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)量對于維護(hù)市場秩序、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定分析，總結(jié) “絕壓 + 差壓”壓力測量方式對標(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。目前壓力測量選用絕壓變送器［4 － 5］，準(zhǔn)確度等級達(dá)到 0. 05 級，提高難度較大，通過對流量標(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量的方式減小壓力測量對標(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 壓力測量引入不確定度分量分析
3. 1 標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度評定模型
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流量， m3 /h; qf 為標(biāo)準(zhǔn)表實(shí)際工作條件下的瞬時流量， m3 /h; Pn 為被檢表工作條件下的覺對壓力，MPa; Pf 為標(biāo)準(zhǔn)表工作條件下的覺對壓力，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 示 值 誤 差 E ( % ) 表示，其計(jì)算公式為:
式中: qmut 為被檢流量計(jì)的測量體積瞬間流量， m3 /h。 3. 2 壓力測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流量， m3 /h; qf 為標(biāo)準(zhǔn)表實(shí)際工作條件下的瞬時流量， m3 /h; Pn 為被檢表工作條件下的覺對壓力，MPa; Pf 為標(biāo)準(zhǔn)表工作條件下的覺對壓力，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 示 值 誤 差 E ( % ) 表示，其計(jì)算公式為:
式中: qmut 為被檢流量計(jì)的測量體積瞬間流量， m3 /h。 3. 2 壓力測量引入的不確定度分量分析
3. 2. 1 “絕壓 + 差壓”壓力測量方式
( 1) 相對示值誤差
利用 “絕壓 + 差壓”的壓力測量方式，則相對示值誤差為:
( 2) 被檢流量計(jì)處壓力測量 Pn 引入的不確定度分量
( 1) 相對示值誤差
利用 “絕壓 + 差壓”的壓力測量方式，則相對示值誤差為:
( 2) 被檢流量計(jì)處壓力測量 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)確度等級為 0. 05 級，所對應(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)確度等級為 0. 05 級，#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 類評估，u( Pf) 可以估算如下
被檢流量計(jì)壓力測量 ΔPf 輸出的不確定度為: ur( ΔPf) = CΔP × u( ΔPf) = － 0. 001 1% 3. 2. 2 常規(guī)絕壓變送器測量
測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)確度等級為 0. 05 級，#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 類評估，u( Pf) 可以估算如下
被檢流量計(jì)壓力測量 ΔPf 輸出的不確定度為: ur( ΔPf) = CΔP × u( ΔPf) = － 0. 001 1% 3. 2. 2 常規(guī)絕壓變送器測量
( 1) 被檢流量計(jì)處壓力測量 Pn 引入的不確定度分量
壓力變送器的準(zhǔn)確度等級為 0. 05 級，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，則壓力測量的不確定度分量為:
被檢流量計(jì)壓力測量 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)處壓力測量 Pf 引入的不確定度分量
被檢流量計(jì)壓力測量 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)確度等級為0. 05 級，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” 壓力測量方式與使用絕壓測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” 壓力測量方式與使用絕壓測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 力測量模式將壓力測量引入的標(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)壓力測量模式，可有效減小壓力測量引入的準(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，同時該種測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)壓力測量模式，可有效減小壓力測量引入的準(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，同時該種測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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