0　前言

    造成现场计量站流量计量误差的原因有很多，安装方式不当、流量计校准不正确、使用时间过长而测量性能下降等都会造成测量误差。

    现有的气体流量计标准有助于计量站设计和操作人员尽可能减少气体流量计量的误差。通常，这些标准主要涉及流量计的设计、制造、安装、操作和维护，而且大多数都只把重点放在流量计本体和紧靠流量计的上、下游直管段的研究上。

    研究表明：许多流量计，特别是间接测定流量参数的流量计（也称推理式流量计），在流量计内流态畸变的情况下容易产生流量计量误差。而造成流态畸变的原因很多，并且因流量计上游管道配置所造成的流态畸变会传播几百倍管径的距离才会完全消失。

    流量计上、下游管道直径的突变会造成流态畸变，计量站内的弯头、三通、汇气管、调节阀和渐缩管/渐扩管等阻流件也会造成流态畸变。流态畸变包括速度分布剖面不对称及漩涡流，或两者的组合，它可能造成流量计量误差（即幅度和特征一定的计量误差）。不同类型的流量计对各种流态畸变的灵敏度也不同。流态畸变对计量误差的影响通常称之为安装影响。很多气体流量计工业标准并未详述这种安装影响，而通常由计量站设计人员和操作人员自己来保证这种安装影响不要太大。

    1　气体流量计类型

    由于不同类型的流量计对安装影响的敏感程度不同，因此，必须了解计量站上可能出现的各种流态畸变对不同类型流量计的影响程度。气体流量计主要有两种：离散型流量计和推理式流量计。离散型流量计是把气流连续不断地分割成各个离散部分、再按时间单位计算测得的单个离散部分的个数以确定气流的体积流量。容积式流量计就是离散型流量计的典型例子。

    推理式流量计是通过测量流动气流的一个或多个动态性能来换算体积流量。这类流量计包括孔板流量计、涡轮流量计、超声流量计和科里奥利质量流量计等。一般说来，和离散型流量计相比，推理式流量计更易受到安装影响或流态畸变的影响而造成计量误差。然而，不同类型的流量计和不同的设计对安装影响的敏感程度是不同的，计量站的设计人员和操作人员必须了解这些敏感程度，才能消除安装影响造成的计量误差或至少把这样的误差减至最小。

    2　安装影响

    研究表明：计量站的管道配置通常都会产生各种各样的流态畸变。即使是简单的管件，如一个90°弯头，也会在其出口平面形成两个反向旋转的漩涡（通常称之为2类漩涡）和速度分布剖面不对称，这种漩涡和速度分布剖面不对称可能造成流态畸变，从而造成流量计量误差。研究还表明：流态畸变可能在一系列阻流件（如弯头、三通、阀门、汇气管、渐缩管/渐扩管等）中延伸；实际上，在某些情况下，气流通过一系列阻流件后，流态畸变可能会变得更加严重。这一发现要求计量站的设计人员和操作人员自始至终都要关注可能导致流态畸变的流量计上游各种阻流件。

    3　流动调整器

    推理式流量计采用流量计标定系数或经验系数来计算未测参数的影响。比如，流量计内的速度剖面通常都是未测量，然而它可能对计量误差有影响。例如，已经通过一系列试验确定了孔板流量计的流出系数，在这些试验中，测试流量计上游的流体流动状态通常近似于无漩涡和充分发展的紊流。因此，现场安装的孔板流量计，如果其上游流体的流动状态也是近似于无漩涡和充分发展的紊流，则其测量结果无附加偏差。

    最大限度地减少或消除流态畸变对流量计性能产生的不利影响的有效方法是安装流动调整器。流动调整器就是一种“调整”流量计入口处或入口附近流场的装置，其作用是减少或消除从流量计上游延伸而来的流态畸变。尽管某些类型的流动调整器对于消除上游延伸而来的各种流态畸变非常有效，但是，没有任何一种流动调整器能把所有可能的流态畸变完全消除。

    根据流动调整器矫正速度分布剖面不对称、漩涡和紊流结构的能力，可将其分为以下三类：

第一类流动调整器主要消除流体中的漩涡。这些装置又称作流动整直器，通常采用蜂窝式结构或管束把流体分成若干个细小平行的流体束。具体实例有：管束式流动整直器（19管束流动整直器（1998））、AMCA整直器和Etoile整直器等。

    第二类流动调整器让流体通过一个多孔网或多孔板或一组多孔网或多孔板从而产生一个轴对称的速度分布剖面。可以通过选择多孔网或多孔板的阻塞系数或孔隙系数，使该装置下游的流场（或速度剖面）重新分布。具体实例有：Sprenkle流动调整器和Mitsubishi流动调整器、Zanker整流板等。

    第三类流动调整器是采用一个多孔网或多孔板和一个紊流发生器构成的一种组合装置，产生一个充分发展的速度分布。多孔网或多孔板上孔的放射性变化有助于产生所需的紊流。具体实例有：Dan2ielProfilerTM流动调整器，K2LabNOVA流动调整器，Gallagher流动调整器和NEL（Spearman）流动调整器等。

    由于流动调整器本身会造成流态畸变，一般说来，流动调整器与流量计入口之间需要一定长度的直管段，以使流动调整器对流动调整达到最佳效果。流动调整器和流量计之间直管段的长度可根据流动调整器设计的不同功能进行选择。

    另外，流动调整器永久性压力损失的大小也是流动调整器设计过程中需要考虑的一个因素。

    4　孔板流量计的流动调整

    孔板流量计对漩涡、速度分布剖面不对称和紊流非常敏感。孔板流量计的行业标准、美国石油协会石油计量标准手册（APIMPMS）第14章第3节第2部分（即：美国气体协会AGANo.3号报告第2部分）于2000年作了修改，新增了有关流动调整的研究成果[1]。

    该标准为不安装流动调整器的孔板流量计推荐了上游所需的最短直管段（流量计上游至少145D），还推荐了孔板流量计与几种使流态畸变的常见阻流件之间的最小直管段长度（见表1）。

    整流效果良好的流动调整器可以把孔板流量计上游所需的直管段长度减少到10D。    

    最新版的孔板流量计标准（APIMPMS，1413节）列出了在流态畸变产生源和孔板流量计之间安装一个同心19管管束整流器时所需的上游直管段长度。该标准没有专门对其它流动调整器进行讨论，但要求一般用途或特殊用途的流动调整器都要通过性能测试。

    5　超声流量计的流动调整

    十多年来，超声流量计在天然气封闭管道输送计量中已经赢得广泛认可。AGANo.9号报告详细介绍了天然气工业中超声流量计的安装要求[3]。如果流量计和流动调整器制造商未对安装配置作特殊要求，就可使用AGANo.9号报告中的推荐安装方式，也即保证合格的流动调整器上游有10D的直管段，并且流量计入口端和流动调整器间有10D直管段，流量计和其下游第一个阻流件间有5D的直管段。对于超声流量计而言，宜选用板式整流器，管束式流动调整器和锥式流动调整器仅对消除漩涡有作用，而不能纠正速度分布剖面不对称[4]。

    必须注意的是：超声波传感器在流量计上的安装位置随制造商的不同而不一样，并且不同的制造商采用不同的方法通过所测气体流速来计算流量。所以，流动调整器的整流效果还取决于超声流量计的设计。

    相关试验对超声流量计在安装有几个阻流件和流动调整器时的性能进行了评价。研究表明：把流量计和流动调整器作为一个组合装置或一个系统进行校准，在流量计上游的直管段短至10～20D的情况下，就可获得准确的计量结果。然而，流量计量的准确度仍然取决于上游管道配置、流动调整器和流量计的设计。

    应注意：即使流量计入口的流场是充分发展的紊流，流量计的性能会因使用不同形式的流动调整器而发生改变。对流量计和流动调整器的组合装置进行正确校准后，可通过适当调整流量计的校准系数来消除计量误差。新修订的AGANo.9号报告要求所有密闭输送管道的计量装置都要在流量标定实验室进行校准或在可溯源至公认的国家/国际标准的标准装置上进行校准，使计量准确度达到最佳。对超声流量计进行的实验还表明：由于上游流态的畸变和流量计设计的不同，同一个流动调整器可能产生完全不同的测试结果。因此，在选择计量站的设备时，必须认真考虑上游管道配置、流量计种类和流动调整器类型之间的相互影响。

    6　涡轮流量计的流动调整

    天然气封闭管道输送计量用涡轮流量计通常都配套安装有流动调整器，相对其它流量计而言，其对上游流态畸变不很敏感。某些类型的流量计还组装了双转子，能探测和矫正某些类型的流态畸变或安装影响。

    用于涡轮流量计的天然气工业标准AGANo.7号报告介绍了三种不同的流量计管道配置：即“推荐”配置、“短管”配置和“紧凑连接”配置[5]。该标准还对流动调整器的使用方法提供了指导。例如，“推荐”配置：在涡轮流量计上游安装10D的直管段，同时配置一个导直叶片式流动调整器（如19管管束整流器），其出口应位于流量计入口上游5D处。

    研究表明：AGANo.7号报告中提及的因安装方式而产生的计量误差读数小于±0.25%。如果是“短管”和“紧凑连接”的管道配置，流量计应内置一体化流动调整器才能达到这样的计量性能。

    研究发现：没有内置一体化流动调整器的涡轮流量计对上游流态畸变非常敏感。通常，随着流体在流量计横截面上的流动受阻量的减少，涡轮流量计对上游流态畸变的灵敏度就会增加。因此，可将流动调整器安装在横截面上流动受阻量相对低的流量计的上游，以避免由于上游管道的安装影响而造成的计量误差。

    7　流动调整器的维护

    流动调整器安装不当、或流动调整器的几何结构因机械损伤发生改变、流体中杂质聚集或其他问题都可能造成很大的计量误差。因此，定期对流动调整器进行维护十分必要。

    8　结论

    在使用推理式流量计时必须了解流量计对流态畸变的敏感程度。多数推理式流量计都不能直接测出速度分布剖面不对称和漩涡一类的流态畸变，但这些流态畸变会导致流量计的流量值偏离标定时的理想流量，造成计量误差。大多数气体流量计的工业标准都没有详述可能造成流态畸变和计量误差的管道安装影响因素。因此，在大多数情况下，必须有效地减少或消除安装影响，才能确保流量计的性能符合相关规定。

    性能优良的流动调整器可以改善进入流量计的流体的流态，优化流动条件，进而提高推理式流量计的计量准确度。因此，在设计计量站时，如果要安装流动调整器，就必须考虑以下因素：

    a.流动调整器矫正速度分布剖面不对称、漩涡和紊流的能力；

    b.流动调整器和流量计之间最佳流动调整性能的距离；

    c.流量计设计和校准时的上游流动条件或上游安装条件。

    参考文献：

    [1]　AGAReportNo.322000，Concentric，Square2EdgeOrificeMeters[S].
    [2]　APIManualofPetroleumMeasurementStandards，Chapter14.322002，Concentric，Square2EdgeOrificeMeters[S].
    [3]　AGAReportNo.922007，MeasurementofGasbyMul2tipathUltrasoNIcMeters[S].
    [4]　ISO/CD17089.122007，MeasurementofFlowinClosedConduits2ultrasonicMetersforGas—Part1：Metersfor CustodyTransferandAllocationMeasurement[S].
    [5]　AGAReportNo.722006，MeasurementofGasbyTurbineMeters[S].

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