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大口徑流量計的現(xiàn)場校準
作者：鄭榮根 姜耀龍 王峰 發(fā)布時間：2007-12-28
特邀嘉賓:上海理工大學光電學院副教授 鄭榮根
上海方龍流量校驗設備制造有限公司總經(jīng)理 姜耀龍
主持人:特邀主持北京森邁公司總經(jīng)理 王峰
主持人:
首先，讓我們歡迎今天的特約嘉賓鄭榮根副教授和姜耀龍總經(jīng)理。
大口徑流量計(流量儀表)的現(xiàn)場校準一直是一個很復雜的問題，在今年《中國計量》第10期的“校準三人行”中，中石化廣州分公司計量室劉忠副主任也談到了大口徑水表現(xiàn)場校準的難度和問題。這一期的“校準三人行”我們就請上海理工大學光電學院鄭榮根副教授和上海方龍流量校驗設備制造有限公司姜耀龍總經(jīng)理來談談大口徑流量計以及現(xiàn)場校準的問題。
鄭教授，您對流量計量有較深的研究，請您談談大口徑流量計及其現(xiàn)場校準。
鄭榮根副教授:
首先我覺得劉主任提出的問題是目前流量計量中存在的一個很重要、很有現(xiàn)實意義的問題。我們常常碰到這樣的事:生產(chǎn)廠生產(chǎn)的流量計檢定合格后賣給用戶，用戶卻無法正常使用，于是用戶找生產(chǎn)廠，說儀表不好，生產(chǎn)廠聽了用戶的抱怨說，那行，我對自己的產(chǎn)品負責，你說我不好，你把流量計拿來我分析分析哪里不好，真有問題，我也好采取措施提高質(zhì)量。生產(chǎn)廠拿到用戶退回的儀表仔細檢查，發(fā)現(xiàn)完全是一個合格品，沒有任何問題，于是又發(fā)給用戶，用戶用上去還是不行，于是生產(chǎn)廠和用戶相互抱怨、扯皮……問題到底在哪里，責任到底在誰呢？這要具體分析，但首先要從流量測量的基本特點說起。
流量測量與其他物理量測量的差別，也就是流量測量與其他物理量測量相比，最為困難的地方就是測量對象的復雜性。測量對象的復雜性包括組分的復雜性。從相的角度來說有單獨相、兩相、多相，單相又有氣相、液相、固相，單相介質(zhì)中，每一相又由于物理性質(zhì)(例如密度、黏度)及其存在的環(huán)境條件(例如溫度、壓力)又有成千上萬種情況。如果是兩相或多相，則更為復雜。各相組成比例，其中一些相在另一些相中的分布、行為等都對流量測量有很大的影響。此外流量測量的對象是流動的流體，因此流體流動的流態(tài)(層流還是紊流)、管道截面上的速度分布，也對流量測量造成很大的影響。所以需要說明的是，只有在這三大影響要素:組分、物理性質(zhì)、流態(tài)完全相同時，校準(或檢定)的結果與使用才會準確一致。當然這是不可能的。
通過上面的一些簡單介紹，我們就有可能對生產(chǎn)廠與用戶之間的“公案”作出一些判斷:可以說在這種情況下生產(chǎn)廠的儀表是沒有問題的，它是按照企業(yè)標準或國家標準生產(chǎn)并檢驗合格的，問題出在使用上。流量儀表的生產(chǎn)廠一般都是用空氣或水在常溫下檢定流量儀表的，流量標準裝置按照JJG164-1986或JJG165-1975檢定規(guī)程的要求，由穩(wěn)定壓源流產(chǎn)生定常流，然后在保證儀表前后直管段長度的情況下檢定儀表。順便說明一下為什么要保證儀表前后有一定長度的直管段。這就是要保證流體到達被檢儀表時管道截面上的速度分布按照層流流動或充分發(fā)展的紊流流動分布，對應一個流量是一種分布，這樣在儀表上反映就是一個量值。再回到前面，如果用戶買了生產(chǎn)廠檢定合格的儀表，安裝在不同介質(zhì)、不同溫度或不同壓力的管道上，或者安裝管道保證不了到達儀表時管道截面上的速度分布要求，那么儀表示值就會與生產(chǎn)廠檢定數(shù)據(jù)有差別，個別情況會差得很大，這對速度式流量儀表尤為明顯。
主持人:
作為用戶，希望生產(chǎn)廠給一個與用戶使用的介質(zhì)一致、工作狀況一致、流態(tài)一致的檢定數(shù)據(jù)，這樣我用起來就不會有什么問題了。
鄭榮根副教授:
是這樣的。其實生產(chǎn)廠也希望這樣，不希望扯皮，不希望吃冤枉官司，所以他們也在努力。比如，規(guī)定流量儀表使用時介質(zhì)必須一致；規(guī)定速度式流量儀表在安裝時必須在儀表前有不少于10倍管道直徑的直管段，在儀表后有不少于5倍管道直徑的直管段。但是由于現(xiàn)場的千變?nèi)f化，被測介質(zhì)及工況的千差萬別，生產(chǎn)廠及各地計量部門雖然能夠解決用戶流量測量中的部分問題，但肯定解決不了所有的問題。
那么有沒有解決流量計量中準確一致問題的辦法呢？我認為其中一個有效的方法就是劉主任談到的現(xiàn)場校準方法。這就是說如果我們有可能讓標準器與被檢儀表串聯(lián)在一個管道中，那么校準與使用介質(zhì)、介質(zhì)的物理性質(zhì)和工作狀態(tài)的一致性問題就基本解決了(注:這僅對單相流而言，對多相流則另當別論)，只要保證對應于一個流量和到達儀表時的流體速度分布一致，這樣流量計校準與使用一致性的誤差就有可能減小到可以接受的程度。
主持人:
通過鄭教授的介紹，我們可以這樣理解，不管是生產(chǎn)流量計的企業(yè)，還是計量技術機構，只要是在實驗室里檢定合格，或經(jīng)過校準的流量計，由于使用的介質(zhì)、檢定(校準)的條件和環(huán)境與使用時的不同，因此都會出現(xiàn)不同程度的偏差，而這個偏差是可以通過現(xiàn)場校準來修正的。如果是這樣，如何實現(xiàn)現(xiàn)場校準呢？
鄭榮根副教授:
說到現(xiàn)場校準，首先是標準器的選擇。由于現(xiàn)場校準是動態(tài)的(因為通常使用的流量標準裝置校準是靜態(tài)的，所以不能用于現(xiàn)場校準，例如靜態(tài)容積法或質(zhì)量法水流量標準裝置)，又由于一些龐大的裝置無法用于現(xiàn)場校準(例如動態(tài)質(zhì)量法水流量標準裝置)，我個人覺得可以根據(jù)準確度的要求選用標準表或體積管流量標準裝置。目前由于加工技術和電子技術的發(fā)展，我國制造的標準表的準確度可以達到0.1級。如果被檢表的準確度要求不超過0.5級，則完全可以用于標準表進行現(xiàn)場校驗，這樣的校準方法成本比較低，操作方便。但如果被檢表的準確度要求超過0.5級，要求達到0.3級(如加油機)或更高，則用0.2級的標準表校準從理論上講不合適，按誤差理論校準結果的置信概率較低，此時就要求使用更高準確度的標準器。從目前的國內(nèi)外流量標準器的現(xiàn)狀看，比較適合現(xiàn)場校準的裝置只有體積管流量標準裝置。
主持人:
另外，鄭教授剛才提到的對準確度要求較高的流量計進行現(xiàn)場校準時比較適用的標準裝置是流量體積管，這方面目前國內(nèi)的情況怎樣，我們請專門生產(chǎn)和研發(fā)流量計的上海方龍流量校驗設備制造有限公司姜耀龍總經(jīng)理介紹一下。
姜耀龍總經(jīng)理:
很高興參加王峰總經(jīng)理主持的“校準三人行”談話節(jié)目，也很高興和鄭教授一起交流流量計量方面的技術問題。
大口徑流量計工程現(xiàn)場應用范圍很普遍，現(xiàn)場檢定或校準確實是一個現(xiàn)實問題，如何有效地解決，有一定難度。前面鄭教授提到的標準表法是一種行之有效的方法，但也有其問題。車裝大口徑標準流量計一般為DN300左右，最大流量也只能在1000m3/h左右，對大于DN300或更大的表(如電磁流量計400mm、500mm、1000mm、1500mm、2000mm……)就存在問題了，連檢定其下線點值也不行。然而作為標準表裝在車上，也是屬于離線表，原檢定的基準介質(zhì)工況環(huán)境與現(xiàn)場肯定不會一樣，運載中震動和現(xiàn)場環(huán)境影響也不可避免，其標準性也是個值得商榷的問題。
另外，標準表方法還有一個問題，就是小流量點的校驗誤差大。因為流量儀表的準確度等級是由引用誤差的大小來確定的，所謂引用誤差即儀表每一測量點的允許誤差與儀表測量上限之比，如果標準流量計準確度為0.2級，則其引用誤差相對值為0.2%，儀表每一點測量值為測量上限的0.2%，如果這臺標準流量計為DN200，測量上限為500m3/h，則每一點的測量誤差允許值為1m3/h。這對于100m3/h的測量點，測量誤差為1%，對于50m3/h的測量點，測量誤差為2%。換言之，流量變小則標準表在這些點上的相對測量誤差變大，只有在測量上限這一點保證相對測量誤差不超過0.2%。所以這給標準表方法的使用帶來很大的局限性。在這一點上，體積管的優(yōu)越性和穩(wěn)定性就很突出。根據(jù)現(xiàn)場使用的條件，可以在標準管段上加多個檢測開關或使球的運動減慢等方法使校驗表在小流量點上也獲得較高的準確度。
我們作為專業(yè)生產(chǎn)標準體積管流量校驗裝置的企業(yè)，在長期為用戶提供在線和離線檢定裝備(固定式基地型和移動式車載型體積管)的工作中，也經(jīng)常遇到大口徑流量計現(xiàn)場檢定的技術咨詢和需求信息。隨著科學技術的飛速發(fā)展，計量校準技術的應用拓展，我們現(xiàn)生產(chǎn)一種LJG-16A型雙向車載標準體積管流量校驗裝置，其流量檢測范圍在(200～1200)m3/h左右，一般滿量程可檢DN300流量計，如用于檢DN400～DN1000的電磁流量計，則必須使液體流速控制在0.5m/s以下進行檢定，完全可以滿足現(xiàn)場檢定。為什么車載體積管不能對大口徑(DN300以上)現(xiàn)場流量計完成檢定工作，其原因有三點:一是受車體本身長、寬、高的交通道路法規(guī)限制；二是現(xiàn)場介質(zhì)工作壓力不能大于2.5MPa(主要是大口徑金屬軟管壓力標準所限)；三是流體大流量、大流速(體積管球的運行速度不得大于3m/s技術標準所限)。
在這里我個人有個想法:對大口徑流量計的現(xiàn)場檢定能否在用體積管檢定(介質(zhì)為水)小流量數(shù)據(jù)基準上，從理論上推導出中、大流量的數(shù)據(jù)。
我認為大口徑流量計(介質(zhì)為水)用標準體積管檢定下限點小流量，檢定結果在準確度范圍內(nèi)，實際運行證明，該臺表的中、大流量都不會超過小流量的準確度值，也就是說，該儀表均在準確度范圍內(nèi)。這樣推導行不行，我們作為檢定校準裝置的生產(chǎn)企業(yè)，很愿意同國內(nèi)流量專家們探討流量領域的技術應用課題。
鄭榮根副教授:
我還想補充一點。標準表法盡管有其成本低、操作簡便等優(yōu)點，但由于標準表本身是由流量標準裝置校驗的，因此如果使用于校準介質(zhì)不同、介質(zhì)的物理特性不同、工作狀態(tài)也不同的場合，則標準表示值需要修正。至于如何修正，有什么規(guī)律，我們進行過一些研究但很少(這需要大量的投入)，所以此時運用標準表方法并不很適合。相對于標準表，體積管就沒有這個問題。因為體積管計量是兩個檢測開關之間由檢測器排出的流體體積，這個體積不受流體介質(zhì)的密度、速度、成分的影響。
流量計量是一個相當復雜的問題，還有更大的一片天地是兩相或多相流量計，在這方面可以說很少有成功的儀表，其基本原因就是組分及其狀態(tài)的復雜性。所以現(xiàn)實生產(chǎn)中的多相流多采用分相計量法，如油田里的油氣水計量，一般就是用三相分離器將油氣水三相分離分別計量。還有一種方法就是讓管道中的流速加大使兩相或多相完全充分均勻地混合，把它當作單相計量，比如蒸汽流量計就要求蒸汽溫度非常高，這樣水和空氣完全充分均勻混合；如果泥漿中泥土顆粒的直徑不超過0.1mm，則在紊流情況下也可以將它作為單相流計量。
總之，流量計量方面還有很多很多的問題有待我們年輕有為的有識之士、有志之士去解決，以便創(chuàng)造出更多的計量方法、更多的儀器儀表為工業(yè)生產(chǎn)服務。
上面我談的一些看法，肯定是不全面的，也可能存在片面之處，請各位專家及經(jīng)驗豐富的工程技術人員批評指正。拋磚引玉，引起大家對流量計量的關心，是我的心愿。
主持人:
兩位嘉賓就流量計現(xiàn)場校準談了各自的意見。流量計的現(xiàn)場校準是一個非常復雜的技術問題，正如嘉賓們所說的還有很多很多的問題有待我們?nèi)ソ鉀Q。除了技術問題以外，流量計的校準還涉及到法制計量，我們希望大家都來參與討論，為我國的計量事業(yè)獻計獻策。
本期的“校準三人行”到此結束，謝謝二位嘉賓，謝謝各位讀者。 | 
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