天然气计量检定点装置不确定度评定

马 琳

1大庆油田设计院；2东北石油大学

天然气计量检定点装置不确定度评定

马 琳1；2

1大庆油田设计院；2东北石油大学

为适应华中地区天然气流量计的检定需求，中国石油将在武汉东输气站旁设计建造一套天然气中低压计量检定系统。该系统主要由标准涡轮流量计组、压力变送器、温度变送器、在线色谱分析仪、数据采集处理和控制系统、辅助的整流器、直管段、连接管路及强制密封球阀组成。结合天然气计量标准装置的特点，全面考虑了各种主要影响因素，将不确定度计算与实际应用相结合，通过计算得出工作级标准装置的相对扩展不确定度为Urel(qn)=0.32%，k=2。

天然气；工作级标准；不确定度评定；计量；误差

为适应华中地区天然气流量计的检定需求，中国石油将在武汉东输气站旁设计建造一套天然气中低压计量检定系统。通过对计量标准系统组成及测量方法进行研究，分析影响计量标准装置精度的主要因素，对工作级计量标准装置进行不确定度评定，确保其满足计量要求。

1 计量标准系统组成

武汉检定点工作级标准系统主要由标准涡轮流量计组、压力变送器、温度变送器、在线色谱分析仪、数据采集处理、控制系统、辅助的整流器、直管段、连接管路及强制密封球阀组成。

2 体积流量计量不确定度评定

该标准装置采用标准表法测量原理，工作标准器采用4台标准涡轮流量计（口径为DN80、DN100、DN150和DN400 mm）并联安装单独使用。在不确定度评定时，选用测量误差最大的一组进行不确定度评定。

2.1 数学模型

根据《用气体涡轮流量计测量天然气流量（GB/T21391）》得到采用单台涡轮流量计作为标准器的数学模型为

式中不确定度来源分别为：标准流量计的脉冲数N、标准流量计的仪表系数K、测量时间t、操作条件下以及标准参比条件下的绝对静压力pf和pn、操作条件下以及标准参比条件下的气体热力学温度Tf和Tn、操作条件下以及标准参比条件下的气体压缩因子Zf和Zn。

2.2 输入量的相对标准不确定度

（1）标准流量计的仪表系数K的相对标准不确定度ur(K)。ur(K)主要来源于量值溯源引入的不确定度。根据上一级量值传递出具的校准证书可知，在量程范围内，扩展不确定度应优于0.30%，包含因子k=2，ur(K)值为：ur(K)=0.30%/2= 0.15%。

（2）标准流量计的脉冲数N的相对标准不确定度ur(N)。在进行流量计检定时，一般累积的标准流量计的脉冲数应≥10 000个，脉冲触发不一致所导致的读数误差为±1个，其几率分布视为均匀分布，包含因子k=，ur(N)值为：ur(N)=10 000/×100%=0.005 8%。

（3）标准参比条件下的气体热力学温度Tn的相对标准不确定度ur(Tn)。温度测量不确定度由温度变送器引入。依据检定机构出具的校准证书，标准器所配套温度变送器的最大扩展不确定度应优于0.022%，ur(Tn)值为：ur(Tn)=0.022%/2=0.011%。

（4）操作条件下的气体热力学温度Tf的相对标准不确定度ur(Tf)。标准涡轮流量计与被检流量计的温度变送器通常一起校准，温度变送器的最大扩展不确定度应优于0.022%，ur(Tf)值为：ur(Tf)= 0.022%/2=0.011%。

（5）标准参比条件下的绝对静压力pn的相对标准不确定度ur(pn)。压力变送器因测量准确度所导致的不确定度，依据检定机构出具的检定证书，其准确度等级应优于0.05级，几率分布视为均匀分布，ur(pn)值为：ur(pn)=0.05%/=0.029%。

（6）操作条件下的绝对静压力pf的相对标准不确定度ur(pf)。依据检定机构出具的检定证书，其准确度等级应优于0.05级，几率分布视为均匀分布，ur(pf)值为：ur(pf)=0.05%/=0.029%。

（7）标准参比和操作条件下的气体压缩因子之比Zn/Zf的相对标准不确定度ur(Zn/Zf)。Zn/Zf的不确定度确定依据温度变送器与压力变送器准确度等级所造成的最大测量误差，计算的最大偏差应优于0.053%，几率分布视为均匀分布，ur(Zn/Zf)值为：ur(Zn/Zf)=0.053%//2=0.015%。

（8）检定时间t的相对标准不确定度ur(t)。时间测量t估计值的不确定度主要来自于计时系统测量不确定度。计时系统自身的时间测量误差应优于±1 ms，几率分布视为均匀分布，ur(t)值为：ur(t)=0.001/×100%=0.001%。

（9）测量重复性ur(E)。在测量过程中，每个流量点应至少连续重复测量3次，取3次平均值作为测量结果，则测量结果重复性为：ur(E)=0.05%。

2.3 体积流量合成及相对扩展不确定度

由于各输入量的估算值变化不会导致其他参量变化，故相关系数为0。

根据《测量不确定度评定与表示（JJF1059）》，合成不确定度为：Ucrel(qn)=0.16%；相对扩展不确定度为：Urel(qn)=2Ucrel(qn)=0.32%，包含因子k=2。

3 结语

结合天然气计量标准装置的特点，全面考虑了各种主要影响因素，将不确定度计算与实际应用相结合，通过计算得出工作级标准装置的相对扩展不确定度为Urel(qn)=0.32%，k=2。

（栏目主持 关梅君）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.8.051