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          期间核查在标准表法流量标准装置的应用

          来源: 1. 中国石化天然气分公司计量研究中心,湖北 武汉 ;2. 中国石化川气东送天然气管道有限公司,湖北 武汉 作者:闫海明1,张文涛2,李国祥2 发布日期:2020-05-28

                   摘要:文章介绍了国家石油天然气大流量计量站武汉分站工作级标准所采用的标准表法流量标准装置,包括大流量和小流量标准系统,利用期间核查以保持设备校准状态的可信度,对系统内的温度、压力和流量等进行期间核查,确保系统稳定可靠。

           
                  天然气是一种优质、高效、清洁的绿色能源和化工原料,应用越来越广泛,天然气工业也进入了快速发展时期,其计量的准确性需要不断提高。由于天然气属于易燃易爆可压缩气体,工况条件复杂,为满足流量计的法定计量管理要求,需建立高压天然气大流量计量检定站开展检定业务,以确保现场使用的流量计的计量性能满足要求,从而实现天然气计量的准确可靠。
           
          1、标准表法流量标准装置标
                  准表法流量标准装置以标准流量计为标准器,使流体在相同时间间隔内连续通过标准流量计和被检流量计,比较两者的输出流量值,从而确定被检流量计的计量性能。标准表法流量标准装置主要由流体源、试验管路、标准流量计、计时器和控制系统等五部分组成。标准装置是封闭管道流量的量值传递标准,可用于各种类型的流量计检定、校准及流量测试方法的研究。标准表法流量标准装置依据的是质量守恒原理,即流体流动的连续性原理,在检定时间内流经被检表和标准表的介质的质量关系为:
          在检定时间内流经被检表和标准表的介质的质量关系
                  式中:mMUT流经被检表的质量;mMSTD流经标准表表的质量;Δm温度压力引起的管容内的质量变化量。
           
          2计量标准期间核查
                  期间核查是指根据规定程序,为了确定计量标准、标准物质或其他测量仪器是否保持其原有状态而进行的操作,目的是在两次校准(或检定)之间的时间间隔期内保持测量仪器校准状态的可信度,实质上是核查系统效应对测量仪器示值的影响是否有大的变化。核查的对象是测量仪器,包括计量基准、计量标准、辅助或配套的测量设备等。
           
                  国家石油天然气大流量计量站武汉分站(以下简称“武汉分站”)是由原国家质检总局授权,中国石化依托川气东送干线管道建立的天然气高压大流量计量检定站。武汉分站工作级采用的是标准表法气体流量标准装置,分为大流量检定系统和小流量检定系统。
           
                  大流量检定系统由7台口径为DN200的高准确度涡轮流量计组成,测量范围:80~9600m3/h,测量结果的不确定度:U=0.29%,k=2;小流量检定系统由5台口径为DN100和1台DN80的高准确度涡轮流量计组成,测量范围:20~1600m3/h,测量结果的不确定度:U=0.29%,k=2。将标准涡轮流量计串联在被检流量计的上游,当天然气流经标准气体涡轮流量计和被检流量计时,比较同一时间间隔内两者的输出流量值,就可确定被检流量计的计量性能。
           
                  标准装置共有7个不同口径的检定台位,可以检定DN50~DN500的各种型式天然气流量计。配备了一台在线气相色谱分析仪,可以实时对测量介质的组成进行分析,测量数据上传至检定系统参与流量计算。为了提高测量结果的可靠性,每一个标准支路还配备了1台核查超声流量计,串联在标准涡轮流量计的上游,作为比对流量计实时监测该支路涡轮流量计的计量性能,确保检定和校准结果的准确可靠。
           
          3、期间核查方案实施
                  标准装置量值溯源后即对核查标准进行测试,测试数据作为期间核查的首次数据,以后每季度定期对核查标准进行测试,通过分析比较测试数据以判断被核查的计量标准器的主要技术性能是否发生异常。自第二次期间核查开始,对期间核查测试数据与首次期间核查测试数据进行比较,计算每个测试点偏差,所有点的偏差应小于相应标准器校准证书所给扩展不确定度,若有任一点的偏差超出标准器的扩展不确定度,则说明被核查标准器技术状态异常,需要进行分析、查找原因,可更换核查方法及增加核查点,必要时应提前进行检定或校准。
           
          3.1流量核查
          3.1.1核查标准
                  DN200标准涡轮流量计选用DN200涡轮流量计作为核查标准,DN100、DN80标准涡轮流量计选用DN100涡轮流量计作为核查标准。
           
          3.1.2核查流量点
          DN200标准涡轮流量计选择320、960、1600m3/h三个固定点作为核查流量点,DN100标准涡轮流量计选择80、240、400m3/h三个固定点作为核查流量点,DN80标准涡轮流量计选择32、96、160m3/h三个固定点作为核查流量点,每个流量点重复测量3次,每次测量时间为100s。
           
          3.1.3核查频次
                  标准装置量值溯源后即对核查标准进行测试,测试数据作为期间核查的首次数据,以后每季度定期对核查标准进行测试,通过分析比较测试数据以判断被核查的计量标准器的主要技术性能是否发生异常。
           
          3.1.4核查结果
          (1)DN80标准流量计
                  以第八支路的DN80标准表(SM-RI-X,编号10521100)为例,测量范围16~160m3/h,扩展不确定度为:U=0.23%,k=2。选用DN100涡轮流量计作为核查标准,选择160、96、32m3/h作为核查流量点,每个流量点重复测量3次,每次测量时间为100s。测量数据如表1所示,非常大变化量0.11%,允许变化量为0.23%,结论为合格。
          DN80 流量计核查数据 ( 示值误差)
          2)DN100标准流量计
                  以第六支路的DN100标准表(SM-RI-X,编号10521101)为例,测量范围20~400m3/h,,扩展不确定度为:U=0.23%,k=2。选用DN100涡轮流量计作为核查标准,选择400、260、80m3/h作为核查流量点,每个流量点重复测量3次,每次测量时间为100s。测量数据如表2所示,非常大变化为0.09%,允许变化为0.23%,结论为合格。
          DN100 流量计核查数据 ( 示值误差)
          3)DN200标准流量计
                  以非常好支路的DN200标准表(SM-RI-X,编号10521106)为例,测量范围80~1600m3/h,扩展不确定度为:U=0.23%,k=2。选用DN200涡轮流量计作为核查标准。核查流量点选择1600、960、320m3/h作为核查流量点,每个流量点重复测量3次,每次测量时间为100s。测量数据如表3所示,非常大变化为0.09%,允许变化为0.23%,结论为合格。
          DN200 流量计核查数据 ( 示值误差)
           
          3.2温度压力核查
          3.2.1温度核查
                  温度变送器是一种将温度变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表。主要用于工业过程温度参数的测量和控制,有传感器和信号转换器(也称为变送器)两部分组成[4]。使用干式计量炉提供稳定热源,选择常用温度20℃进行测试,将温度变送器铂电阻从管道中拆下来,在干式计量炉分别依次插入标准铂电阻温度计(2364)和温度变送器铂电阻探头,待温度稳定后,分别记录两者显示的温度值。以ROSEMOUNT3144P温度变送器,编号4006099为例,测量范围(-20~80)℃,扩展不确定度为:U=0.035℃,k=2。测量数据如表4所示,非常大变化为0.03℃,允许变化为0.035℃,结论为合格。
          温度变送器核查数据 ( 示值误差)
          3.2.2压力核查
                  压力变送器是一种将压力变量转换为可传送的标准化输出信号的仪表,而且其输出信号与压力变量之间有一给定的连续函数关系。主要用于工业过程压力参数的测量和控制,差压变送器常用于流量的测量[5]。
           
                  参照JJG882—2004《压力变送器》检定规程,使用数字压力控制器作为核查标准对压力变送器进行期间核查。根据压力变送器的量程,选取压力点8000、30、120kPa分别对量程为10MPa绝压变送器、量程为62kPa和249kPa的差压变送器进行测试,待数值稳定后读取并记录,采用比较法计算非常大示值误差和回差。以ROSE-MOUNT差压变送器3051S,编号6853972为例,测量范围0~62kPa,准确度等级0.05级。测量数据如表5所示,非常大变化为0.04%,允许变化为0.05%,结论为合格。
          压力变送器核查数据 ( 示值误差)
          4结论
                  通过对武汉分站大流量标准系统、小流量标准系统及配套的温度变送器和压力变送器进行期间核查,确保装置的性能状态满足规定的要求,保证工作质量,及时发现计量标准出现的变化。若核查时流量标准系统出现超差现象,或有出现超差的趋势,可采取预防措施避免出现质量风险。期间核查记录可以证明流量标准系统在某个时刻是否处于校准状态,也可为数据分析和为下次期间核查提供对比数据。

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