何偉，冉高宗，李月英，張磊，謝宗榮

新疆獨山子石化公司機動設(shè)備處（新疆 克拉瑪依 833699）

石化行業(yè)的蒸汽、天然氣、通用氣體及水等介質(zhì)，廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計進(jìn)行計量或過程控制，占全部在用流量儀表的60%左右。為保證計量的準(zhǔn)確性，真正實現(xiàn)從數(shù)據(jù)中要效益，這些儀表需要定期檢定或校準(zhǔn)，但由于生產(chǎn)裝置長期連續(xù)運行，流量計無法離線送實驗室檢校。另外實驗室屬于理想狀態(tài)條件，不能復(fù)現(xiàn)現(xiàn)場工況條件。所以探討采用在線校準(zhǔn)與核查比對的溯源手段，是提高企業(yè)流量儀表管理水平的一大課題。

1 現(xiàn)場校準(zhǔn)與核查的開展

1.1 理論基礎(chǔ)

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計在線核查與校準(zhǔn)是把計量系統(tǒng)中各組成部分整合為一個整體來進(jìn)行評估確認(rèn)，從而保證整個計量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。計量系統(tǒng)的組成部分主要包括：一次元件（節(jié)流裝置），二次儀表（流量積算部分）以及變送器（溫度、壓力、差壓）。

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計備受國際流量界重視，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織在ISO 5167—1980版國際標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，重新制定了ISO 5167—2003版國際標(biāo)準(zhǔn)，同時開展了對這類儀表在線校準(zhǔn)的研究。我國參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定了GB/Z 33902—2017《使用差壓裝置測量流體流量偏離GB/T 2624給出的要求和工作條件的影響及其修正方法》，可以根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)評估并修正直管段不足、使用磨損等因素導(dǎo)致的計量誤差。

2016年國家質(zhì)檢總局發(fā)布了JJG 1003—2016《流量積算儀檢定規(guī)程》[1]，該規(guī)程重點是把流量積算儀表與流量變送器、被測流體物性緊密結(jié)合，對二次儀表（包括DCS、PLC等流量顯示設(shè)備）檢定的理論值，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)給出的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行流量計算，規(guī)范了流量積算儀的檢定和使用。

流量計量系統(tǒng)組成的其他部分：溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器也均有各自的檢定規(guī)程可依據(jù)。這些都為開展標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計在線校準(zhǔn)提供了理論基礎(chǔ)。

1.2 現(xiàn)場基本情況

企業(yè)利用檢修窗口期，選擇現(xiàn)場需要流量校準(zhǔn)的39臺流量計進(jìn)行試驗性在線校準(zhǔn)與核查。按照流量計類型分類：法蘭取壓孔板30臺，角接取壓孔板3臺，長徑噴嘴4臺，文丘里1臺，非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流件1臺。按照被測介質(zhì)分類：用于計量蒸汽13臺，天然氣和甲烷氣7臺，瓦斯氣和混合氣10臺,通用氣體4臺，水和其他液體5臺。這些儀表均已運行一個檢修周期，許多儀表不具備拆卸條件。其中38臺為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計，其可以根據(jù)儀表幾何尺寸得到流量關(guān)系，具備在線校準(zhǔn)的前提條件。

1.3 現(xiàn)場操作步驟

對需要在線校準(zhǔn)與核查的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計，按照下面步驟進(jìn)行實施。

1.3.1 參數(shù)核查

參數(shù)核查包括：檢查節(jié)流裝置原始資料（設(shè)計書、檢測報告等）中的參數(shù)指標(biāo)是否齊全，結(jié)構(gòu)尺寸是否符合JJG 640—2016《差壓式流量計檢定規(guī)程》的要求；檢查溫度、壓力、差壓及流量設(shè)計參數(shù)與實際工況是否一致。

1.3.2 節(jié)流裝置校準(zhǔn)與核查

核查標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計安裝方式（水平或垂直）、前后直管段長度、與工藝管道的同心度、差壓管路的引出與敷設(shè)方式、法蘭與夾持環(huán)的位置等，核查其是否符合GB/T 2624—2006《安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量》[2]與JJG 640—2016[3]中的規(guī)定要求；可拆下的節(jié)流件根據(jù)JJG 640—2016中幾何法進(jìn)行校準(zhǔn)。

1.3.3 配套儀表校準(zhǔn)

配套的溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器由于配有護(hù)套或是閥組，均可以對應(yīng)相關(guān)檢定規(guī)程離線或在線校準(zhǔn)[4]。

1.3.4 流量二次單元校準(zhǔn)

所有計量儀表均采用DCS系統(tǒng)進(jìn)行流量計算。使用過程校驗儀輸出標(biāo)準(zhǔn)模擬信號給DCS系統(tǒng)采集通道，根據(jù)JJG 1003—2016進(jìn)行流量校準(zhǔn)。

1.4 校準(zhǔn)結(jié)果

歷經(jīng)兩周，通過對現(xiàn)場39臺流量計校準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)，流量示值誤差超過10%的流量計有10臺，約占總數(shù)的26%；流量示值誤差在5%~10%的流量計有7臺，約占總數(shù)的18%；流量示值誤差在3%~5%的流量計有5臺，約占總數(shù)的13%。也就是說，流量示值誤差超過3%的流量計總共有22臺，約占總數(shù)的56%。

1.5 影響因素分析

通過對現(xiàn)場儀表核查、校準(zhǔn)及對數(shù)據(jù)的分析，確認(rèn)了影響儀表計量準(zhǔn)確度的主要因素，匯總數(shù)據(jù)見表1。

表1 影響儀表計量準(zhǔn)確度主要因素匯總表

2 問題的解決

通過分析計量系統(tǒng)存在的問題，提出相應(yīng)的解決方案。

2.1 確認(rèn)系統(tǒng)不確定度合理范圍

正常情況下，當(dāng)節(jié)流件的結(jié)構(gòu)形狀、幾何尺寸及安裝使用條件、配套二次裝置的各組成單元，符合GB/T 2624—2006、JJG 640—2016、JJG 1003—2016等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程要求時，各標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計系統(tǒng)不確定度為：標(biāo)準(zhǔn)孔板≤1.0%；ISA1932噴嘴≤1.5%；長徑噴嘴≤2.5%；文丘里≤1.5%。

考慮到現(xiàn)場工況條件下各因素的影響，可以適當(dāng)調(diào)整不確定度范圍，以滿足企業(yè)計量儀表對測量對象的實際需求。

2.2 解決方案

企業(yè)不可能對所有超差的流量計進(jìn)行更換改造，需根據(jù)計量儀表不同情況，提出解決方案：①工況條件穩(wěn)定，誤差趨勢一致的采用校準(zhǔn)系數(shù)修正方法；②儀表參數(shù)錯誤，根據(jù)工藝參數(shù)，重新出具計算書，修改儀表設(shè)置；③工況條件波動大，計算模型不符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在不改變現(xiàn)有系統(tǒng)架構(gòu)的情況下，在計量系統(tǒng)中完善流量計算模型[5]。

2.3 方案實例

2.3.1 工況條件穩(wěn)定，流量示值誤差趨勢一致

一些計量儀表屬于過程控制儀表或是裝置內(nèi)部計量儀表，一般工況條件比較穩(wěn)定，并且校準(zhǔn)結(jié)果顯示其流量誤差的比例關(guān)系一致。根據(jù)實際工況條件下校準(zhǔn)得到的標(biāo)準(zhǔn)流量值，采用在DCS系統(tǒng)中設(shè)置校準(zhǔn)系數(shù)的方式對被校流量值進(jìn)行修正[6]。

例如，煉油廠重整加氫聯(lián)合車間位號11201-FT305的蒸汽流量計采用的是法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板，其校準(zhǔn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 11201-FT305流量校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

根據(jù)不確定度評估，該臺流量計誤差明顯超出合理范圍。該計量點屬于三級能源計量，蒸汽的工作溫度、工作壓力比較穩(wěn)定，同時在整個流量范圍內(nèi)流量誤差的線性度較好，所有流量點的偏差基本都在14.5%左右。在DCS系統(tǒng)中將各流量點的流量值除以1.145得到修正后的流量值。該臺流量計進(jìn)行校準(zhǔn)系數(shù)修正后，瞬時流量誤差小于0.5%。

2.3.2 工藝參數(shù)調(diào)整后，儀表參數(shù)調(diào)整錯誤

一些計量儀表在后期生產(chǎn)過程中工藝參數(shù)對應(yīng)設(shè)計參數(shù)發(fā)生了變化，流量計配套的差壓變送器沒有進(jìn)行正確調(diào)整。

例如，動力站A爐鍋爐主蒸汽流量，其校準(zhǔn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 動力站A爐鍋爐主蒸汽流量流量校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

該計量儀表原設(shè)計中差壓量程為250 kPa，流量量程為440 t/h。在生產(chǎn)過程中，由于工藝發(fā)生了變化，流量量程擴大為480 t/h，DCS系統(tǒng)也進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，但是差壓變送器設(shè)置的量程存在問題。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計的流出系數(shù)和可膨脹系數(shù)均是變化的，差壓和流量并不是簡單的開方后成線性比例的關(guān)系。

此類問題的計量儀表通過重新出具計算書，調(diào)整相應(yīng)量程參數(shù)解決流量誤差的問題，不需要額外投入任何的改造成本。

2.3.3 工況條件波動大，計算模型不符合國家標(biāo)準(zhǔn)

一些計量儀表屬于二級能源計量，數(shù)據(jù)比較關(guān)鍵，準(zhǔn)確度要求高，同時為了保證計量的準(zhǔn)確性都配有溫度、壓力進(jìn)行補償修正。由于工藝條件不穩(wěn)定，其流量偏差體現(xiàn)出無規(guī)律性，無法采用校準(zhǔn)系數(shù)修正的方式。

例如，乙烯廠一聯(lián)合車間某臺蒸汽流量計采用的是文丘里管，其校準(zhǔn)數(shù)據(jù)見表4。

表4 乙烯車間某臺流量計流量校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

此類計量儀表誤差產(chǎn)生的根本原因為計算模型不符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[7]。這種情況下無法進(jìn)行簡單的校準(zhǔn)系數(shù)修正，只能通過完善流量計算模型來保證計量的準(zhǔn)確性。DCS系統(tǒng)作為控制系統(tǒng)，很難滿足高精度的計量要求。在流量計一次儀表部分不更換的情況下，只需在機柜間增加嵌入式模塊按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行流量補償計算，再將補償后的流量值輸出給DCS使用。DCS系統(tǒng)只負(fù)責(zé)流量的顯示，通過使用專用的設(shè)備完善流量計算模型，從而保證計量的準(zhǔn)確性[8-10]。

通過以上幾種方式，根據(jù)計量儀表不同情況針對性地采取不同解決方案，可以滿足GB/T 20901—2007《中石油石化行業(yè)能源計量器具配備和管理要求》中計量性能要求，降低了企業(yè)的改造成本。

3 可行性分析

流體計量與一次儀表工作原理、安裝條件、被測流體的物性和工況條件（溫度、壓力、濕度等）緊密相關(guān)，計算公式各異并呈現(xiàn)出復(fù)雜的函數(shù)關(guān)系。影響因素除節(jié)流裝置本身，還有參數(shù)設(shè)置、測量范圍、補償計算等[11]。將標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置及配套作為整體，通過現(xiàn)場校準(zhǔn)或核查確定各組成單元的不確定度，對系統(tǒng)不確定度進(jìn)行評估和調(diào)整，確保整個計量系統(tǒng)具有可預(yù)期的計量準(zhǔn)確度。

4 結(jié)束語

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置流量計通過在線校準(zhǔn)或核查實現(xiàn)流量量值溯源，在滿足生產(chǎn)及裝置連續(xù)運行的條件下，可以在線實施確保在用流量計準(zhǔn)確度符合要求。在線校準(zhǔn)或核查也是對現(xiàn)場流量測量系統(tǒng)的一種計量再確認(rèn)，系統(tǒng)的構(gòu)成是否正確、運行參數(shù)是否準(zhǔn)確、計算模型是否合理、系統(tǒng)的準(zhǔn)確度是否滿足工藝要求均可以通過在線校準(zhǔn)或核查來發(fā)現(xiàn)解決問題，提高企業(yè)的計量水平。

流量計在線校準(zhǔn)或核查不僅可以節(jié)省大量儀表拆裝費、運輸費及檢定費，大大減少儀表離線檢定或校準(zhǔn)成本及工作量；還可以提高工作效率。通過在線校準(zhǔn)或核查對超差的計量儀表進(jìn)行定點修正，使企業(yè)可以在不投入大量資金成本的情況下保證計量的準(zhǔn)確性，是企業(yè)降本增效的重要舉措。