體積管重復(fù)性的快速判定方法

王杰，孟祥波，高素然，吳冠約，郭靜

1.國(guó)家石油天然氣大流量計(jì)量站東營(yíng)分站(山東東營(yíng)257000)

2.中國(guó)石化勝利油田分公司油氣集輸總廠(山東東營(yíng)257000)

體積管重復(fù)性的快速判定方法

王杰1，孟祥波1，高素然1，吳冠約1，郭靜2

1.國(guó)家石油天然氣大流量計(jì)量站東營(yíng)分站(山東東營(yíng)257000)

2.中國(guó)石化勝利油田分公司油氣集輸總廠(山東東營(yíng)257000)

體積管的重復(fù)性是判定體積管是否合格最為重要的參數(shù)，但其計(jì)算過(guò)程相對(duì)比較復(fù)雜?；诤侠淼募僭O(shè)和公式推導(dǎo)得出了一種簡(jiǎn)單、快速判定體積管重復(fù)性是否合格的方法，用于輔助現(xiàn)場(chǎng)工作人員快速判斷體積管的重復(fù)性。

體積管;現(xiàn)場(chǎng)檢定;重復(fù)性計(jì)算

為保證體積管標(biāo)準(zhǔn)容積值的準(zhǔn)確，JJG 209-2010《體積管檢定》規(guī)程中要求體積管的重復(fù)性要優(yōu)于0.02%，對(duì)后續(xù)檢定體積管的復(fù)現(xiàn)性要優(yōu)于0.05%［1-2］。目前，檢定體積管最常用的方法是容積法，即通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)金屬量器來(lái)確定體積管的容積。體積管現(xiàn)場(chǎng)檢定的過(guò)程為:檢定人員根據(jù)讀取到的標(biāo)準(zhǔn)量器計(jì)量頸的液位高度，通過(guò)換算得到量器中水的體積，進(jìn)而確定體積管的容積。由于體積管重復(fù)性的計(jì)算相對(duì)比較復(fù)雜，導(dǎo)致檢定人員不能根據(jù)讀取數(shù)據(jù)直接判斷體積管的重復(fù)性，為此尋找一種合適的方法幫助現(xiàn)場(chǎng)工作人員快速判定體積管重復(fù)性的好壞是十分有必要的，通過(guò)合理的假設(shè)進(jìn)行了公式的推導(dǎo)，得出了一種簡(jiǎn)單、快捷判定體積管重復(fù)性的方法。

1 體積管標(biāo)準(zhǔn)容積值的確定

確定體積管標(biāo)準(zhǔn)容積值的水標(biāo)系統(tǒng)如圖1所示，體積管內(nèi)的置換器在水的推動(dòng)下，以一定的速度先后觸發(fā)體積管的2個(gè)檢測(cè)開(kāi)關(guān)，將置換出的水推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)金屬量器內(nèi)，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)量器的指示值經(jīng)換算求得體積管的標(biāo)準(zhǔn)容積值［3-5］。

2 數(shù)學(xué)模型的建立

根據(jù)JJG 209-2010《體積管檢定》中的規(guī)定，體積管的重復(fù)性采用以下公式進(jìn)行計(jì)算。首先利用公式(1)計(jì)算體積管的標(biāo)準(zhǔn)容積值，然后利用貝塞爾公式(2)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差σ，最后通過(guò)公式(3)得到體積管的重復(fù)性Er。

圖1 體積管檢定示意圖

式中:Vps為體積管標(biāo)準(zhǔn)容積的平均值，L;Vi為第i次檢定體積管的標(biāo)準(zhǔn)容積，L;n為檢定次數(shù)，

由于檢定規(guī)程中要求體積管的最小檢定次數(shù)為3次，以n=3時(shí)進(jìn)行了公式推導(dǎo)，查表可知tp(2)=4.3，綜合公式(1)、(2)、(3)可得公式(4)。

假設(shè)3次檢定數(shù)據(jù)中體積管標(biāo)準(zhǔn)容積值的最大值與最小值之差為一常數(shù)C，即［V1，V2，V3］max-［V1，V2，V3］min=C，取V1近似作為，那么|V2-|和|V3-ps|的

極限最大值應(yīng)為C/2，帶入公式(4)中可得公式(5)。

由公式(5)可知:體積管3次檢定數(shù)據(jù)中最大值與最小值之差的極限最大值為C。對(duì)于后續(xù)檢定的體積管而言，由于規(guī)程中要求體積管的復(fù)現(xiàn)性要優(yōu)于0.05%，公式(5)中右邊的可用上次檢定得到體積管的標(biāo)準(zhǔn)容積值近似代替。

體積管的標(biāo)準(zhǔn)體積是由標(biāo)準(zhǔn)金屬量器經(jīng)過(guò)換算得到的，20℃下標(biāo)準(zhǔn)金屬量器中液體的體積由公式(6)計(jì)算得到:

式中:V罐為標(biāo)準(zhǔn)金屬量器中液體的體積，L;V20為標(biāo)準(zhǔn)金屬量器在主標(biāo)尺x0下的體積，L(由標(biāo)準(zhǔn)金屬量器檢定證書(shū)給出);Vf為標(biāo)準(zhǔn)金屬量器計(jì)量頸分度容積，mL/mm(由標(biāo)準(zhǔn)金屬量器檢定證書(shū)給出); x為標(biāo)準(zhǔn)金屬量器計(jì)量頸的實(shí)際讀數(shù)，mm。

由于體積管的標(biāo)準(zhǔn)容積值一般大于標(biāo)準(zhǔn)金屬量器的容積值，因此現(xiàn)場(chǎng)檢定過(guò)程是由2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)金屬量器多次切換得到體積管的標(biāo)準(zhǔn)容積值。因此，單次體積管的標(biāo)準(zhǔn)容積值Vi可表示為:

式中:Vi為第i次檢定體積管的標(biāo)準(zhǔn)容積，L;VA1為1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)金屬量器中液體的體積，L;VB1為2號(hào)標(biāo)準(zhǔn)金屬量器中液體的體積，L。

體積管在現(xiàn)場(chǎng)檢定過(guò)程水溫的變化不超過(guò)1℃(規(guī)程要求)，體積管出口的壓力也基本保持穩(wěn)定，忽略溫度和壓力的影響，由公式(5)、(6)、(7)可知，體積管3次檢定數(shù)據(jù)中最大值與最小值的體積差可簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)金屬量器的計(jì)量頸實(shí)際讀數(shù)和之差(Δx)，即

式中:C為體積管3次檢定數(shù)據(jù)中最大值與最小值之差的極限最大值，L;Δx1為1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)金屬量器計(jì)量頸讀數(shù)和之差，mm;Δx2為2號(hào)標(biāo)準(zhǔn)金屬量器計(jì)量頸讀數(shù)和之差，mm;Vf1為1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)金屬量器計(jì)量頸分度容積，mL/mm;Vf2為2號(hào)標(biāo)準(zhǔn)金屬量器計(jì)量頸分度容積，mL/mm。

如果現(xiàn)場(chǎng)使用的2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)金屬量器的計(jì)量頸分度容積值相近，即Vf1和Vf2基本相等，那么3次檢定數(shù)據(jù)中計(jì)量頸實(shí)際讀數(shù)和之差應(yīng)小于1 000C/Vf;若2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)金屬量器的計(jì)量頸分度容積值相差較大，可使其中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)金屬量器的液位基本都保持在同一高度，那么3次檢定數(shù)據(jù)中計(jì)量頸實(shí)際讀數(shù)和之差也應(yīng)小于1 000C/Vf1或1 000C/Vf2。

表1 某輸油站體積管檢定數(shù)據(jù)表

3 模型驗(yàn)證

以某輸油站體積管的檢定數(shù)據(jù)為例，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。檢定所用標(biāo)準(zhǔn)金屬罐的信息如表2所示。

從表1可知，通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算得出的體積管的重復(fù)性為0.019 98%時(shí)，3次檢定數(shù)據(jù)中最大值與最小值的差值為0.270 97L，而通過(guò)公式(4)得出的理論值為0.278 44L，二者相差較小，僅7.47mL，故理論值可用于體積管現(xiàn)場(chǎng)檢定;由表2可知，2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)金屬罐計(jì)量頸分度容積Vf基本相同，通過(guò)公式(8)可得，3次檢定數(shù)據(jù)中計(jì)量頸實(shí)際讀數(shù)和之差應(yīng)小于1 000C/Vf，即0.278 44×1 000÷23.4=11.9mm。通過(guò)上述方法，檢定人員可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)罐計(jì)量頸讀數(shù)和之差快速判定體積管的重復(fù)性是否合格，若讀數(shù)和之差大于理論計(jì)算值則體積管重復(fù)性必定不合格，反之則體積管重復(fù)性能基本合格。

表2 標(biāo)準(zhǔn)金屬容器數(shù)據(jù)表

4 結(jié)論

通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)化了體積管重復(fù)性的計(jì)算過(guò)程，檢定人員可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)罐計(jì)量頸讀取數(shù)值快速判斷體積管的重復(fù)性是否合格。體積管現(xiàn)場(chǎng)檢定過(guò)程中，把其中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)金屬量器的液位基本都保持在同一高度，若3次檢定數(shù)據(jù)中計(jì)量頸實(shí)際讀數(shù)和之差大于1 000C/Vf1或1 000C/Vf2，則體積管重復(fù)性不合格;反之，則體積管重復(fù)性基本合格。

［1］JJG 209-2010體積管檢定規(guī)程［S］.

［2］品王志學(xué).提高體積管檢定的成功率［J］.計(jì)量技術(shù)，2001(2): 40-41.

［3］閆慶芳，連城.標(biāo)準(zhǔn)體積管現(xiàn)場(chǎng)檢定誤差分析［J］.油氣田地面工程，2006，25(5):30-31.

［4］金良.標(biāo)準(zhǔn)體積管檢定過(guò)程中的誤差來(lái)源［J］.油氣田地面工程，1996，15(3):50-51.

［5］范宗奎.標(biāo)準(zhǔn)體積管重復(fù)性的計(jì)算［J］.油氣儲(chǔ)運(yùn)，2009，28 (2):74-76.

The repeatability of volume tube is an important parameter for determining whether the volume tube is qualified or not，but its computation is very complex.A method for rapidly determ ining the qualified repeatability of volume tube is derived based on reasonable assumptions，which can help on-siteworkers to rapidly determine the qualified repeatability of volume tube.

volume tube;on-site inspection;repeatability computation

攝影/徐志武

王杰(1985-)，男，工程師，現(xiàn)從事石油計(jì)量工作。n≥3;tp(v)為t分布系數(shù);v為自由度，v=n-1。

左學(xué)敏

2014-10-12