淺析燃氣流量計體積修正儀誤差

許長泳，王榮曉，張 強，洪輝曉，孫治鵬

（1.新奧能源控股有限公司，河北 廊坊 065001；2.天信儀表集團有限公司，浙江 蒼南 325800）

0 引言

天然氣作為一種清潔、低排放的高效能源，已在國內大規模地發展，與之相關的天然氣流量計也在各行各業中得到廣泛應用。

燃氣流量計在整個過程中，主要用于內部計量和貿易計量，因此顯得特別重要，在整個生命周期中，目前工商業的天然氣流量計基本采用機械計數+電子顯示或純電子顯示，由溫度和壓力參與補償，轉化為標準狀態下的總量進行最終的貿易結算。

計量管理是企業經營管理的基礎工作之一，是提高企業經濟效益的重要手段，而燃氣流量計是天然氣企業計量管理的核心業務。體積修正儀作為流量計的重要組成部分，其運行情況對流量計計量準確性至關重要。

對整個流量計進行定期的檢定過程中，只對機械部分的流量計進行檢定，并未對溫度和壓力進行檢定，溫度傳感器、壓力傳感器和積算儀在長期的使用過程中會出現了零點的漂移和線性偏移現象，導致計量不準，引起糾紛。因此，本文通過試驗和采集數據，對燃氣流量計體積修正儀誤差的影響進行分析，并給出相應的措施和建議。

1 流量計的整體結構

圖2 體積修正儀的原理框圖Fig.2 The principle block diagram of the volume corrector

燃氣流量計一般由基表、壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器和積算器組成。圖1是一款氣體腰輪流量計的整體外觀圖。

圖1 氣體腰輪流量計外觀圖Fig.1 Appearance of gas waist wheel flowmeter

1.1 燃氣流量計的原理

燃氣流量計一般由一次儀表和燃氣體積修正儀組成。其中，一次儀表就是指流量計的機械流量計部分。一次儀表需要通過流量傳感器將機械信號轉化為電信號，輸入給積算器。流量計中的壓力傳感器和溫度傳感器采集流量計管道中的壓力和溫度。流量傳感器將一次儀表測得的體積流量轉化為流量，通過線路將壓力、溫度和流量傳輸給積算器換算，最終轉化為標況總量用于貿易計量。

體積修正儀是指積算器和溫度傳感器或由積算器、溫度傳感器和壓力傳感器組成，根據燃氣流量計測得的體積流量、燃氣溫度、壓力和由氣體組分相關的壓縮因子轉換系數等參數進行計算，將測量條件下的體積轉換成基準條件下的體積，并進行積算、存儲和顯示的裝置。

1.2 體積修正儀的誤差

體積修正儀的主示值誤差由轉換系數誤差（ec）或基準條件下的體積轉換誤差（ev）表示，分量誤差包括溫度測量誤差（et）、壓力測量誤差（ep）和積算器的誤差（ef）。

根據國家標準GB/T 36242-2018《燃氣流量計體積修正儀》，詳細規定了體積修正儀誤差分布情況見表1。

表1 修正儀主示值和各分量的最大允許誤差（MPE）Table 1 The main indication value of the corrector and the maximum Allowable error (MPE) of each component

各種誤差按以下方法進行計算：

1）轉換系數誤差

轉換系數的相對誤差ec按式（1）計算：

2）基準條件下的體積轉換誤差

基準條件下的體積Vb轉換的相對誤差eV按式（2）計算：

3）帶有分量顯示的修正儀的特定誤差

修正儀各分量的特定誤差按式（3）～式（5）計算：

2 燃氣流量計檢定的現狀

燃氣流量計現種類繁多，流量計原理也都不同，不同的流量計國家也制定了不同的檢定規程。規程基本由渦輪流量計、速度式流量計、氣體容積式流量計、超聲流量計、差壓式流量計、靶式流量計、旋進旋渦流量計、流量積算儀等檢定規程組成。

燃氣流量計都會根據相應的檢定規程進行出廠檢定和定期檢定。表2為各種流量計的檢定周期表。

表2 各燃氣流量計的檢定周期表Table 2 Periodic table for calibration of each gas flow meter

流量積算儀檢定規程雖然是檢定電子表頭準確度等級的，但只是對流量信號的轉換計算誤差進行檢定，如瞬時流量/累積總量等，并未對溫度和壓力傳感器的準確度進行檢定，相當于僅計算了體積修正儀的主示值誤差——積算器的誤差（ef）、轉換系數誤差（ec）或基準條件下的體積轉換誤差（ev），并未檢定溫度測量誤差（et）、壓力測量誤差（ep）。

3 溫度和壓力值存在的偏差

燃氣流量計在整個的生命周期里，其溫度和壓力傳感器從采購、調試、組裝，銷售到市場的長期使用直至流量計淘汰的整個過程中，流量計廠家對溫度和壓力傳感器做了一次內部檢定，而后就沒有對溫度、壓力值進行檢定和比對了。

溫度和壓力傳感器在長期的使用過程中，由于受到環境溫度和濕度的影響會出現老化、精度下降，零點漂移等問題。本次共抽檢73臺不同區域、不同使用年限（5年以下7臺、5～8年34臺、8年以上32臺）的燃氣流量計，與燃氣流量計廠家對體積修正儀的誤差情況進行試驗分析。其中，溫度傳感器異常的有兩臺（使用5～8年），壓力傳感器異常的有4臺（5年以下兩臺，8年以上兩臺）。詳細情況如下：

3.1 溫度傳感器

溫度傳感器以不同年限分組，分別測試低溫（-10℃）、常溫（20℃）、高溫（50℃）下各溫度傳感器的溫度偏差，溫度偏差以±0.3℃為界，各組溫度傳感器各溫度點測試情況見圖3（5～8年有兩個溫度傳感器異常）。

圖3 溫度變化圖Fig.3 Temperature change diagram

3.1.1 根據圖3可以得出以下結論

1）5年以下的溫度傳感器溫度偏差均在-0.3℃～0.3℃以內。

2）5～8年的溫度傳感器溫度偏差大部分在-0.3℃～0.3℃以內：①在低溫的情況下，部分溫度傳感器偏差偏正；②在高溫的情況下，部分溫度傳感器偏差偏負。

3）8年以上的溫度傳感器溫度偏差趨勢與使用期限在5～8年的情況相近，但偏差個數達到50%左右。

3.1.2 根據表3可以得出以下結論

表3 不同使用年限所有測量溫度各區間占比Table 3 Proportion of all measured temperatures in each interval of different service years

1）在溫度±0.3℃范圍區間內，隨著使用年限的增加，符合該區間的溫度傳感器占比減少。

2）隨著使用年限的增加，溫漂超過±0.3℃的傳感器數量增加。

3.2 壓力傳感器

壓力傳感器以不同年限分組，分別對壓力傳感器在低溫（-10℃）、常溫（20℃）、高溫（50℃、含5個60℃）進行不同壓力點測試（存在4個損壞）。

3.2.1 根據表4可以得出以下結論

表4 3種年限表測得數據占比分布區間表（低溫）Table 4 The distribution interval table of the proportion of data measured by the three age tables (low temperature)

1）3種年限的壓力傳感器，偏差均主要處于±0.4%的范圍內。

2）使用年限越長的壓力傳感器，偏差范圍越廣，大部分處于合格的范圍內。

3）壓力傳感器受溫度影響不大。

4）壓力傳感器線性度表現良好。

各個年限的壓力傳感器不論在高壓、中壓或者低壓情況下出現偏差個數相差不多，分析原始數據，若出現某點偏差，則會出現各個點有相近的偏差情況。

3.2.2 根據表5可以得出以下結論

表5 3種年限表測得數據占比分布區間圖（高溫）Table 5 Distribution interval map of the proportion of data measured by three age tables (high temperature)

1）8年以上的壓力傳感器漂移程度較分散。

2）5年以內的漂移程度較集中。

3）隨著表具的使用年限增長，壓力傳感器的漂移分散程度會加劇。

4 相應的措施和建議

燃氣流量計中的溫度和壓力傳感器隨著使用年限變長，都會出現老化/漂移，最終導致計量偏差/不準，引起貿易糾紛。

現燃氣流量計的溫度和壓力傳感器基本分為模擬式和數字式兩種，相對于模擬式的，數字式的傳感器更加穩定、抗外界干擾小，準確度偏移小。但都會隨時間的變化出現計量偏差變大，超出標準誤差。

因此，隨著燃氣流量計的使用量越來越多，使用的年限越來越長，溫度和壓力傳感器老化漂移產生的誤差，導致燃氣公司和使用用戶糾紛越來越多。

根據本公司長期使用的經驗和試驗研究數據，做出以下建議：

1）安裝燃氣流量計時，盡量安裝在室內，安裝在室外的要加強防護措施，避免風吹日曬會加快流量計設備的老化和零點偏移速度。

2）溫度和壓力傳感器盡量選擇采購抗干擾能力強的數字式傳感器。

3）對溫度和壓力傳感器進行定期比對處理，比對周期一般為1～2年。對比對結果不滿足要求的傳感器，還需進行校準處理。

4）如果條件允許的話，流量計送檢時，同時進行體積修正儀的檢定，但大多數的檢定院無法檢定體積修正儀。

5 結束語

本文對燃氣流量計的計量誤差進行梳理，流量計的誤差按照國家規定會進行定期檢定。體積修正儀存在的誤差由于國家沒有對流量計相關配套的壓力和溫度傳感器進行檢定的要求，所以壓力和溫度傳感器隨著使用年限的增加，產生了老化和零點漂移，帶來的誤差越來越明顯，從而引發的貿易糾紛越來越多。這就需要燃氣公司、燃氣流量計廠家、相關國家檢定等機構應對體積修正儀誤差有更多地關注和重視，才能讓天然氣的計量和貿易結算做到公平、公正。