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天然气流量计算机标准装置的实验方法
发布时间:2019-04-15

摘要:为满足天然气流量计算机的检定和校准需求,完善企业天然气流量量值溯源和传递体系,中国石化研究并建立了一套流量计算机标准装置。首次提出了信号通道检定和计算软件检定的双重检定模式,满足了不同型号和种类流量计算机的需求。在设备选型方面,选用高准确度的多功能校验仪作为标准器,选用FlowbossS600+流量计算机作为核查标准,实现了对不同信号传输类型流量计算机的检定。通过测试实验和不确定度评定,该标准装置流量测量不确定度优于0.14%(k=2)。
0引言
  随着天然气计量技术的发展,天然气计量分输站已相继采用流量计算机来采集流量计及相关的温度、压力、组分和密度等参数,通过相应的转换处理,按照有关的规程规范进行数据分析,计算出天然气的流量计量数据,并利用这一数据作为贸易结算凭证。为了保证贸易结算准确可靠,GB/T18603—2014《天然气计量系统技术要求》对流量计算机检定(校准)提出了明确的要求,需要对流量计算机的现场信号采集及转换通道的误差进行检定(校准),对流量计算机所计量的天然气按照什么标准(或规程)进行数据处理以及相关参数的设置都需检查核算。为了适应量传需要,参考JJG1003《流量计算机》检定规程建立了一套天然气流量计算机标准装置,通过实验,对标准装置的测试方法进行了研究,并通过比对的方式验证标准装置的准确度,顺利通过了国家质量总局的建标考核。
1装置的原理与技术指标
1.1工作原理及组成
  流量计算机可实时地接收温度、压力、流量的电信号,对流量测量值进行温度、压力修正,实现流量的准确计量。流量计算机的检定,是通过对每个单独的参数进行检定,然后再对各个参数进行评定的方法来确定流量计算机的量值。
  流量计算机的检定根据所配套的不同流量计算机的程序分为两种,一种是信号通道的检定,另一种是计算软件检定。信号通道检定时,用直流电阻箱、多功能校验仪,给出温度对应的电阻值或模拟信号4~20mA、压力对应的模拟信号4~20mA、流量脉冲信号,利用上述标准信号源对流量计算机各测量通道(温度、压力、流量)进行检定,读取流量计算机各通道的输出值,参考检定规程JJG1003《流量计算仪》的要求计算出流量计算机各通道的测量误差。计算软件检定时,利用标准信号源或人工设置参数的方法,使流量计算机各输入信号处于相对恒定值,读取流量计算机流量输出值,参考检定规程JJG1003《流量计算仪》的要求计算出流量计算机各通道的测量误差。
1.2主要技术指标
计量标准装置的主要技术指标见表1。

2实验部分
2.1瞬时流量测试
  实验点取流量计算机最大流量对应的输入信号的0.2倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍、1倍量限附近;温度压力参数进行手动设置,保持不变。按选取实验点,作一次循环测量。按下式计算每个流量点的误差(Ei)。
Ei=(qi-qsi)/qmax×100%(1)
  式中:qi为该流量检定点的流量积算仪示值;qmax为该积算仪在设计状态下的最大流量。qsi为该流量检定点流量的理论计算值。
2.2温度压力通道测试
  实验点取零点、0.25Amax、0.5Amax、0.75Amax、Amax。选取实验点,作一次循环测量。按下式计算每个检定点误差(EAi)
EAi=(Ai-Asi)/Amax×100%(2)
式中:Ai为检定点积算仪示值;Asi为检定点输入信号对应的理论计算值;Amax为输入信号对应的理论计算的最大值。
3实验结果
  选一台EMERSON生产的FlobossS600+型流量计算机,其测量范围为10~18000m3/h,配套温度变送器测量范围为-40~80℃,配套压力变送器测量范围为0~10MPa;在相同条件下,用标准器MC6多功能校验仪对流量、温度、压力通道进行测量,测量结果见表2、3、4。



4不确定度评定
4.1数学模型
1)涡轮流量计的工况流量

  式中:q为涡轮流量计工况体积流量,m3/h;f为单位时间内涡轮流量计发的脉冲信号个数,1/s;K为涡轮流量计的脉冲系数,即单位体积的流体流过流量计发出的脉冲数,1/m3
2)涡轮流量计的标况流量

  式中:qn为涡轮流量计标况体积流量,m3/h;q为涡轮流量计工况体积流量,m3/h;P为工作状态下的绝对压力,kPa;Pn为标准大气压力,101.325kPa;T为标准状态下气体温度,293.15K;Tn为工作状态下气体温度,K;Z为工作状态下气体压缩因子(无量纲);Zn为标准状态下气体压缩因子(无量纲)
4.2测量不确定度分析
  分析涡轮流量计的数学模型(4)可以得出,影响测量误差的主要因素来自于输入量f、P、T、Z。标准不确定度汇总如表5所示。

4.3合成不确定度

5测量结果验证
  选一台美国DANIEL公司产的S600+型的流量计算机,其测量范围为0~7200m3/h,具备中国计量院的有效校准证书。采用本装置进行校准测试,测量结果偏差小于两标准装置的测量不确定度方和根,满足JJF1033—2008《计量标准考核规范》要求,本装置的测量准确度得到验证。验证结果见表6、7、8



6结束语
  建立的天然气流量计算机标准装置,通过信号通道检定和计算软件检定的双重检定模式,实现了不同型号及信号传输类型的流量计算机的检定需求,通过测量不确定度评定和测量结果验证,保证了标准装置测量结果的准确度。

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