刮板流量計檢定結果不確定度評定

高飛

(中國石油化工有限公司 西北油田分公司,新疆 庫爾勒 841600)

目前,在原油輸送過程中,刮板流量計是一種常用的動態計量器具。某原油交接末站配備4臺smith LH8-S3型0.2級刮板流量計,1套BI-DI型體積管,每6個月通過體積管對刮板流量計檢定一次,修正一次流量計系數,并參與下一檢定周期內的交接計算。因此,刮板流量計的計量性能、計量準確度將直接影響原油貿易交接計量的準確性。

測量不確定度是指由于測量誤差的存在,對被測量值的不能肯定的程度,是表示被測量值分散性、準確性和可靠程度的量[1]。一般情況下,不確定度值越小,表明測得的結果與被測量的真值越接近,與真值的分散程度越小,結果越好。測量不確定度一般有若干分量組成,根據測量過程中隨機誤差和系統誤差的存在,測量方法分為A類評定和B類評定。其中,一些分量由于是隨機誤差引起的,通過對在規定測量條件下增加測量次數取平均值得到的真值,采用統計的方法評定所得的標準不確定度為A類評定;另一些分量的測得不同于A類評定的方法,通過經驗值或其他信息進行的測量不確定度分量的評定為B類評定,含有主觀的成分。通過A,B兩類評定方法可得出合成標準不確定度和擴展不確定度[1-2]。

本文根據該末站刮板流量計歷次檢定數據,分析檢定誤差并針對標準體積管檢定原油刮板流量計的示值誤差的測量結果進行不確定度的分析及評定,深入研究影響刮板流量計檢定誤差的原因,提出相應合理化解決對策。

1 檢定結果不確定度評定

1.1 檢定原理

按照JJG 667—2010《液體容積式流量計檢定規程》[3]要求,對準確度等級不低于0.5級的流量計,檢定點一般不少于5個,均勻分布,包含最小和最大流量點,檢定過程中實際檢定流量與設定流量偏差應不超過設定流量的±5%,對每個檢定點至少檢定3次,相對誤差不大于±0.2%,各檢定點重復性不大于±0.067%為檢定合格判定依據。刮板流量計檢定系統設備參數見表1所列。

表1 刮板流量計檢定系統設備參數

1.2 數學模型

刮板流量計檢定的不確定度評定根據文獻[3]中體積管的計算公式建立數學模型,通過數學模型分析對檢定結果產生不確定的影響因素,以確定各個不確定度分量從而獲得評定結果。檢定條件下的被檢表處的累計量Vs累積計算如式(1)所示：

(1)

式中：Vs累積——體積管處流量累計量,L;Vs——體積管被檢定時二等金屬量器(標準器)給出的體積值,L;D——體積管內徑;βs——體積管膨脹系數;e——體積管壁厚;Es——體積管彈性模量;ts——體積管處溫度,℃;ps——體積管壓力平均值MPa;pm——流量計處壓力值;(VCF20)s——體積管處溫度下原油的體積修正系數;(VCF20)m——流量計處溫度下原油的體積修正系數;κ——液體壓縮系數。

(2)

根據體積管在線檢定刮板流量計理論計算公式,分析測量不確定度的來源,主要包括各流量點測量結果的重復性、檢定用液體在檢定條件下的βs,k,ps,pm。

2 不確定度分量計算

2.1 流量計重復性的不確定度

該末站用于外貿交接的4臺刮板流量計,通過體積管標準裝置依據文獻[3]中的要求進行檢定,每個流量點重復檢定3次。體積管的累積流量Vs累積與流量計的累積流量Vm累積進行對比,得出流量計的示值誤差Em和重復性Er,計算如式(3)～式(4)所示：

(3)

(4)

式中： (Ei)max, (Ei)min——流量計檢定最大、最小示值誤差;dn——極差法系數。

以該末站1號刮板流量計檢定點體積流量為220 m3/h為例,其中tm為流量計處溫度示值,檢定過程參數見表2所列。

表2 1號刮板流量計檢定點流量為220 m3/h處的檢定過程參數

2.2 Vs引入的不確定度分量

根據標準器檢定證書,體積管的擴展不確定度U=0.02%(k=2),標準體積Vs為2 005.520 2 L,由體積管引入的標準不確定度uVs=(0.02%/2)×2 005.520 2=0.200 5(L)。

靈敏度系數cVs計算如式(5)所示,Vs不確定度分量u2如式(6)所示：

(5)

則

u2=cVs·uVs=0.200 8(L)

(6)

2.3 βs引入的不確定度分量

靈敏度系數計算如式(7)所示,βs不確定度分量u3如式(8)所示：

(7)

u3=cβs·uβs=0.023 16(L)

(8)

2.4 κ引入的不確定度分量

(9)

u4=∣cκ∣uκ=2.605×10-4(L)

(10)

2.5 ps和pm引入不確定度分量

現場體積管、流量計處使用壓力表準確度等級均為0.4級,按照均勻分布考慮,則ps和pm標準不確定度計算如式(11)～式(12)所示：

(11)

(12)

靈敏度系數計算如式(13)所示,ps和pm不確定度分量u5,u6如式(14)所示：

(13)

u5=cpsups=8.56×10-4(L)

u6=∣cpm∣upm=8.46×10-4(L)

(14)

2.6 ts引入不確定度分量

(15)

u7=ctsuts=0.233(L)

(16)

3 測量結果的不確定度表示

測量結果的不確定度表征合理地賦予被測量之間的分散性、與測量結果相關聯的一個參數,結果的主要表達形式有A類標準不確定度、B類標準不確定度、合成標準不確定度、擴展不確定度和相對擴展不確定度。

3.1 合成標準不確定度

匯總各標準不確定度,各估計值彼此獨立或不相關,周期檢定1檢定數據的合成標準不確定度為

表3 該末站1號刮板流量計兩次檢定標準不確定度匯總

3.2 擴展不確定度

根據文獻[1]的規定,在評估擴展不確定度時,確定合成標準不確定度之后,乘以一個包含因子即可得到擴展不確定度,一般包含因子k=2,由此,該末站1號刮板流量計在常用流量點兩次檢定過程的擴展不確定度分別為U1=ku(Vs累積)1=2×0.308=0.616(L),U2=ku(Vs累積)2=2×0.305=0.610(L)。

分別取Vs累積值為2 008.265, 2 008.013,k=2時相對擴展不確定度分別為Urel1=U1/Vs累積=0.030 7%,Urel2=U2/Vs累積=0.030 4%。

3.3 測量不確定度的結果評定

依據文獻[1]和刮板流量計檢定規程要求,通過對不確定結果的計算和多方面的分析,主要表現在流量計性能的評價、檢定過程主要影響因素和對現場的指導意義,具體有以下幾點：

1)該末站1號刮板流量計在相隔兩個月的檢定過程中,k=2時相對擴展不確定度分別為Urel1=0.030 7%和Urel2=0.030 4%,表明刮板流量計在兩個月的檢定期內測量結果與其不確定度之間的差異小,流量計的性能和運行狀態較好,該流量計符合作為交接計量用流量計的要求[8]。

2)通過刮板流量計不確定度的評定可知,根據各不確定度分量對合成不確定度的貢獻大小可以看出,測量重復性、標準體積管體積、體積管處溫度[9-10]這幾項因素是影響刮板流量計檢定誤差的重要因素。例如,標準體積管由于輸油過程結蠟等因素導致標準體積減少2.7 L,可能引起0.131%的輸油誤差;體積管處溫度偏高0.5 ℃,可能引起0.034%的輸油誤差,這些因素都將引起交接油量的減少,最終造成計量數據不準確。

3)通過對刮板流量計檢定結果的不確定度的評定,為實現后期交接雙方定期對刮板流量計校準,保證流量計使用過程中的精度提供重要依據,為交接雙方利益提供了保障[11-12]。

4 結束語

根據刮板流量計檢定數據對測量結果進行不確定度評定分析,可以看出,影響原油流量計測量結果的不確定度因素主要來源于測量重復性、標準體積管體積、體積管處溫度。在計量過程中不但要保證標準裝置計量性能的穩定,定期做計量標準的重復性、穩定性等工作以監控其計量性能,使測量結果的不確定度影響降到最小,而且在檢定中保證檢定過程規范,檢定參數錄入精確,尤其要求在后期運行中原油輸送過程和檢定過程工況的一致性,才能保證測量結果的準確和可靠,為刮板流量計的計量性能、原油計量交接數據的準確性提供重要依據。