天然氣計(jì)量檢定點(diǎn)裝置不確定度評(píng)定

馬 琳

1大慶油田設(shè)計(jì)院；2東北石油大學(xué)

天然氣計(jì)量檢定點(diǎn)裝置不確定度評(píng)定

馬 琳1；2

1大慶油田設(shè)計(jì)院；2東北石油大學(xué)

為適應(yīng)華中地區(qū)天然氣流量計(jì)的檢定需求，中國(guó)石油將在武漢東輸氣站旁設(shè)計(jì)建造一套天然氣中低壓計(jì)量檢定系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)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(qiáng)制密封球閥組成。結(jié)合天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的特點(diǎn)，全面考慮了各種主要影響因素，將不確定度計(jì)算與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，通過(guò)計(jì)算得出工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為Urel(qn)=0.32%，k=2。

天然氣；工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；不確定度評(píng)定；計(jì)量；誤差

為適應(yīng)華中地區(qū)天然氣流量計(jì)的檢定需求，中國(guó)石油將在武漢東輸氣站旁設(shè)計(jì)建造一套天然氣中低壓計(jì)量檢定系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)組成及測(cè)量方法進(jìn)行研究，分析影響計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置精度的主要因素，對(duì)工作級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行不確定度評(píng)定，確保其滿足計(jì)量要求。

1 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)組成

武漢檢定點(diǎn)工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)主要由標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)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(qiáng)制密封球閥組成。

2 體積流量計(jì)量不確定度評(píng)定

該標(biāo)準(zhǔn)裝置采用標(biāo)準(zhǔn)表法測(cè)量原理，工作標(biāo)準(zhǔn)器采用4臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)（口徑為DN80、DN100、DN150和DN400 mm）并聯(lián)安裝單獨(dú)使用。在不確定度評(píng)定時(shí)，選用測(cè)量誤差最大的一組進(jìn)行不確定度評(píng)定。

2.1 數(shù)學(xué)模型

根據(jù)《用氣體渦輪流量計(jì)測(cè)量天然氣流量（GB/T21391）》得到采用單臺(tái)渦輪流量計(jì)作為標(biāo)準(zhǔn)器的數(shù)學(xué)模型為

式中不確定度來(lái)源分別為：標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的脈沖數(shù)N、標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的儀表系數(shù)K、測(cè)量時(shí)間t、操作條件下以及標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的絕對(duì)靜壓力pf和pn、操作條件下以及標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的氣體熱力學(xué)溫度Tf和Tn、操作條件下以及標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的氣體壓縮因子Zf和Zn。

2.2 輸入量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

（1）標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的儀表系數(shù)K的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur(K)。ur(K)主要來(lái)源于量值溯源引入的不確定度。根據(jù)上一級(jí)量值傳遞出具的校準(zhǔn)證書(shū)可知，在量程范圍內(nèi)，擴(kuò)展不確定度應(yīng)優(yōu)于0.30%，包含因子k=2，ur(K)值為：ur(K)=0.30%/2= 0.15%。

（2）標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的脈沖數(shù)N的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur(N)。在進(jìn)行流量計(jì)檢定時(shí)，一般累積的標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的脈沖數(shù)應(yīng)≥10 000個(gè)，脈沖觸發(fā)不一致所導(dǎo)致的讀數(shù)誤差為±1個(gè)，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(biāo)準(zhǔn)參比條件下的氣體熱力學(xué)溫度Tn的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur(Tn)。溫度測(cè)量不確定度由溫度變送器引入。依據(jù)檢定機(jī)構(gòu)出具的校準(zhǔn)證書(shū)，標(biāo)準(zhǔn)器所配套溫度變送器的最大擴(kuò)展不確定度應(yīng)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(xué)溫度Tf的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur(Tf)。標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)與被檢流量計(jì)的溫度變送器通常一起校準(zhǔn)，溫度變送器的最大擴(kuò)展不確定度應(yīng)優(yōu)于0.022%，ur(Tf)值為：ur(Tf)= 0.022%/2=0.011%。

（5）標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的絕對(duì)靜壓力pn的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur(pn)。壓力變送器因測(cè)量準(zhǔn)確度所導(dǎo)致的不確定度，依據(jù)檢定機(jī)構(gòu)出具的檢定證書(shū)，其準(zhǔn)確度等級(jí)應(yīng)優(yōu)于0.05級(jí)，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(duì)靜壓力pf的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur(pf)。依據(jù)檢定機(jī)構(gòu)出具的檢定證書(shū)，其準(zhǔn)確度等級(jí)應(yīng)優(yōu)于0.05級(jí)，幾率分布視為均勻分布，ur(pf)值為：ur(pf)=0.05%/=0.029%。

（7）標(biāo)準(zhǔn)參比和操作條件下的氣體壓縮因子之比Zn/Zf的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)確度等級(jí)所造成的最大測(cè)量誤差，計(jì)算的最大偏差應(yīng)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(shí)間t的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度ur(t)。時(shí)間測(cè)量t估計(jì)值的不確定度主要來(lái)自于計(jì)時(shí)系統(tǒng)測(cè)量不確定度。計(jì)時(shí)系統(tǒng)自身的時(shí)間測(cè)量誤差應(yīng)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(cè)量重復(fù)性u(píng)r(E)。在測(cè)量過(guò)程中，每個(gè)流量點(diǎn)應(yīng)至少連續(xù)重復(fù)測(cè)量3次，取3次平均值作為測(cè)量結(jié)果，則測(cè)量結(jié)果重復(fù)性為：ur(E)=0.05%。

2.3 體積流量合成及相對(duì)擴(kuò)展不確定度

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

根據(jù)《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示（JJF1059）》，合成不確定度為：Ucrel(qn)=0.16%；相對(duì)擴(kuò)展不確定度為：Urel(qn)=2Ucrel(qn)=0.32%，包含因子k=2。

3 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合天然氣計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置的特點(diǎn)，全面考慮了各種主要影響因素，將不確定度計(jì)算與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，通過(guò)計(jì)算得出工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的相對(duì)擴(kuò)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