摘要: 隨著guojia節(jié)能減排戰(zhàn)略的實施，天然氣作為清潔能源得到快速發(fā)展，準確的天然氣計量對于維護市場秩序、促進天然氣和諧發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。天然氣體積計量為導出量，需要通過建立流量標準裝置進行量值復現(xiàn)，標準裝置的準確與否直接決定天然氣貿(mào)易交接的準確性，文章通過差壓變送器在天然氣流量標準裝置中應(yīng)用原理、應(yīng)用前后的不確定度評定分析，總結(jié) “絕壓 + 差壓”壓力測量方式對標準裝置準確度的影響，可減小 0. 06% 的不確定度分量，同時利用實驗效果確認其應(yīng)用效果。
1、 概述
天然氣流量計為天然氣貿(mào)易交接計量的主要儀表，其計量性能需要定期通過流量標準裝置實流檢定的方式進行確認［1］，國內(nèi)流量標準裝置多采用標準表法原理［2 － 3］，通過錄取相同時間段內(nèi)標準流量計與被檢流量計輸出的流量值，確定被檢流量計的計量性能。
天然氣流量計為天然氣貿(mào)易交接計量的主要儀表，其計量性能需要定期通過流量標準裝置實流檢定的方式進行確認［1］，國內(nèi)流量標準裝置多采用標準表法原理［2 － 3］，通過錄取相同時間段內(nèi)標準流量計與被檢流量計輸出的流量值，確定被檢流量計的計量性能。
天然氣具有可壓縮性，標準流量計與被檢流量計的工況條件不盡相同，需要準確測量兩處的溫度、壓力工況條件，經(jīng)溫度、壓力及壓縮因子補償后進行比較計算。目前壓力測量選用絕壓變送器［4 － 5］，準確度等級達到 0. 05 級，提高難度較大，通過對流量標準裝置工作原理及不確定度分析發(fā)現(xiàn)，可以通過差壓變送器與絕壓變送器組合測量的方式減小壓力測量對標準裝置不確定度的分量［6］。
2 工作原理如圖 1 所示，在被檢流量計處安裝絕壓變送器，在標準流量計處安裝差壓變送器，低壓端壓力源為被檢流量計壓力，則標準流量計的壓力值為:
Pf = Pn + ΔPf
式中: Pf 為標準流量計處的壓力值，MPa; Pn 為被檢流量計處的壓力值，MPa; ΔPf 為標準流量計與被檢流量計之間的差壓值，MPa。
Pf = Pn + ΔPf
式中: Pf 為標準流量計處的壓力值，MPa; Pn 為被檢流量計處的壓力值，MPa; ΔPf 為標準流量計與被檢流量計之間的差壓值，MPa。
3 壓力測量引入不確定度分量分析
3. 1 標準裝置不確定度評定模型
為了將工況條件進行統(tǒng)一，需要將標準［7］流量計處的流量換算至被檢流量計處工況條件下，計算公式如下:
qn = qf ( Pf /Pn ) ( Tn /Tf ) ( Zn /Zf )
式中: qn 為標準表在被檢表工況下的瞬時流量， m3 /h; qf 為標準表實際工作條件下的瞬時流量， m3 /h; Pn 為被檢表工作條件下的覺對壓力，MPa; Pf 為標準表工作條件下的覺對壓力，MPa; Tn 為被檢表工作條件下的熱力學溫度，K; Tf 為標準表工作條件下的熱力學溫度，K; Zn 為被檢表工作條件下的壓縮因子，按 AGA8 計算得出; Zf 為標準表工作條件下的壓縮因子，按 AGA8 計算得出。被檢流 量 計 的 檢 定 結(jié) 果 以 相 對 示 值 誤 差 E ( % ) 表示，其計算公式為:
式中: qmut 為被檢流量計的測量體積瞬間流量， m3 /h。 3. 2 壓力測量引入的不確定度分量分析
3. 1 標準裝置不確定度評定模型
為了將工況條件進行統(tǒng)一，需要將標準［7］流量計處的流量換算至被檢流量計處工況條件下，計算公式如下:
qn = qf ( Pf /Pn ) ( Tn /Tf ) ( Zn /Zf )
式中: qn 為標準表在被檢表工況下的瞬時流量， m3 /h; qf 為標準表實際工作條件下的瞬時流量， m3 /h; Pn 為被檢表工作條件下的覺對壓力，MPa; Pf 為標準表工作條件下的覺對壓力，MPa; Tn 為被檢表工作條件下的熱力學溫度，K; Tf 為標準表工作條件下的熱力學溫度，K; Zn 為被檢表工作條件下的壓縮因子，按 AGA8 計算得出; Zf 為標準表工作條件下的壓縮因子，按 AGA8 計算得出。被檢流 量 計 的 檢 定 結(jié) 果 以 相 對 示 值 誤 差 E ( % ) 表示，其計算公式為:
式中: qmut 為被檢流量計的測量體積瞬間流量， m3 /h。 3. 2 壓力測量引入的不確定度分量分析
3. 2. 1 “絕壓 + 差壓”壓力測量方式
( 1) 相對示值誤差
利用 “絕壓 + 差壓”的壓力測量方式，則相對示值誤差為:
( 2) 被檢流量計處壓力測量 Pn 引入的不確定度分量
( 1) 相對示值誤差
利用 “絕壓 + 差壓”的壓力測量方式，則相對示值誤差為:
( 2) 被檢流量計處壓力測量 Pn 引入的不確定度分量
依據(jù)檢定機構(gòu)出具的檢定證書可得知準確度等級為 0. 05 級，所對應(yīng)#大允許誤差為 ± 0. 05% ，量程 PFS為 0 ～ 10 MPa，概率分布視為均勻分布，屬于 B 類評估，u( Pn) 可以估算如下:
差壓變送器#大量程為 0 ～ 249 kPa，介質(zhì)壓力按6 MPa 考慮，差壓按 249 kPa 考慮，則不確定度輸入量 Pn 的靈敏系數(shù)為:
被檢流量計壓力測量 Pn 輸出的不確定度為: ur( Pn) = CPn × u( Pn) = 0. 001 7% ( 3) 標準流量計處壓力測量 Pf 引入的不確定度分量
差壓變送器#大量程為 0 ～ 249 kPa，介質(zhì)壓力按6 MPa 考慮，差壓按 249 kPa 考慮，則不確定度輸入量 Pn 的靈敏系數(shù)為:
被檢流量計壓力測量 Pn 輸出的不確定度為: ur( Pn) = CPn × u( Pn) = 0. 001 7% ( 3) 標準流量計處壓力測量 Pf 引入的不確定度分量
通過公式分析可知，標準渦輪流量計處壓力
測量的不確定為差壓變送器 ΔPf，依據(jù)檢定機構(gòu)出具的檢定證書可得知準確度等級為 0. 05 級，#大允許誤 差 為 ± 0. 05% ，差壓變送器量程為 0 ～ 249 kPa，將其概率分布視為均勻分布，屬于 B 類評估，u( Pf) 可以估算如下
被檢流量計壓力測量 ΔPf 輸出的不確定度為: ur( ΔPf) = CΔP × u( ΔPf) = － 0. 001 1% 3. 2. 2 常規(guī)絕壓變送器測量
測量的不確定為差壓變送器 ΔPf，依據(jù)檢定機構(gòu)出具的檢定證書可得知準確度等級為 0. 05 級，#大允許誤 差 為 ± 0. 05% ，差壓變送器量程為 0 ～ 249 kPa，將其概率分布視為均勻分布，屬于 B 類評估，u( Pf) 可以估算如下
被檢流量計壓力測量 ΔPf 輸出的不確定度為: ur( ΔPf) = CΔP × u( ΔPf) = － 0. 001 1% 3. 2. 2 常規(guī)絕壓變送器測量
( 1) 被檢流量計處壓力測量 Pn 引入的不確定度分量
壓力變送器的準確度等級為 0. 05 級，量程為0 ～ 10 MPa，介質(zhì)壓力按 6 MPa 考慮，概率分布視為均勻分布，則壓力測量的不確定度分量為:
被檢流量計壓力測量 Pn 輸出的不確定度為: ur( Pn) = CPn × u( Pn) = 0. 048% ( 2) 標準流量計處壓力測量 Pf 引入的不確定度分量
被檢流量計壓力測量 Pn 輸出的不確定度為: ur( Pn) = CPn × u( Pn) = 0. 048% ( 2) 標準流量計處壓力測量 Pf 引入的不確定度分量
標準流量計處壓力變送器的準確度等級為0. 05 級，量程為0 ～ 10 MPa，介質(zhì)壓力按6 MPa 考 慮，概率分布視為均勻分布，則壓力測量的不確定度分量為:
4 不確定度分析比較
通過 “絕壓 + 差 壓” 壓力測量方式與使用絕壓測量壓力帶來的天然氣流量標準裝置不確定度進行 比 較 分 析，壓力測量合成不確定度分別為 0. 002% 、0. 068% ，比較結(jié)果具體數(shù)據(jù)見表 1。
通過 “絕壓 + 差 壓” 壓力測量方式與使用絕壓測量壓力帶來的天然氣流量標準裝置不確定度進行 比 較 分 析，壓力測量合成不確定度分別為 0. 002% 、0. 068% ，比較結(jié)果具體數(shù)據(jù)見表 1。
通過比較 可 見，采 用 “絕 壓 + 差 壓” 壓 力測量模式將壓力測量引入的標準不 確定度由0. 068% 降低至 0. 002% ，降低了標準裝置的整體不確定度，提高了標準裝置的準確度。
5 結(jié)論
通過差壓變送器在天然氣流量標準裝置中的應(yīng)用，采用 “絕壓 + 差壓”的標準渦輪流量計壓力測量模式，可有效減小壓力測量引入的準確度分量，提升標準裝置的不確定度水平，確 保 了裝置的準確可靠，同時該種測量模式可在不同原理的標 準 裝 置 中 推 廣 應(yīng) 用［10］，促 進 天 然 氣 計量水平的 進 步，維護天然氣貿(mào)易交接中的公平公正。
通過差壓變送器在天然氣流量標準裝置中的應(yīng)用，采用 “絕壓 + 差壓”的標準渦輪流量計壓力測量模式，可有效減小壓力測量引入的準確度分量，提升標準裝置的不確定度水平，確 保 了裝置的準確可靠，同時該種測量模式可在不同原理的標 準 裝 置 中 推 廣 應(yīng) 用［10］，促 進 天 然 氣 計量水平的 進 步，維護天然氣貿(mào)易交接中的公平公正。
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