淺談天然氣實流檢定系統的設計和優化

常帥

摘 要：數據接收和評價系統對檢定系統的不確定度和準確度要求非常嚴格，應當確保在不確定度評估過程中可忽略該系統產生影響，且該系統不會隨意發生故障。天然氣實流檢定系統包括流量控制系統和流量檢定系統，檢定系統的核心是流量計脈沖信號的采集和數據處理。如何提高脈沖信號流量計的脈沖信號采集的準確度成為降低流量檢定不確定度非常重要的一項內容。

關鍵詞：流量計檢定；脈沖信號；數據采集與處理

1 天然氣流量計檢定過程中，標準流量計和被檢流量計脈沖信號的采集處理

在檢定過程中，標準流量計（渦輪流量計）輸出脈沖信號，被檢流量計（如渦輪、轉子流量計）也輸出脈沖信號，應注意脈沖信號處理的同步性，脈沖及其周期計數的準確性會影響武漢分站系統不確定度。

標準表的雙高頻脈沖信號（MM P1和MM P2）和兩個被檢表的高頻脈沖信號（MUT P1和MUT P2）。標準表有兩個成90°安裝的同頻脈沖發生器，被檢表的脈沖信號頻率與標準表不同，一般比標準表低。被檢表（MUTP1）高頻脈沖信號至上升沿時開始計數，如果只記錄脈沖數，則在此段時間MUTP2將丟失了兩個脈沖信號。

可采取下述辦法進行修正：記錄總測量時間內（Δtmc）內，所有高頻脈沖脈沖數及其周期。時間分辨率為最高頻率的10倍，如最高頻率為5kHz，則時鐘頻率應為50kHz，即每20us記錄一次。

每個檢定點的檢定時間為60秒或是90秒，即每個脈沖通道采集的脈沖數的可達450000個，因此實際采集的脈沖數和記錄周期多。

某檢定站有36路脈沖輸出：11臺標準渦輪流量計和2臺傳遞級標準表，每臺具有2路高頻脈沖輸出；每條檢定支路上2臺被檢表，每臺被檢表5路脈沖輸出。所有信號由相同的時間源和觸發源控制。

信號的采集和觸發應注意同步，當然，并非所有通道需要同時操作，但至少應保證系統可同時處理22路脈沖信號。

上面結果是標準表和被檢表測得的工況流量V，在不同工況下的流量不能直接比較，應進行轉化。建議優化脈沖信號采集和處理方法的不確定度。

2 非脈沖信號流量計數據處理

對于超聲流量計或差壓流量計等無法輸出脈沖信號的非機械流量計，可直接測量其流速，當然對能夠產生脈沖信號的流量計，也可使用1節的方法處理。但是通常利用流速計算流量Vmp：

一個測量周期內測得的qmi越多，結果越有準確。qmi傳輸方式取決于流量計類型和制造商，流量計廠家采用的模擬/HART信號轉換至串行協議的方式多種多樣，因此數據采集系統應兼容常用的數據傳輸協議，并留有擴展功能。常用串口類型包括RS485、RS422以及RS232。

3 標準流量計脈沖一致性檢測

應經常核查標準流量計，確保其誤差處于可控范圍內。

應經常在系統后臺核查標準流量計高頻脈沖一致性，可采用8.1節中的方法，即直接比較MMP1和MMP2流量Vmp，如兩者相同，則可以繼續使用；如有偏差，應在系統中予以提示。

4 標準流量計與被檢流量計之間的流量轉換

在相同工況條件下比對標準流量計與被檢流量計流量，可以轉換成標準流量計條件下或被檢流量計條件下，當然如果被檢流量計只能輸出標況流量，那么也可以轉換到標況下。

標準流量計與核查流量計檢定點多于普通被檢表，例如，G1000至少檢定10點（65，80，160，250，400，650，1000，1600，1900m3/小時），其中（Qmin—Qmax）有8個點，另外兩點為0.8Qmin和1.2Qmax。對于G250，檢定點為：16，20，32，40，65，100，160，250，400，475m3/小時。

可以根據需要增加檢定點，以便得到更準確的誤差曲線。擬合曲線數學模型選用雷諾數為自變量，具體如下：

綜合以上因素，可以從標準表和被檢表脈沖信號和非脈沖信號的處理，分析誤差曲線，壓力溫度信號的采集與處理，標準流量計脈沖一致性檢測，標準流量計與被檢流量計之間的流量轉換等方面進行優化，以確保實流檢定系統數據的準確可靠。

參考文獻

[1]張愛軍，楊煥誠.天然氣流量計實流標定裝置設計方案[J].企業標準化，2008，（Z3）：11.

（作者單位：中國石油化工股份有限公司天然氣分公司計量研究中心）