一、前言
在过去的三年中,对工业气体流量计的检定要求大大增加。主要体现在以下三个方面:
l、用天然气进行的高压气体流量计的检定不仅仅限于涡轮气体流量计,而且还有孔板式、文丘里管式及涡流挡板式流量计。
2、对小型流量计的低气体流量(小于3.5m3/h)检定,诸如热质量流量计、质量流量控制器、医疗卫生设备用的可变面积仪表和检测器。
3、除用空气或天然气之外的气体的检定及在不同操作条件(不同压力或不同气体)下的检定。
鉴于这些情况,荷兰计量院研制出一种新型的低流量检测装置,且使2台现有检定装置实现了自动化。另外,在Bergum增设高压检测设施很有必要,这已列入1993年计划当中。
表1给出了荷兰对工业气体流量计进行法律鉴定、检定和测试的现有设施。该表提供了这些检测装置的特性,诸如流量、操作压力及检测所使用的气体类型。对于所列的设施,荷兰计量院的合作伙伴将负责进行法律鉴定和颁发检定证书。除了表1中所列设施之外,配气公司和气体流量计制造厂检测装置的数量也有所增加。
二、高压检测装置
荷兰有几台高压流量检测装置。从检定设施或溯源性方面看,Groningen、Bergum和Westerbork的检测装置很重要。这3台装置在操作条件下的检定可用天然气作为检定介质。
1.Groningen的高压检测装置
Groningen的高压检测装置设计为一台研究装置。该装置的所有者Gasunie公司利用这台装置对气体流量计、装置效应、减压器和其他设备进行研究。被检测装置可安装在检测装置中的几个部位,构成最合适的配置。该装置很少用于气体流量计的正常检定。然而,它对荷兰其他高压检测装置的溯源起了非常重要的作用。
表1对工业气体流量计进行或合作进行法律鉴定、检定和检测所用的测试设备
装置名称装置所有方位置流量气体类型绝压范围(bar)低流量检测装置NMiDordrecht2×10-5~3.5空气、天然气或钢瓶气体10.5m3钟罩NMiDordrecht0.1~65空气或天然气11m3钟罩NMiDordrecht0.4~160空气13.5m3钟罩NMiDordrecht0.4~400空气或天然气1检测管线NMiDordrecht5~1000空气1高流量检测装置NMiDordrecht40~12×103空气1内部检测管线InstrometSilvolde8~10×103空气1外部检测管线InstrometSilvolde20~25×103空气1高压检测管线GasunieGroningen45~36×103天然气9~41高压检测管线NMiBergum45~132×103天然气9~51高压检测管线GasunieWesterbork6000~2.4×106天然气60高压检测管线InstrometUtrecht45~90×103天然气9标准体积管回路ShellPernis5~200乙烯80
注:除乙烯标准体积管回路流量为在线条件外,其余流量均为正常运行条件(0oC,1.01325bar)
位于Groningen的检测装置,如图1所示,配有2套标准气体流量计。其中一套由10个并联的容积式(CVM)气体流量计组成。在在线条件下,每个流量计的最大流量为400m3/h。这种容积式流量计像Bergum传递标准一样,只用于检定高标准流量计。另一套标准气体流量计是Groningen日常研究使用的检测装置的工作标准。这套流量计是由一个最大能力为400m3/h的容积式气体流量计和4个最大能力分别为650m3/h、1600m3/h和2个4000m3/h的涡轮气体流量计组成。
由于该装置结构的原因,可直接采用一套10个容积式流量计标准来检定工作标准。
在Groningen,这些容积式流量计标准始终运行在6bar的绝压条件下。而被测验的流量计可在9~41bar压力之间运行。当试验压力超过9bar时,应将该压力降至测试流量计和标准之间的范围。由于压力下降,应将该气体加热到实验室温度。鉴于压力下降且气体温度应以手动控制,此时,尤其是在低流量条件下进行检定,很消耗时间,如果该压力降至试验流量计和标准之间范围,则气体的压缩性便起着很关键的作用。计算压缩系数,既可采用AGANX-19-mod算法,也可采用简化的GERG方程。由于压缩系数取决于气体的组分,因此应利用在线气相色谱仪来确定气体成分的摩尔分数。这些参数可从气体的组分计算出来,它们是压缩系数算法的输入参数。
2.Bergum的高压检测装置
Bergum的高压检测装置设计用于检定气体流量计。如图2所示,该检测装置与一个668MW发电厂的供气站平行排列。该装置的操作压力范围为9~15bar压力达到21bar。的最大流量为88000m3/h,而当压力在21~51bar之间时的流量则为130000。单位表示该流量已转换为正常条件(0oC,1.01325bar)
图1Groningen高压检测装置平面示意图。左侧的10台容积式流量计为高压基准表。该图右侧的工作标准则用于检验
检测装置的标准气体流量计包括4台最大处理能力为4000m3/h的涡轮式气体流量计,一台处理能力为1000m3/h的涡轮式气体流量计及两台处理能力分别为400m3/h和1000m3/h的CVM气体流量计。
在Bergum的装置上,标准气体流量计和被检测的流量计均在大约相同的压力条件下运行。这种做法的优点是,在检定过程中,不会产生因气体压缩系数算法而导致的其他不确定度。但它也有缺点,即,标准气体流量计本身需要在几种不同的压力条件下进行检定。Bergum的标准气体流量计是在9bar、21bar、36bar和51bar的压力条件下进行检定的。该标准在检定压力间的校准系数通过插值误差曲线图获得,图中绘制了检定曲线与流量相对应的雷诺数关系曲线。
进人该检测装置的气体经过2个(安全)关闭阀门、一个过滤器和一个加热器后到达二级减压器。测试压力通过此减压器进行控制。在减压器之后有4条平行的检测管线。其中3条管线法兰间的长度为5.lm,而另一条测试管线法兰间的长度则为11m。这些流量计的直径可以检定,范围为50~600mm(ANSI或DIN法兰)。
气体通过被检测流量计后又经过一个或几个标准气体流量计。此后,压力下降,气体返回到电厂的供气管线。
在Bergum的检测装置上,对来自世界各地的气体流量计进行检定。涡流挡板流量计占检定流量计的15%左右,剩下的则为孔板、文丘里管、喷嘴、旋涡式流量计、插入式流量计、超声波流量计等。近年来,在Bergum测试装置上进行检定的流量计数量大大增加(每年为17%)。这充分表明,在操作条件下检定对于气体流量计用户具有更为重要的意义。另外,孔板、喷嘴、文丘里管检定的数量也大大增加。
鉴于在此装置上进行检定的流量计数量很大,因此必须经常检查标准气体流量计。在新配置的检测装置上安装了特殊的检测仪表,用于检测流量达到25000m3/h的流量计。这样,便可在检定期间连续检查工作标准。每周临时插入传递标准,检查较高流量条件下的工作标准。