摘要: 隨著guojia節(jié)能減排戰(zhàn)略的實(shí)施，天然氣作為清潔能源得到快速發(fā)展，準(zhǔn)確的天然氣計(jì)量對(duì)于維護(hù)市場(chǎng)秩序、促進(jìn)天然氣和諧發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。天然氣體積計(jì)量為導(dǎo)出量，需要通過建立流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行量值復(fù)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)裝置的準(zhǔn)確與否直接決定天然氣貿(mào)易交接的準(zhǔn)確性，文章通過差壓變送器在天然氣流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中應(yīng)用原理、應(yīng)用前后的不確定度評(píng)定分析，總結(jié) “絕壓 + 差壓”壓力測(cè)量方式對(duì)標(biāo)準(zhǔn)裝置準(zhǔn)確度的影響，可減小 0. 06% 的不確定度分量，同時(shí)利用實(shí)驗(yàn)效果確認(rèn)其應(yīng)用效果。
1、 概述
天然氣流量計(jì)為天然氣貿(mào)易交接計(jì)量的主要儀表，其計(jì)量性能需要定期通過流量標(biāo)準(zhǔn)裝置實(shí)流檢定的方式進(jìn)行確認(rèn)［1］，國內(nèi)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置多采用標(biāo)準(zhǔn)表法原理［2 － 3］，通過錄取相同時(shí)間段內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)與被檢流量計(jì)輸出的流量值，確定被檢流量計(jì)的計(jì)量性能。
天然氣流量計(jì)為天然氣貿(mào)易交接計(jì)量的主要儀表，其計(jì)量性能需要定期通過流量標(biāo)準(zhǔn)裝置實(shí)流檢定的方式進(jìn)行確認(rèn)［1］，國內(nèi)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置多采用標(biāo)準(zhǔn)表法原理［2 － 3］，通過錄取相同時(shí)間段內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)與被檢流量計(jì)輸出的流量值，確定被檢流量計(jì)的計(jì)量性能。
天然氣具有可壓縮性，標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)與被檢流量計(jì)的工況條件不盡相同，需要準(zhǔn)確測(cè)量兩處的溫度、壓力工況條件，經(jīng)溫度、壓力及壓縮因子補(bǔ)償后進(jìn)行比較計(jì)算。目前壓力測(cè)量選用絕壓變送器［4 － 5］，準(zhǔn)確度等級(jí)達(dá)到 0. 05 級(jí)，提高難度較大，通過對(duì)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置工作原理及不確定度分析發(fā)現(xiàn)，可以通過差壓變送器與絕壓變送器組合測(cè)量的方式減小壓力測(cè)量對(duì)標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度的分量［6］。
2 工作原理如圖 1 所示，在被檢流量計(jì)處安裝絕壓變送器，在標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)處安裝差壓變送器，低壓端壓力源為被檢流量計(jì)壓力，則標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的壓力值為:
Pf = Pn + ΔPf
式中: Pf 為標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)處的壓力值，MPa; Pn 為被檢流量計(jì)處的壓力值，MPa; ΔPf 為標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)與被檢流量計(jì)之間的差壓值，MPa。
Pf = Pn + ΔPf
式中: Pf 為標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)處的壓力值，MPa; Pn 為被檢流量計(jì)處的壓力值，MPa; ΔPf 為標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)與被檢流量計(jì)之間的差壓值，MPa。
3 壓力測(cè)量引入不確定度分量分析
3. 1 標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度評(píng)定模型
為了將工況條件進(jìn)行統(tǒng)一，需要將標(biāo)準(zhǔn)［7］流量計(jì)處的流量換算至被檢流量計(jì)處工況條件下，計(jì)算公式如下:
qn = qf ( Pf /Pn ) ( Tn /Tf ) ( Zn /Zf )
式中: qn 為標(biāo)準(zhǔn)表在被檢表工況下的瞬時(shí)流量， m3 /h; qf 為標(biāo)準(zhǔn)表實(shí)際工作條件下的瞬時(shí)流量， m3 /h; Pn 為被檢表工作條件下的覺對(duì)壓力，MPa; Pf 為標(biāo)準(zhǔn)表工作條件下的覺對(duì)壓力，MPa; Tn 為被檢表工作條件下的熱力學(xué)溫度，K; Tf 為標(biāo)準(zhǔn)表工作條件下的熱力學(xué)溫度，K; Zn 為被檢表工作條件下的壓縮因子，按 AGA8 計(jì)算得出; Zf 為標(biāo)準(zhǔn)表工作條件下的壓縮因子，按 AGA8 計(jì)算得出。被檢流 量 計(jì) 的 檢 定 結(jié) 果 以 相 對(duì) 示 值 誤 差 E ( % ) 表示，其計(jì)算公式為:
式中: qmut 為被檢流量計(jì)的測(cè)量體積瞬間流量， m3 /h。 3. 2 壓力測(cè)量引入的不確定度分量分析
3. 1 標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度評(píng)定模型
為了將工況條件進(jìn)行統(tǒng)一，需要將標(biāo)準(zhǔn)［7］流量計(jì)處的流量換算至被檢流量計(jì)處工況條件下，計(jì)算公式如下:
qn = qf ( Pf /Pn ) ( Tn /Tf ) ( Zn /Zf )
式中: qn 為標(biāo)準(zhǔn)表在被檢表工況下的瞬時(shí)流量， m3 /h; qf 為標(biāo)準(zhǔn)表實(shí)際工作條件下的瞬時(shí)流量， m3 /h; Pn 為被檢表工作條件下的覺對(duì)壓力，MPa; Pf 為標(biāo)準(zhǔn)表工作條件下的覺對(duì)壓力，MPa; Tn 為被檢表工作條件下的熱力學(xué)溫度，K; Tf 為標(biāo)準(zhǔn)表工作條件下的熱力學(xué)溫度，K; Zn 為被檢表工作條件下的壓縮因子，按 AGA8 計(jì)算得出; Zf 為標(biāo)準(zhǔn)表工作條件下的壓縮因子，按 AGA8 計(jì)算得出。被檢流 量 計(jì) 的 檢 定 結(jié) 果 以 相 對(duì) 示 值 誤 差 E ( % ) 表示，其計(jì)算公式為:
式中: qmut 為被檢流量計(jì)的測(cè)量體積瞬間流量， m3 /h。 3. 2 壓力測(cè)量引入的不確定度分量分析
3. 2. 1 “絕壓 + 差壓”壓力測(cè)量方式
( 1) 相對(duì)示值誤差
利用 “絕壓 + 差壓”的壓力測(cè)量方式，則相對(duì)示值誤差為:
( 2) 被檢流量計(jì)處壓力測(cè)量 Pn 引入的不確定度分量
( 1) 相對(duì)示值誤差
利用 “絕壓 + 差壓”的壓力測(cè)量方式，則相對(duì)示值誤差為:
( 2) 被檢流量計(jì)處壓力測(cè)量 Pn 引入的不確定度分量
依據(jù)檢定機(jī)構(gòu)出具的檢定證書可得知準(zhǔn)確度等級(jí)為 0. 05 級(jí)，所對(duì)應(yīng)#大允許誤差為 ± 0. 05% ，量程 PFS為 0 ～ 10 MPa，概率分布視為均勻分布，屬于 B 類評(píng)估，u( Pn) 可以估算如下:
差壓變送器#大量程為 0 ～ 249 kPa，介質(zhì)壓力按6 MPa 考慮，差壓按 249 kPa 考慮，則不確定度輸入量 Pn 的靈敏系數(shù)為:
被檢流量計(jì)壓力測(cè)量 Pn 輸出的不確定度為: ur( Pn) = CPn × u( Pn) = 0. 001 7% ( 3) 標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)處壓力測(cè)量 Pf 引入的不確定度分量
差壓變送器#大量程為 0 ～ 249 kPa，介質(zhì)壓力按6 MPa 考慮，差壓按 249 kPa 考慮，則不確定度輸入量 Pn 的靈敏系數(shù)為:
被檢流量計(jì)壓力測(cè)量 Pn 輸出的不確定度為: ur( Pn) = CPn × u( Pn) = 0. 001 7% ( 3) 標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)處壓力測(cè)量 Pf 引入的不確定度分量
通過公式分析可知，標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)處壓力
測(cè)量的不確定為差壓變送器 ΔPf，依據(jù)檢定機(jī)構(gòu)出具的檢定證書可得知準(zhǔn)確度等級(jí)為 0. 05 級(jí)，#大允許誤 差 為 ± 0. 05% ，差壓變送器量程為 0 ～ 249 kPa，將其概率分布視為均勻分布，屬于 B 類評(píng)估，u( Pf) 可以估算如下
被檢流量計(jì)壓力測(cè)量 ΔPf 輸出的不確定度為: ur( ΔPf) = CΔP × u( ΔPf) = － 0. 001 1% 3. 2. 2 常規(guī)絕壓變送器測(cè)量
測(cè)量的不確定為差壓變送器 ΔPf，依據(jù)檢定機(jī)構(gòu)出具的檢定證書可得知準(zhǔn)確度等級(jí)為 0. 05 級(jí)，#大允許誤 差 為 ± 0. 05% ，差壓變送器量程為 0 ～ 249 kPa，將其概率分布視為均勻分布，屬于 B 類評(píng)估，u( Pf) 可以估算如下
被檢流量計(jì)壓力測(cè)量 ΔPf 輸出的不確定度為: ur( ΔPf) = CΔP × u( ΔPf) = － 0. 001 1% 3. 2. 2 常規(guī)絕壓變送器測(cè)量
( 1) 被檢流量計(jì)處壓力測(cè)量 Pn 引入的不確定度分量
壓力變送器的準(zhǔn)確度等級(jí)為 0. 05 級(jí)，量程為0 ～ 10 MPa，介質(zhì)壓力按 6 MPa 考慮，概率分布視為均勻分布，則壓力測(cè)量的不確定度分量為:
被檢流量計(jì)壓力測(cè)量 Pn 輸出的不確定度為: ur( Pn) = CPn × u( Pn) = 0. 048% ( 2) 標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)處壓力測(cè)量 Pf 引入的不確定度分量
被檢流量計(jì)壓力測(cè)量 Pn 輸出的不確定度為: ur( Pn) = CPn × u( Pn) = 0. 048% ( 2) 標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)處壓力測(cè)量 Pf 引入的不確定度分量
標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)處壓力變送器的準(zhǔn)確度等級(jí)為0. 05 級(jí)，量程為0 ～ 10 MPa，介質(zhì)壓力按6 MPa 考 慮，概率分布視為均勻分布，則壓力測(cè)量的不確定度分量為:
4 不確定度分析比較
通過 “絕壓 + 差 壓” 壓力測(cè)量方式與使用絕壓測(cè)量壓力帶來的天然氣流量標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度進(jìn)行 比 較 分 析，壓力測(cè)量合成不確定度分別為 0. 002% 、0. 068% ，比較結(jié)果具體數(shù)據(jù)見表 1。
通過 “絕壓 + 差 壓” 壓力測(cè)量方式與使用絕壓測(cè)量壓力帶來的天然氣流量標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度進(jìn)行 比 較 分 析，壓力測(cè)量合成不確定度分別為 0. 002% 、0. 068% ，比較結(jié)果具體數(shù)據(jù)見表 1。
通過比較 可 見，采 用 “絕 壓 + 差 壓” 壓 力測(cè)量模式將壓力測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不 確定度由0. 068% 降低至 0. 002% ，降低了標(biāo)準(zhǔn)裝置的整體不確定度，提高了標(biāo)準(zhǔn)裝置的準(zhǔn)確度。
5 結(jié)論
通過差壓變送器在天然氣流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中的應(yīng)用，采用 “絕壓 + 差壓”的標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)壓力測(cè)量模式，可有效減小壓力測(cè)量引入的準(zhǔn)確度分量，提升標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度水平，確 保 了裝置的準(zhǔn)確可靠，同時(shí)該種測(cè)量模式可在不同原理的標(biāo) 準(zhǔn) 裝 置 中 推 廣 應(yīng) 用［10］，促 進(jìn) 天 然 氣 計(jì)量水平的 進(jìn) 步，維護(hù)天然氣貿(mào)易交接中的公平公正。
通過差壓變送器在天然氣流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中的應(yīng)用，采用 “絕壓 + 差壓”的標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)壓力測(cè)量模式，可有效減小壓力測(cè)量引入的準(zhǔn)確度分量，提升標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度水平，確 保 了裝置的準(zhǔn)確可靠，同時(shí)該種測(cè)量模式可在不同原理的標(biāo) 準(zhǔn) 裝 置 中 推 廣 應(yīng) 用［10］，促 進(jìn) 天 然 氣 計(jì)量水平的 進(jìn) 步，維護(hù)天然氣貿(mào)易交接中的公平公正。
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