摘要：介紹了引進(jìn)的車(chē)載移動(dòng)式標(biāo)準(zhǔn)表法的天然氣流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的構(gòu)成、不確定度分析及驗(yàn)證方法；使用該標(biāo)準(zhǔn)裝置開(kāi)展流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)流檢定時(shí)，保證流量計(jì)檢定結(jié)果準(zhǔn)確可靠應(yīng)采取的措施，現(xiàn)場(chǎng)檢定工藝流程和檢定結(jié)果；并就流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)檢定問(wèn)題對(duì)計(jì)量站的設(shè)計(jì)提出了建議。實(shí)踐表明，對(duì)天然氣流量計(jì)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)在線實(shí)流檢定可以有效地提高流量測(cè)量的準(zhǔn)確度。
1、概述
流量計(jì)量的不確定度不僅與流量計(jì)的類(lèi)型有關(guān)，還與流量計(jì)的安裝條件和檢定條件有關(guān)。由于流量計(jì)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢定時(shí)的安裝條件和工況條件與在現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)的條件不一致，會(huì)對(duì)計(jì)量結(jié)果帶來(lái)無(wú)法修正的誤差。而對(duì)天然氣流量計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)在線實(shí)流檢定則可對(duì)上述因素對(duì)計(jì)量結(jié)果的影響進(jìn)行有效的修正，所以，在許多有關(guān)天然氣流量計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)中，都指出對(duì)天然氣流量計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)在線實(shí)流檢定是提高流量計(jì)量準(zhǔn)確度的辦法。另外，如果在貿(mào)易計(jì)量中發(fā)生計(jì)量糾紛、需要仲裁檢定的情況下，也需要對(duì)流量計(jì)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)在線實(shí)流檢定。為了解決高壓天然氣流量計(jì)的現(xiàn)場(chǎng)在線實(shí)流檢定問(wèn)題，中國(guó)石油西氣東輸管道公司引進(jìn)了一套車(chē)載移動(dòng)式標(biāo)準(zhǔn)表法的氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置(以下簡(jiǎn)稱(chēng)移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置)。
對(duì)流量計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)在線實(shí)流檢定，雖然解決了安裝條件及檢定條件與工作條件不一致對(duì)流量計(jì)工作性能的影響，但同時(shí)也出現(xiàn)了新的問(wèn)題。用移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)流量計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)在線實(shí)流檢定時(shí)，移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置要從實(shí)驗(yàn)室運(yùn)至計(jì)量站場(chǎng)，或在各計(jì)量站場(chǎng)間運(yùn)輸，由于各計(jì)量站的管道條件、環(huán)境條件、工況條件并不一致，再加上移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置的計(jì)量性能可能會(huì)在運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生變化，所以，如何保證檢定時(shí)移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置給出的量值的準(zhǔn)確可靠性，是開(kāi)展流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)在線實(shí)流檢定時(shí)首先要解決的問(wèn)題。
2、移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置簡(jiǎn)介
該移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置由渦輪流量計(jì)、超聲流量計(jì)、在線色譜分析儀、溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器、截止閥、流量調(diào)節(jié)閥、流動(dòng)整流器和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理及控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。所有設(shè)備安裝在一臺(tái)特制的箱式卡車(chē)上。車(chē)箱的前部是操作控制室，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理和控制系統(tǒng)安裝在操作室內(nèi)，所有流量計(jì)、儀表、閥門(mén)等設(shè)備都安裝在車(chē)廂的后部。移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)原理圖見(jiàn)圖1。

DN150和DN400型的渦輪流量計(jì)經(jīng)并聯(lián)安裝后用作標(biāo)準(zhǔn)表，DN300型的多聲道超聲流量計(jì)用作核查表，用于監(jiān)視標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的工作特性。DN150和DN400的流量范圍分別是80～1000m3／h和800～8000m3／h，DN300的流量范圍是80—8000m／h。當(dāng)檢定流量大于或等于1000m3／h時(shí)，用DN400作標(biāo)準(zhǔn)表；當(dāng)檢定流量小于1000Hl3／h時(shí)，用DN150作標(biāo)準(zhǔn)表。該裝置的工作壓力是10MPa。
3、測(cè)量不確定度分析和驗(yàn)證
把標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)給出的被檢流量計(jì)工況條件下的體積測(cè)量值的不確定度作為移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量不確定度。測(cè)量不確定度分析評(píng)定一覽表見(jiàn)表1。

3.1數(shù)學(xué)模型
根據(jù)氣體狀態(tài)方程，將標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)測(cè)量的天然氣體積換算到被檢流量計(jì)工況條件下體積的計(jì)算公式為：

3.2各參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析
3.2.1標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)K-系數(shù)的不確定度
標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)K-系數(shù)的不確定度就是標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的不確定度，根據(jù)檢定機(jī)構(gòu)出具的檢定證書(shū)可知，標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的擴(kuò)展不確定度為0.25％(k=2)，按正態(tài)分布考慮。
3.2.2標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)脈沖數(shù)N的不確定度
假設(shè)檢定過(guò)程中，累積的標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的脈沖數(shù)N不低于10000個(gè)，脈沖計(jì)數(shù)的誤差為±2個(gè)脈沖，按均勻分布考慮。
3.2.3溫度測(cè)量值T的不確定度
溫度變送器的準(zhǔn)確度等級(jí)為0.2級(jí)，測(cè)量范圍為0～50℃。假設(shè)檢定時(shí)介質(zhì)的溫度為20℃，按均勻分布考慮。
3.2.4壓力測(cè)量值P的不確定度
壓力變送器的準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05級(jí)，測(cè)量范圍為010MPa。假設(shè)檢定時(shí)介質(zhì)的壓力為5MPa，按均勻分布考慮。
3.2.5天然氣壓縮因子Z的不確定度
在檢定過(guò)程中，由于標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)和被檢流量計(jì)處的工況參數(shù)相差不大，而且z是根據(jù)同一標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算出來(lái)的，其計(jì)算誤差在zm/z.一項(xiàng)中會(huì)相互抵消。所以，在對(duì)Vm的不確定度分析評(píng)定過(guò)程中可以不考慮z的不確定度。
3.2.6移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置的重復(fù)性取核查超聲流量計(jì)為被檢定的流量計(jì)，根據(jù)對(duì)移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置重復(fù)性考核的結(jié)果，取移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置的重復(fù)性為0.08％。
3.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度
裝置的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為上述各參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的方和根，其結(jié)果為0.173％；裝置的擴(kuò)展不確定度為0.35％(k=2)。
3.4不確定度驗(yàn)證
用移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)DANIEL公司生產(chǎn)的一臺(tái)DN300型氣體超聲流量計(jì)進(jìn)行檢定。在5個(gè)流量點(diǎn)下檢定，每個(gè)流量點(diǎn)重復(fù)檢定10次。用該標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定的流量計(jì)系數(shù)MF。和美國(guó)CEESI對(duì)天然氣流量計(jì)檢定的流量計(jì)系數(shù)MF：及二者的偏差見(jiàn)表2。

移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度U1=0.35％(k=2)，CEESI標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度U2=0.23％(k：2)，按JJF1033((計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》中的規(guī)定，當(dāng)用傳遞比較法驗(yàn)證裝置的不確定度時(shí)，用兩標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)同量計(jì)在同量點(diǎn)下檢定結(jié)果的差值小于兩裝置不確定度的方和根(0.42％)即滿足要求。
從表2中數(shù)據(jù)可見(jiàn)，偏差為0.21％，小于0.42％。所以，移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度不超過(guò)0.35％(k=2)得以驗(yàn)證。
4、保證現(xiàn)場(chǎng)檢定結(jié)果準(zhǔn)確可靠采取的措施
4.1保證標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)和核查超聲流量計(jì)的校準(zhǔn)結(jié)果準(zhǔn)確
由于移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置的結(jié)構(gòu)比較緊湊，標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)和核查超聲流量計(jì)的安裝管道不滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的安裝條件，所以，在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)和核查超聲流量計(jì)校準(zhǔn)時(shí)，將移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置的標(biāo)準(zhǔn)表和核查表及安裝管路作為一個(gè)整體考慮，這樣在校準(zhǔn)的結(jié)果中可以修正安裝條件的影響。另外，考慮到工況壓力對(duì)流量計(jì)工作性能的影響，在工作壓力范圍內(nèi)不少于三個(gè)不同壓力下對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表和核查表進(jìn)行校準(zhǔn)。
4.2保證標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)和核查超聲流量計(jì)的測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠在如下三個(gè)方面采取措施：
(1)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表和核查表的示值進(jìn)行修正。根據(jù)被檢流量計(jì)的工作壓力，在數(shù)據(jù)采集處理和控制系統(tǒng)中，輸入相近壓力下標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)和超聲流量計(jì)在不同流量點(diǎn)下的修正值或示值誤差，以便于修正工況參數(shù)變化對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表和核查表的影響。
(2)用核查表監(jiān)視標(biāo)準(zhǔn)表的工作特性。通過(guò)觀察核查超聲流量計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)示值之間的差值和該差值的重復(fù)性來(lái)判斷移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作特性是否發(fā)生了變化，其理論依據(jù)是認(rèn)為同一影響因素對(duì)工作原理不同的渦輪流量計(jì)和超聲流量計(jì)產(chǎn)生的影響不同，從而保證移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置的計(jì)量性能不因其在各計(jì)量站間的運(yùn)輸及各計(jì)量站的安裝管道、工況條件、環(huán)境條件不一致而發(fā)生變化。在移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置中，渦輪流量計(jì)的不確定度為0.25％，超聲流量計(jì)的不確定度為0.3％，所以，按二者不確定度
的方和根確定二者示值的偏差為0.39％。另外，在裝置的不確定度合成中，取移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置的重復(fù)性為0.08％，該值即為核查超聲流量計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)示值的差值的重復(fù)性。所以，在現(xiàn)場(chǎng)用移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定流量計(jì)時(shí)，如果在某量點(diǎn)下多次檢定結(jié)果的核查超聲流量計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)示值的差值不超過(guò)0.39％，且該差值的重復(fù)性小于0.08％，則認(rèn)為該流量點(diǎn)的檢定結(jié)果有效，否則，認(rèn)為檢定結(jié)果無(wú)效，應(yīng)重新檢定。必要時(shí)須對(duì)核查表和標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行檢查或重新校準(zhǔn)。實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)檢定流量小于500m3／h時(shí)，核查超聲流量計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)示值的差值接近0.39％；當(dāng)檢定流量較大時(shí)，二者的差值小于0.30％。
(3)當(dāng)移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置從現(xiàn)場(chǎng)回到實(shí)驗(yàn)室后，再對(duì)標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)和核查超聲流量計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。如果標(biāo)準(zhǔn)裝置的穩(wěn)定性滿足要求，則此次現(xiàn)場(chǎng)在線檢定結(jié)果有效；如果標(biāo)準(zhǔn)裝置的穩(wěn)定性不滿足要求，則對(duì)計(jì)量結(jié)果有懷疑的流量計(jì)應(yīng)重新進(jìn)行檢定。
4.3保證標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)下游安裝的ORBIT強(qiáng)制密封閥無(wú)泄漏在每次檢定開(kāi)始前或期間用接在閥體檢漏口上的壓力變送器檢測(cè)閥門(mén)是否泄漏。具體做法是：先將閥門(mén)關(guān)閉，關(guān)閉閥體檢漏口引壓管上的電磁閥，打開(kāi)檢漏用壓力變送器的放空電磁閥，待壓力變送器的示值接近大氣壓力時(shí)，再關(guān)閉放空電磁閥，打開(kāi)閥門(mén)檢漏管上的電磁閥，過(guò)5分鐘后如果壓力變送器的示值無(wú)變化，則認(rèn)為閥門(mén)的密封性滿足要求。
4.4確認(rèn)和設(shè)定流量計(jì)系數(shù)
在對(duì)超聲流量計(jì)檢定時(shí)，其信號(hào)處理單元可能存儲(chǔ)了上次檢定的流量計(jì)系數(shù)(MF)。如果檢定的流量點(diǎn)與上次的一致，則新流量計(jì)系數(shù)等于此次檢定的流量計(jì)系數(shù)與原來(lái)存儲(chǔ)的流量計(jì)系數(shù)之積。如果檢定的流量點(diǎn)與上次的不同，則建議將被檢流量計(jì)的流量計(jì)系數(shù)全部設(shè)成1，然后進(jìn)行檢定，這樣，可以避免用插值法計(jì)算流量計(jì)系數(shù)的過(guò)程中帶來(lái)的附加誤差。
4.5設(shè)置足夠長(zhǎng)的預(yù)運(yùn)行和檢定時(shí)間
在設(shè)置好檢定流量點(diǎn)并導(dǎo)通工藝流程后，要使裝置預(yù)運(yùn)行一段時(shí)間。環(huán)境溫度與管道內(nèi)的天然氣溫度相差越大，預(yù)運(yùn)行的時(shí)間就應(yīng)越長(zhǎng)，具體長(zhǎng)短可以通過(guò)監(jiān)視被檢流量計(jì)處溫度、壓力的穩(wěn)定情況而定。設(shè)置足夠長(zhǎng)的檢定時(shí)間一方面是保證檢定過(guò)程中有足夠多的天然氣流過(guò)，減少溫度和壓力參數(shù)變化對(duì)檢定結(jié)果的影響；另一方面，可以保證檢定過(guò)程中累積足夠多的流量計(jì)發(fā)出的脈沖，保證脈沖計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確性。一般情況下，設(shè)定的預(yù)運(yùn)行時(shí)間為幾分鐘至數(shù)十分鐘，一次檢定時(shí)間不少于120s，一次檢定過(guò)程中累積的脈沖數(shù)不少于10000個(gè)。
5、現(xiàn)場(chǎng)檢定工藝流程和結(jié)果
在現(xiàn)場(chǎng)檢定前要做比較充分的準(zhǔn)備工作。對(duì)連接工藝管道作改造：把計(jì)量橇上預(yù)留的檢定接頭用管道接至路邊，每個(gè)站上的連接法蘭均為DN300，兩法蘭問(wèn)的軸心距、距路面的高度及路邊的距離都一致，以便于移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置的連接?，F(xiàn)場(chǎng)檢定時(shí)，將移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置的入出口分別與計(jì)量橇上的預(yù)留檢定接頭連接，使標(biāo)準(zhǔn)裝置串接在被檢流量計(jì)的管路中?，F(xiàn)場(chǎng)檢定工藝原理圖見(jiàn)圖2。
圖3中給出了在某計(jì)量站用移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置對(duì)DANIEL公司生產(chǎn)的DN300SonicQ4流量計(jì)的檢定結(jié)果。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工況條件，在檢定流量范圍4004800m3／h內(nèi)選擇6個(gè)流量點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)檢定6次。然后，用檢定得到的流量計(jì)系數(shù)對(duì)流量計(jì)修正后，再選3個(gè)流量點(diǎn)進(jìn)行檢查。由圖3可見(jiàn)，在修正前流量計(jì)的誤差值約為-0.5％；對(duì)流量計(jì)的測(cè)量值用流量計(jì)系數(shù)修正后，其測(cè)量誤差不超過(guò)±0.1％
6、結(jié)論和建議
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢定的經(jīng)驗(yàn)和結(jié)果，可以得出如下三點(diǎn)結(jié)論：
(1)對(duì)天然氣流量計(jì)實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)在線實(shí)流檢定可以有效地提高流量測(cè)量的準(zhǔn)確度。


(2)對(duì)在線實(shí)流檢定應(yīng)采取必要的措施，以便保證檢定結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
(3)現(xiàn)場(chǎng)檢定需要運(yùn)輸計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、工具、連接管道、人員的車(chē)輛和起重車(chē)輛，投入的人力和物力較大。
考慮流量計(jì)現(xiàn)場(chǎng)在線實(shí)流檢定問(wèn)題時(shí)，對(duì)計(jì)量站的設(shè)計(jì)提出如下三點(diǎn)建議：
(1)計(jì)量站場(chǎng)的路面要有足夠的寬度，檢定接頭附近要有足夠的空間，地面要有足夠的強(qiáng)度，以便移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)車(chē)的通行和停放，并注意不要占用站內(nèi)的防火通道。
(2)預(yù)留檢定接頭的尺寸、空間位置要一致，便于連接管道的制作和現(xiàn)場(chǎng)連接。
(3)為了便于檢定時(shí)調(diào)節(jié)流量，下游的檢定接頭應(yīng)接在減壓閥門(mén)的下游。