天然氣計量檢定點裝置不確定度評定

馬 琳

1大慶油田設(shè)計院；2東北石油大學

天然氣計量檢定點裝置不確定度評定

馬 琳1；2

1大慶油田設(shè)計院；2東北石油大學

為適應華中地區(qū)天然氣流量計的檢定需求，中國石油將在武漢東輸氣站旁設(shè)計建造一套天然氣中低壓計量檢定系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由標準渦輪流量計組、壓力變送器、溫度變送器、在線色譜分析儀、數(shù)據(jù)采集處理和控制系統(tǒng)、輔助的整流器、直管段、連接管路及強制密封球閥組成。結(jié)合天然氣計量標準裝置的特點，全面考慮了各種主要影響因素，將不確定度計算與實際應用相結(jié)合，通過計算得出工作級標準裝置的相對擴展不確定度為Urel(qn)=0.32%，k=2。

天然氣；工作級標準；不確定度評定；計量；誤差

為適應華中地區(qū)天然氣流量計的檢定需求，中國石油將在武漢東輸氣站旁設(shè)計建造一套天然氣中低壓計量檢定系統(tǒng)。通過對計量標準系統(tǒng)組成及測量方法進行研究，分析影響計量標準裝置精度的主要因素，對工作級計量標準裝置進行不確定度評定，確保其滿足計量要求。

1 計量標準系統(tǒng)組成

武漢檢定點工作級標準系統(tǒng)主要由標準渦輪流量計組、壓力變送器、溫度變送器、在線色譜分析儀、數(shù)據(jù)采集處理、控制系統(tǒng)、輔助的整流器、直管段、連接管路及強制密封球閥組成。

2 體積流量計量不確定度評定

該標準裝置采用標準表法測量原理，工作標準器采用4臺標準渦輪流量計（口徑為DN80、DN100、DN150和DN400 mm）并聯(lián)安裝單獨使用。在不確定度評定時，選用測量誤差最大的一組進行不確定度評定。

2.1 數(shù)學模型

根據(jù)《用氣體渦輪流量計測量天然氣流量（GB/T21391）》得到采用單臺渦輪流量計作為標準器的數(shù)學模型為

式中不確定度來源分別為：標準流量計的脈沖數(shù)N、標準流量計的儀表系數(shù)K、測量時間t、操作條件下以及標準參比條件下的絕對靜壓力pf和pn、操作條件下以及標準參比條件下的氣體熱力學溫度Tf和Tn、操作條件下以及標準參比條件下的氣體壓縮因子Zf和Zn。

2.2 輸入量的相對標準不確定度

（1）標準流量計的儀表系數(shù)K的相對標準不確定度ur(K)。ur(K)主要來源于量值溯源引入的不確定度。根據(jù)上一級量值傳遞出具的校準證書可知，在量程范圍內(nèi)，擴展不確定度應優(yōu)于0.30%，包含因子k=2，ur(K)值為：ur(K)=0.30%/2= 0.15%。

（2）標準流量計的脈沖數(shù)N的相對標準不確定度ur(N)。在進行流量計檢定時，一般累積的標準流量計的脈沖數(shù)應≥10 000個，脈沖觸發(fā)不一致所導致的讀數(shù)誤差為±1個，其幾率分布視為均勻分布，包含因子k=，ur(N)值為：ur(N)=10 000/×100%=0.005 8%。

（3）標準參比條件下的氣體熱力學溫度Tn的相對標準不確定度ur(Tn)。溫度測量不確定度由溫度變送器引入。依據(jù)檢定機構(gòu)出具的校準證書，標準器所配套溫度變送器的最大擴展不確定度應優(yōu)于0.022%，ur(Tn)值為：ur(Tn)=0.022%/2=0.011%。

（4）操作條件下的氣體熱力學溫度Tf的相對標準不確定度ur(Tf)。標準渦輪流量計與被檢流量計的溫度變送器通常一起校準，溫度變送器的最大擴展不確定度應優(yōu)于0.022%，ur(Tf)值為：ur(Tf)= 0.022%/2=0.011%。

（5）標準參比條件下的絕對靜壓力pn的相對標準不確定度ur(pn)。壓力變送器因測量準確度所導致的不確定度，依據(jù)檢定機構(gòu)出具的檢定證書，其準確度等級應優(yōu)于0.05級，幾率分布視為均勻分布，ur(pn)值為：ur(pn)=0.05%/=0.029%。

（6）操作條件下的絕對靜壓力pf的相對標準不確定度ur(pf)。依據(jù)檢定機構(gòu)出具的檢定證書，其準確度等級應優(yōu)于0.05級，幾率分布視為均勻分布，ur(pf)值為：ur(pf)=0.05%/=0.029%。

（7）標準參比和操作條件下的氣體壓縮因子之比Zn/Zf的相對標準不確定度ur(Zn/Zf)。Zn/Zf的不確定度確定依據(jù)溫度變送器與壓力變送器準確度等級所造成的最大測量誤差，計算的最大偏差應優(yōu)于0.053%，幾率分布視為均勻分布，ur(Zn/Zf)值為：ur(Zn/Zf)=0.053%//2=0.015%。

（8）檢定時間t的相對標準不確定度ur(t)。時間測量t估計值的不確定度主要來自于計時系統(tǒng)測量不確定度。計時系統(tǒng)自身的時間測量誤差應優(yōu)于±1 ms，幾率分布視為均勻分布，ur(t)值為：ur(t)=0.001/×100%=0.001%。

（9）測量重復性ur(E)。在測量過程中，每個流量點應至少連續(xù)重復測量3次，取3次平均值作為測量結(jié)果，則測量結(jié)果重復性為：ur(E)=0.05%。

2.3 體積流量合成及相對擴展不確定度

由于各輸入量的估算值變化不會導致其他參量變化，故相關(guān)系數(shù)為0。

根據(jù)《測量不確定度評定與表示（JJF1059）》，合成不確定度為：Ucrel(qn)=0.16%；相對擴展不確定度為：Urel(qn)=2Ucrel(qn)=0.32%，包含因子k=2。

3 結(jié)語

結(jié)合天然氣計量標準裝置的特點，全面考慮了各種主要影響因素，將不確定度計算與實際應用相結(jié)合，通過計算得出工作級標準裝置的相對擴展不確定度為Urel(qn)=0.32%，k=2。

（欄目主持 關(guān)梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.8.051