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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?#35745;鰨?#36873;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?#36136;?#31449;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?#37038;?#28201;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?#35745;鱉C6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)?#26032;?#27969;量计的工况流量

      式中:q为?#26032;?#27969;量计工况体积流量,m3/h;f为单位时间内?#26032;?#27969;量计发的脉冲信号个数,1/s;K为?#26032;?#27969;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)?#26032;?#27969;量计的标况流量

      式中:qn为?#26032;?#27969;量计标况体积流量,m3/h;q为?#26032;?#27969;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?#26032;?#27969;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?#28982;?#24635;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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