標(biāo)準(zhǔn)表法工作級計量標(biāo)準(zhǔn)的建立

侯陽+薛永鑫+王吉開

摘 要：國家石油天然氣大流量計量站武漢分站（以下簡稱“武漢分站”）工作級計量標(biāo)準(zhǔn)采用標(biāo)準(zhǔn)表法，按照J(rèn)JF 1033《計量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》的要求完成了計量標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性試驗、穩(wěn)定性考核，測量結(jié)果的不確定度評定與驗證，完成建標(biāo)，可以天然氣為介質(zhì)，對流量計口徑DN500以下，流量測量范圍（20～9600）m3/h，準(zhǔn)確度等級為1.0級及以下的氣體流量計開展檢定工作，校準(zhǔn)氣體流量計測量不確定度U=0.29%，k=2。

關(guān)鍵詞：計量標(biāo)準(zhǔn)；溯源；重復(fù)性；穩(wěn)定性；不確定度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.200

1 建立計量標(biāo)準(zhǔn)的目的

近年來，我國天然氣工業(yè)快速發(fā)展使天然氣流量計的檢定需求不斷增加，對國內(nèi)天然氣實流檢定能力提出了新的要求。為滿足天然氣貿(mào)易交接流量計檢定工作的需要，中國石化依托川氣東送管道，建設(shè)了國家石油天然氣大流量計量站武漢分站。武漢分站的建成填補了中國石化在該技術(shù)領(lǐng)域的空白，進一步完善了國家天然氣流量量值溯源和傳遞體系，有利于促進我國天然氣計量科學(xué)技術(shù)進步，滿足國家天然氣工業(yè)發(fā)展需要。

2 計量標(biāo)準(zhǔn)的工作原理及其組成

武漢分站工作級計量標(biāo)準(zhǔn)采用標(biāo)準(zhǔn)表法，標(biāo)準(zhǔn)裝置分為大流量檢定系統(tǒng)和小流量檢定系統(tǒng)。小流量檢定系統(tǒng)和大流量檢定系統(tǒng)下游設(shè)計了7路檢定臺位：1路DN80、1路DN100條、1路DN150、1路DN200、1路DN300、2路DN400口徑，通過變徑可安裝DN50～DN400口徑被檢天然氣流量計，每個檢定臺位可以同時串聯(lián)安裝2臺被檢流量計，另外，還設(shè)計了1條DN300口徑移動標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定接口。配備了一臺在線氣相色譜分析儀，可以實時對測量介質(zhì)的組成進行分析，測量數(shù)據(jù)上傳至檢定系統(tǒng)參與流量計算。為了提高測量結(jié)果的可靠性，每一個標(biāo)準(zhǔn)支路還配備了1臺核查超聲流量計，串聯(lián)在標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計的上游，作為比對流量計實時監(jiān)測該支路渦輪流量計的計量性能，確保檢定和校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

3 計量標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)指標(biāo)

（1）測量介質(zhì)：天然氣；

（2）設(shè)計壓力：10MPa；

（3）工作壓力：（2.5～10.0）MPa；

（4）小流量檢定系統(tǒng)測量范圍：（20～1600）m3/h，測量結(jié)果的不確定度：U=0.29%，k=2；大流量檢定系統(tǒng)測量范圍：（80～9600）m3/h，測量結(jié)果的不確定度：U=0.29%，k=2。

（5）檢定口徑：DN50～DN500；

（6）檢定能力：650臺/年。

4 標(biāo)準(zhǔn)器及配套儀表溯源情況

2015年7月～10月，標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計和核查超聲流量計送至南京分站完成進行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)結(jié)果13臺標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計和11臺超聲流量計計量性能指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。

2016年4月～5月，標(biāo)準(zhǔn)器的配套溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器完成現(xiàn)場校準(zhǔn)。

工作級流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的11臺標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計均溯源于國家站南京分站的次級臨界流噴嘴標(biāo)準(zhǔn)裝置，受限于南京分站的次級標(biāo)準(zhǔn)的測量水平，武漢分站工作級標(biāo)準(zhǔn)器的測量不確定度在0.23%（k=2），工作級標(biāo)準(zhǔn)裝置的測量不確定度優(yōu)于0.29%（k=2）。

5 計量標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性試驗、穩(wěn)定性考核

重復(fù)性試驗方法如下：

在每臺標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計的測量范圍內(nèi)選取3個流量點，在每個流量點連續(xù)重復(fù)測量10次，記錄每次測量結(jié)果并計算示值誤差，用10次測量得到的示值誤差值計算測量重復(fù)性。

在大流量檢定系統(tǒng)測量范圍內(nèi)選取3個流量點，在小流量檢定系統(tǒng)測量范圍內(nèi)選取4個流量點，在每個流量點連續(xù)重復(fù)測量10次，記錄每次測量結(jié)果并計算示值誤差，用10次測量得到的示值誤差值計算測量重復(fù)性。

通過對小流量、大流量檢定系統(tǒng)重復(fù)性試驗，標(biāo)準(zhǔn)器和檢定系統(tǒng)的測量重復(fù)性均優(yōu)于0.04%。

穩(wěn)定性考核方法如下：

分別選用口徑為DN200的渦輪流量計和DN400的超聲流量計作為小流量檢定系統(tǒng)和大流量檢定系統(tǒng)測試對象，每隔一個月，在測量范圍內(nèi)，選取多個流量點，用標(biāo)準(zhǔn)裝置進行一組示值誤差測量。每個流量點連續(xù)測量3次，取算術(shù)平均值作為測量結(jié)果。記錄并觀察4組測量結(jié)果，取4組測量結(jié)果中最大值和最小值之差作為計量標(biāo)準(zhǔn)在這段時間內(nèi)的穩(wěn)定性，穩(wěn)定性應(yīng)小于標(biāo)準(zhǔn)裝置流量測量結(jié)果擴展不確定度的絕對值。

小流量檢定系統(tǒng)選取5個流量點進行穩(wěn)定性測試，系統(tǒng)的穩(wěn)定性為0.25%，大流量檢定系統(tǒng)選取3個流量點進行穩(wěn)定性測試，系統(tǒng)的穩(wěn)定性為0.13%，均優(yōu)于檢定系統(tǒng)流量測量結(jié)果擴展不確定度的絕對值，即0.29%，判定為合格。

6 檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的驗證

根據(jù)JJF 1033-2008《計量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》，分別采用比對法和傳遞比較法對本標(biāo)準(zhǔn)裝置的大流量檢定系統(tǒng)和小流量檢定系統(tǒng)的測量不確定度進行能力驗證。大流量檢定系統(tǒng)采用Elster公司生產(chǎn)的DN250超聲流量計（測量范圍（48～5900）m3/h）作為測量對象，測試結(jié)果與南京分站工作級標(biāo)準(zhǔn)裝置測試數(shù)據(jù)進行比較；小流量檢定系統(tǒng)采用Elster公司生產(chǎn)的DN200渦輪流量計（測量范圍（80～1600）m3/h）作為測量對象，測試結(jié)果與南京分站次級標(biāo)準(zhǔn)裝置測試數(shù)據(jù)進行比較。

（1）大流量檢定系統(tǒng)。根據(jù)南京分站工作級標(biāo)準(zhǔn)裝置的測試數(shù)據(jù)，選取對應(yīng)流量點，每個點連續(xù)測量3次，取示值誤差作為測量結(jié)果，測量結(jié)果應(yīng)滿足，其中Ulab為本標(biāo)準(zhǔn)裝置大流量檢定系統(tǒng)測量結(jié)果的擴展不確定度，包含了裝置的測量不確定度和測量流量計的測量不確定度。表1為大流量檢定系統(tǒng)能力驗證試驗的測試數(shù)據(jù)：

（2）小流量檢定系統(tǒng)。根據(jù)南京分站次級標(biāo)準(zhǔn)裝置的測試數(shù)據(jù)，選取對應(yīng)流量點，每個點連續(xù)測量3次，取示值誤差作為測量結(jié)果，測量結(jié)果應(yīng)滿足，其中Uref為南京分站次級標(biāo)準(zhǔn)裝置測量結(jié)果的擴展不確定度，Ulab為本標(biāo)準(zhǔn)裝置小流量檢定系統(tǒng)測量結(jié)果的擴展不確定度，包含了裝置的測量不確定度和測量流量計的測量不確定度。表2為小流量檢定系統(tǒng)能力驗證試驗的測試數(shù)據(jù)：

比較上述各流量點測量結(jié)果，均符合要求，本裝置流量測量不確定度得到驗證。

7 結(jié)論

經(jīng)過分析和實驗驗證，武漢分站工作級計量標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置符合國家計量檢定系統(tǒng)表和國家計量技術(shù)規(guī)范JJF 1033-2008《計量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》要求，可以以天然氣為介質(zhì)，對口徑DN500及以下，流量測量范圍（20～9600）m3/h，準(zhǔn)確度等級為1.0級及以下的氣體流量計開展檢定工作，校準(zhǔn)氣體流量計測量不確定度U=0.29%，k=2。

作者簡介：侯陽（1991-），男，湖北武漢人，主要從事天然氣流量計的檢定測試研究