聲速檢驗(yàn)法在氣體超聲流量計(jì)使用中檢驗(yàn)的探討

陳冰（大慶油田工程有限公司）

聲速檢驗(yàn)法在氣體超聲流量計(jì)使用中檢驗(yàn)的探討

陳冰（大慶油田工程有限公司）

聲速檢驗(yàn)法是氣體超聲流量計(jì)特有的性能檢測形式，具有成本低，無需拆裝，不用停產(chǎn)，可在線監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)，一直被廣泛關(guān)注。國家已經(jīng)頒布相應(yīng)的檢定規(guī)程和國家標(biāo)準(zhǔn)。由于技術(shù)較新，聲速檢驗(yàn)法的可靠性和實(shí)用性尚需確定。國家石油天然氣大流量計(jì)站憑借多年來對流量、溫度、壓力、物性參數(shù)等方面測試技術(shù)的積極探索，具備了聲速法比對的科研試驗(yàn)?zāi)芰?，開展了涵蓋國內(nèi)應(yīng)用的主要流量計(jì)廠家、口徑、聲道型式的超聲流量計(jì)跟蹤試驗(yàn)，驗(yàn)證了聲速檢驗(yàn)法的可靠性。

聲速檢驗(yàn)法；超聲流量計(jì)；使用中檢驗(yàn)；檢定

聲速檢驗(yàn)法是氣體超聲流量計(jì)特有的在線診斷技術(shù)，在國內(nèi)外都屬于比較新的技術(shù)。歐美發(fā)達(dá)國家已將聲速檢驗(yàn)法作為一項(xiàng)重要技術(shù)手段應(yīng)用在天然氣貿(mào)易計(jì)量管理體系中。2007年，我國頒布了國家計(jì)量規(guī)程JJG 1030—2007《超聲流量計(jì)》[1]，采納了聲速檢驗(yàn)法進(jìn)行使用中檢驗(yàn)的嘗試。2014年，為了進(jìn)一步推廣聲速檢驗(yàn)法，頒布了國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 30500—2014《氣體超聲流量計(jì)使用中檢驗(yàn)——聲速檢驗(yàn)法》[2]，明確了聲速檢驗(yàn)法的技術(shù)指標(biāo)和條件配套，形成統(tǒng)一的實(shí)施方案和判定指標(biāo)。國家石油天然氣大流量計(jì)量站依托其試驗(yàn)條件，對國內(nèi)應(yīng)用的主要流量計(jì)廠家的產(chǎn)品進(jìn)行了抽查和比對試驗(yàn)，長期跟蹤了一批流量計(jì)的聲速變化趨勢，總結(jié)了異常情況產(chǎn)生原因，并提出了預(yù)防措施。

1 聲速檢驗(yàn)法的實(shí)施條件

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 30500—2014《氣體超聲流量計(jì)使用中檢驗(yàn)——聲速檢驗(yàn)法》，開展聲速檢驗(yàn)法，運(yùn)行條件下的管道內(nèi)介質(zhì)組成、介質(zhì)溫度、介質(zhì)壓力應(yīng)滿足表1所示的適用范圍。

表1 測量氣體的適用范圍

管道內(nèi)介質(zhì)條件超過表1所示的適用范圍，聲速檢驗(yàn)法的不確定度會增大，其結(jié)論的可靠性會受到影響。

開展聲速檢驗(yàn)法，其技術(shù)配套應(yīng)滿足表2所示的技術(shù)要求。

表2 聲速檢驗(yàn)法的技術(shù)配套

2 聲速檢驗(yàn)法在使用中檢驗(yàn)的應(yīng)用

使用中檢驗(yàn)是檢定方法的有效補(bǔ)充，在JJG 1030—2007《超聲流量計(jì)》中，規(guī)定了聲速檢驗(yàn)法為超聲流量計(jì)使用中檢驗(yàn)的一種方法，并提出開展使用中檢驗(yàn)的技術(shù)要求：在被檢驗(yàn)流量計(jì)安裝到管路上投入使用后的1個月內(nèi)進(jìn)行第一次檢驗(yàn)，以后按至少1次/a的周期進(jìn)行；流量計(jì)使用中進(jìn)行檢驗(yàn)時必須攜帶上一次檢驗(yàn)報(bào)告；檢查流量計(jì)系數(shù)在上一次檢定后沒有變化。

上述技術(shù)要求明確了氣體超聲流量計(jì)完成實(shí)流檢定后，1個月內(nèi)應(yīng)進(jìn)行第一次聲速檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)論合格后，按至少1次/a的周期開展聲速檢驗(yàn)。在周期聲速檢驗(yàn)中，本次與上次檢驗(yàn)結(jié)果偏離較大，應(yīng)及時提出開展實(shí)流檢定，避免流量計(jì)性能異常變化引起的計(jì)量糾紛。

采用聲速檢驗(yàn)法進(jìn)行使用中檢驗(yàn)，其技術(shù)要求如表3所示。

3 聲速檢驗(yàn)法與實(shí)流檢定的比對實(shí)驗(yàn)

為驗(yàn)證聲速檢驗(yàn)法與實(shí)流檢定結(jié)果的一致性，國家站抽樣了17臺不同廠家、不同型號、不同口徑的氣體超聲流量計(jì)，在國家站北京檢定室開展實(shí)流比對實(shí)驗(yàn)。為確保實(shí)驗(yàn)結(jié)論的可靠性，國家站對參加測試的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備進(jìn)行了以下準(zhǔn)備。

3.1 流量標(biāo)準(zhǔn)裝置

北京檢定室的天然氣實(shí)流檢定裝置：量值溯源于國家站南京分站，流量測量不確定度優(yōu)于0.29%（k=2），流量測量復(fù)現(xiàn)性優(yōu)于0.1%，流量測量穩(wěn)定性優(yōu)于0.2%。開展測試前，用多臺核查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行流量測試，各流量點(diǎn)流量偏差優(yōu)于0.1%。

3.2 溫度、壓力變送器

北京檢定室的溫度變送器最大允許誤差優(yōu)于±0.1℃，壓力變送器準(zhǔn)確度等級為0.05級，均量值溯源于國家站的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。國家站與中國計(jì)量院、上海計(jì)量院進(jìn)行了溫度、壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置的量值比對，比對結(jié)果一致。

3.3 理論聲速計(jì)算軟件

國家站根據(jù)AGA No.10號報(bào)告，編制了一套理論聲速計(jì)算軟件，采用報(bào)告中列舉了三種計(jì)算條件，對計(jì)算過程中間和最終輸出計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，偏差小于0.0001%。為進(jìn)一步驗(yàn)證軟件計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用AGA No.8號報(bào)告提供Amarillo、Gulf Coast、Ekofisk、High N2和High CO2五種混合物的組成，對不同溫度、壓力條件下的壓縮因子進(jìn)行了比對，偏差小于0.001%。

3.4 在線氣相色譜

北京檢定室具備在線氣相色譜分析儀，定量重復(fù)性優(yōu)于1%，具備中國計(jì)量院的校準(zhǔn)證書。在開始測試前，充分預(yù)熱，并采用一等標(biāo)氣進(jìn)行自校。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 聲速檢驗(yàn)法與實(shí)流檢定結(jié)果比對

4 聲速檢驗(yàn)法的跟蹤測試

為了發(fā)現(xiàn)超聲流量計(jì)聲速偏差的變化趨勢，國家站選擇了18余臺氣體超聲流量計(jì)進(jìn)行了3年的聲速偏差測量跟蹤。這些流量計(jì)均為新表，口徑、聲道數(shù)量、型式、應(yīng)用場站都有一定代表性。其中，10臺流量計(jì)場站設(shè)施完善，在計(jì)量站對超聲流量計(jì)長期進(jìn)行聲速監(jiān)測；其余8臺流量計(jì)由于不具備現(xiàn)場聲速檢驗(yàn)的條件，在周期檢定時，在檢定站進(jìn)行聲速偏差測量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1、圖2。

圖1 在檢定站測試的實(shí)驗(yàn)流量計(jì)2013—2015年聲速變化趨勢

圖2 在計(jì)量站長期監(jiān)控的實(shí)驗(yàn)流量計(jì)2013—2015年聲速變化趨勢

如圖1、圖2所示，氣體超聲流量計(jì)的聲速偏差會隨著運(yùn)行時間發(fā)生變化，變化的方向性不一致，3年內(nèi)的聲速偏差都在控制限內(nèi)。

在長期監(jiān)控超聲流量計(jì)聲速變化的計(jì)量站上，兩次發(fā)現(xiàn)了聲速異常情況。經(jīng)排查，一次為上游管道施工遺留異物造成，取出后聲速指標(biāo)恢復(fù)正常；一次為天然氣組分更新不及時造成，更新后恢復(fù)正常。

5 結(jié)論

通過上述實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了聲速檢驗(yàn)法測試結(jié)論的可靠性是比較高的，技術(shù)指標(biāo)是合理的。聲速檢驗(yàn)法作為氣體超聲流量計(jì)在線監(jiān)測手段，可以大幅提高計(jì)量管理水平，及時發(fā)現(xiàn)流量計(jì)的異常情況，采取相應(yīng)措施，可以避免異常運(yùn)行引起的計(jì)量糾紛。同時，聲速檢驗(yàn)法還是國家檢定規(guī)程規(guī)定的一種使用中檢驗(yàn)方法，完善了超聲流量計(jì)的實(shí)流檢定程序，有效延長超聲流量計(jì)的檢定周期，降低企業(yè)運(yùn)營成本,對企業(yè)節(jié)能降耗發(fā)揮了應(yīng)有的作用。另外，聲速檢驗(yàn)法的技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)在國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18601—2014《用氣體超聲流量計(jì)測量天然氣流量》中引用，作為產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)，提高了超聲流量計(jì)的技術(shù)門檻，確保超聲流量計(jì)的測量準(zhǔn)確性，保證了交接雙方的合法權(quán)益。

結(jié)合實(shí)踐，聲速檢驗(yàn)法在應(yīng)用中還需注意以下幾點(diǎn)：

1）開展聲速檢驗(yàn)法，管道內(nèi)氣體流速不宜過低，否則會受環(huán)境溫度影響，影響判定結(jié)果。

2）信號檢查不合格的超聲流量計(jì)，應(yīng)及時維修，不適用開展聲速檢驗(yàn)法。

3）在聲速檢驗(yàn)法現(xiàn)場實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)部分計(jì)量站場不滿足表1或表2的要求，聲速檢驗(yàn)結(jié)果往往與實(shí)流檢定結(jié)論大相徑庭。

[1]全國流量容量計(jì)量技術(shù)委員會.超聲流量計(jì)檢定規(guī)程：JJG 1030—2007[S].北京：中國質(zhì)檢出版社，2007.

[2]全國石油天然氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.氣體超聲流量計(jì)使用中檢驗(yàn)聲速檢驗(yàn)法：GB/T 30500—2014[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.12.016

2016-08-23

（編輯 李發(fā)榮）

陳冰，工程師,1988年畢業(yè)于齊齊哈爾第二機(jī)床廠職工工學(xué)院，從事石油、天然氣計(jì)量檢定及科研工作，E-mail：chenb_dod@petrochina.com.cn，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)西苑街42號，163712。