标准孔板流量计的发展历程

        标准孔板流量计由孔板节流装置、信号引线和二次仪表组成。孔板流量计是国内外研究得、最细、试验数据最多、使用经验、标准化程度的计量手段。目前，在国际上仍无统一的国际标准用于天然气流量计量，利用孔板流量计测量流体流量存在两个平行标准ISO5167-1和API2530。由于通用和专门用于测量天然气的方法存在一定差异，给我国制定天然气孔板计量标准带来了一定的困难。
         一、标准文件更新的三个阶段
        1.个阶段
        我国在天然气流量计量方面一直以孔板流量计作为主要的流量测量手段， 然而在20世纪60年代以前，还没有一个正式的、统一的计量标准。为了统一计量方法， 结合我国天然气的特点制定了《测量天然气流量的孔板计量装置安装检定使用管理规程（草案）》，把它作为国内计量天然气流量的依据。该草案对当时的天然气开采、输配和销售等起到了指导和监督作用。但由于没有一个国家正式的、的天然气流量计量标准可依循， 在天然气用户中出现了随意选用计量公式和计算参数、不合理的积算方法和取值方法、孔板加工粗糙、安装不合理、不统一等混乱现象，继而导致供需双方因计量误差大而产生纠纷。
        1983 年3 月正式批准，1983 年10 月发布实施的SYL04-1983《天然气流量的标准孔板计量方法》是我国个天然气流量的计量标准。该标准的颁布与实施， 结束了我国天然气流量计量，特别是商品天然气流量计量长期无正式标准可循的局面，减少了计量纠纷。
        2.第二个阶段SYL04-1983标准实施后， 尽管在促进孔板流量计设计、制造和使用的标准化等方面起到了推动作用，取得了一定的成绩、积累了宝贵的经验，但是也出现了一些问题。为适应我国天然气流量计量技术的不断发展， 标准孔板流量计的发展历程经过3年多的修订工作， 新的计量标准于1995年11月审查通过。标准的名称仍采用《天然气流量的标准孔板计量方法》，标准编号改为SY/T6143-1996。
        3.第三个阶段
        我国的天然气流量计量90%以上采用标准孔板，其标准SY/T6143-1996《天然气流量的标准孔板计量方法》是以ISO5167为依据， 参考AGA NO3报告和相关标准编制的。国际上这两个孔板流量计量标准的重大变化，特别是ISO5167标准的重大变化， 影响到我国的SY/T6143 标准的修订。为了适应计量技术、计量标准的不断发展， 加快我国天然气计量与国际惯例接轨，逐步实行按质论价，针对国际上近年来在天然气孔板流量计量技术和标准方面的新变化，为缩短我国天然气计量技术和标准与国际水平的差距，采用国外近20年来的试验研究成果，充分考虑天然气介质的特殊性和我国天然气计量长期的实践经验，对SY/T6143-1996标准进行了修订，修改后标准名称改为《用标准孔板流量计测量天然气流量》， 编号改为SY/T6143-2004。
        二、二次仪表的发展阶段
        孔板流量计的二次仪表是压力、差压和温度检测元件直至显示和记录等计量仪表的总称。孔板流量计所使用的二次仪表的发展可分为两个阶段：
        1.个阶段———以手工计算为主的阶段20世纪70年代现场应用得最多的是CWD-430双波纹管差压静压记录仪。CWD-430双波纹管差压计除了能显示记录节流装置前后的差压信号外, 还能记录孔板上游侧取压孔处的静压力。CWD-430型双波纹管差压计记录仪作为孔板流量计的二次仪表，目前在计量站场仍有使用，尤其是我国，它采用人工计量温度、求取日平均温度， 用径向方根求积仪求出日平均差压和静压， 用计算器计算一天的日流量。CWD-430型双波纹管差压计属机械仪表， 它准确度低、可动部件多、无法进行数据远传且受人为因素影响大和计算方式不统一等缺点，经常引起计量纠纷。
        2.第二个阶段———以电动变送器和计算机在线实时计算的阶段采用电动变送器和计算机在线实时计算流量值的计量技术20世纪90年代末才迅速发展起来。第二代产品就是利用电动仪表加电子计算机配节流装置计量天然气流量的计量技术。第二代产品的二次测量仪表经历了三个发展阶段， 表1列出了电动变送器发展的过程。我国生产的电动单元组合仪表DDZ-Ⅱ和DDZ-Ⅲ属于第二代产品的二、三阶段，这两种仪表由于采用力平衡原理，限制了它的小型化。它们不但结构复杂，而且在准确度、稳定性方面都不高（准确度为±0.5％～±1％），调零、调量程和调迁移会相互影响。它最重要的缺点是温度漂移，静压误差没有得到解决，直接影响测量的准确度。 第三阶段变送器是基于微位移检测和转换技术相结合的原理。该类仪表主要优点是装配、使用、调整方便；体积小、重量轻、结构简单；同时测量准确度高，性能可靠。表2为力平衡式、微位移式典型产品的比较。从表1、表2可知，第三阶段产品取代第二阶段产品作为天然气流量测量的二次仪表是必然趋势。近年来， 又研制出智能差压变送器和智能压力变送器，具有准确度高，稳定性好等优点。可利用它的通讯功能进行在线故障诊断、组态和校验。为了更为准确计量，条件许可时宜采用这种变送器。期运行可靠性， 企业便可自行掌握强直流测量设备的计量确认方法， 从而使强直流电计量在管理体制和机制上创新。上级主管部门支持改进强电在线测试技术，将其纳入《国家技术创新计划项目》。然而遗憾的是， 创新项目因不能组织起课题组而搁浅。这是因为： 一是现行科技管理体制的研究院所，对前瞻性、公益性的能源计量应用与管理研究项目不感兴趣； 二是标准化和计量主管部门在能源工业计量方面存在管理结构性局限，而能源主管部门所制定的节约用电管理办法采用已过时效的标准， 无法贯彻实施。这种节能管理体制分割的深层结构性矛盾，致使节电管理与科技进步形成“两张皮”，造成节电综合管理无力、不顺。在这种大环境下，创新项目搁浅，正折射出节电行政管理滞后科技进步的症结所在。志愿者对创新项目搁浅虽然无能为力， 却未放弃创新的思考，于2007年完成了《改进强电在线测试技术的可行性研究》。令人欣慰的是，原课题组成员单位，云南省计量测试技术研究院的“60后”，新开发出了安装式“整流效率测量仪”，配合强电计量成果的应用，能实时显示生产过程强电参数及其经济技术指标，为优化生产工艺和指导电力整流设备经济运行提供了技术支持，推动了强电计量成果的推广创新。
        近20年节电计量技术研发，给了我们多方面的启迪： 高耗电行业强电计量难题长期不能解决， 主要计量科技工作者受传统计量理念束缚， 当转到用钱老的计量理念指导技术研发后， 才有了正确的技术路线，研发工作取得突破性进展。采用对测量设备在线校准的方法， 不能对强电综合量进行计量确认， 现代工业计量对强电必须采用系统的在线综合测量方法。高耗电企业用电量大， 一个综合量的强电经济技术指标， 有多个量值和量进行综合，它的测量涉及多个专业，并非一个专业的人员所能完成。以上是我们从一个重大课题技术层面上得到的感悟。然而从管理层面总结，节能技术的研发和推广涉及多个管理部门的业务， 却没有一个部门出面组织协调。当前， 节电计量技术推广难，是行政管理体制分割，制约了节电计量成果向现实生产力转化。今天我们缅怀钱老， 应重温他在30年前在全国计量工作会议上的讲话。他说：“计量工作要从系统工程的角度去考虑；计量的传递体系、计量工作的组织体系也是一项系统工程； 行政也可以用系统工程的方法；没有计量工作的现代化，要实现四个现代化是不可能的。”学习继承钱老的系统工程论， 我们才能树立起现代的系统的科学发展观。
        三、新技术的推广
        采用电动变送器和三笔记录仪记录流量参数与采用双波纹管差压静压记录仪记录流量参数，其计算方相似，计算流量仍要人工取值，进行查表、插值计算（这种方法基本淘汰）。近年来，无论国外还是国内都出现了以微处理器为基础的流量计算机，它们均按天然气流量计量标准和天然气计量特点研制软件和硬件，并实行在线测量和实时补偿运算，省去了繁琐的计算和人工取值带来的误差，因而得到迅速推广。
        1.FloBoss103流量管理器特点
        美国Fisher-RoseMount公司生产的FloBoss103流量管理器是为使用孔板流量计提供单表测量、监视和管理气体流量的流量管理器，准确度为±0.075%FS。它除了具有一体化多参数测量功能外，还具有流量计算、数据归档、现场控制以及远距离通信等功能。
        2.天然气自动计量管理系统组成
        本系统采用标准孔板节流装置配FloBoss103流量管理器对天然气流量自动进行计量， 现场采集的信号通过RS485协议与工业控制机进行传输通信,各种与计量有关的参数由上位机进行设置， 从而实现了天然气流量计量的全过程自动计量。
        四、结束语
        随着社会的发展、科学的进步和技术的不断创新， 还有国内外流量测量机构和专家的不懈努力，相信孔板流量计将不断发挥其优势， 减少计量误差和贸易纠纷， 在流量计量领域继续发挥其重要作用。