā)揮裝置的最大效能。

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