天然气超声流量计等精度量传应用效果分析

白岩，郭淑梅，白荣，赵霞，晁宏洲

1.中国石油长庆油田分公司 技术监测中心（陕西 西安718500）

2.中国石油长庆油田分公司 第一采气厂（陕西 西安718500）

3.中国石油塔里木油田分公司 油气运销部（新疆 库尔勒841000）

0 引言

近10年我国天然气工业得到飞速发展，建成天然气长输管道总里程近10×104km，初步形成“横跨东西、纵贯南北、联通境外”贯穿全国主要地区与城市的输送管网。伴随着天然气的发展,天然气计量技术也有了突破性进展，超声流量计以其高精度、大量程、低压损等优势，逐步替代了传统孔板流量计成为大宗天然气计量的主要用表。

按照GB/T 18603—2014《天然气计量系统技术要求》[1]，用于A级交接站点的超声流量计须进行实流检定，要拆卸后送国家石油天然气大流量计量站，用天然气作为介质检定。目前，国内建设或正在建设的有9座检定站，分布在成都、南京、武汉、广州、乌鲁木齐、北京、榆林、塔里木。其中，成都、南京分站建有原级、次级及工作级计量标准，武汉分站建有原级、工作级计量标准，广州、乌鲁木齐、榆林分站建有次级、工作级计量标准，北京、塔里木分站建有工作级计量标准。

目前，主要用工作级计量标准检定/校准超声流量计，工作级计量标准的不确定度在0.25%～0.33%。JJG 1030—2007《超声流量计检定规程》7.1.1.2中的规定：装置测量结果的不确定度应不大于被检流量计最大允许误差绝对值的1/3[2]。A级站点计量系统的最大允许误差为1.0%，流量计不确定度为0.75%，检定该等级超声流量计，标准装置的不确定度应达到0.25%。

按该规定，部分工作级计量标准不能满足检定规程的要求，但工作计量标准的不确定度的提高受多种因素影响也存在较大难度，而建立次级标准检定超声流量计又存在建设投资大、流量范围小不能覆盖大口径流量计的问题。

因此，进行等精度量传是解决天然气超声流量计检定切实可行的方法。

1 理论基础

等精度量传主要应用于高等级标准装置传递系统，将一个流量范围很小的原级流量基准通过一系列传递链形成了等级相差无几的标准体系。比如荷兰NMI用1个有效容积为0.6 m3的0.1级小钟罩作为国家基准，通过2台湿式流量计传递给3.5 m3的次级标准钟罩装置，再用钟罩检定作为传递标准使用的涡轮流量计，用该传递标准组建标准表法高压大流量气体标准装置，其装置允许误差可达到±0.28%[3]。通过三级传递后，其不确定度仅增加了2.8倍。如果按照传统传递理论1/3传递，经过三级传递0.1级→0.3级→0.9级，而最终只能检定3.0级的流量计，这样难以满足工作计量器具发展的需求[4-5]。目前国内天然气实流检定站在标准级传递中也采纳了同样的原理，使工作流量标准装置的不确定度刚好满足±0.32%，满足1.0级的超声流量计的检定需求[4-5]。因此，将高精度计量标准量值传递理论等同用于工作计量器具的检定研究。

流量标准装置的不确定度计算公式：

式中：ES为检定标准用的流量标准装置的准确度；E1表示在检定条件与使用条件不符的情况下所引起的附加误差；ER为标准表单次测量的极限相对误差,即重复性。重复性是指在相同测量条件下，对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性。采用贝塞尔公式，如下：

长庆油田在线实流标定车，在某国家分站用工作标准（0.32级）检定。其不确定度为：

式中：ES为上级标准装置工作标准的0.32%。

标准涡轮流量计处温度测量TS估计值的标准不确定度u(TS)：

标准涡轮流量计处气体压力测量PS估计值的标准不确定度u(PS)：

标准涡轮流量计脉冲计数NS估计值的标准不确定度u(NS)：

实践证明，只要所选择的标准流量计具有足够好的重复性，如以上实例分析天然气在线实流标定车的主标准涡轮流量计的重复性较好，甚至比上一级标准传递误差ES高出一个数量级，被检的标准流量计的不确定度就接近与上一级标准装置的不确定度。由此可以看出，当Er远小于ES时，流量标准装置准确度δ≈ES。这就是等精度量传的理论基础，也就是说标准表流量标准装置的准确度同上一级标准装置的准确度大致相等。同理，用该标准表法流量标准装置检定其他流量计也可以得到相似的结果[6]。但是，需要强调的是由安装等因素引起的附加误差不可估量，因此在检定过程中应确保标准装置按照规范标准的要求进行设计、安装和维护，保证引入最小的附加误差。

2 应用效果分析

2006年前，长庆油田天然气贸易交接计量流量计主要送往国家石油天然气大流量计量站成都、南京分站进行检定，但由于送检距离远、检定周期长，且现场备用流量计少，拆装、送检组织难度大，严重影响到气田的生产组织。因此，2006年长庆油田建设了1套移动式天然气在线实流检定装置。该装置标准器采用一台DN300涡轮流量计和一台DN100涡轮流量计组成，装置配套建有一台DN300核查超声流量计和一台在线色谱仪（C6+），整体设计压力6.3 MPa，检定流量范围34～4 500 m3/h，测量不确定度优于0.33%。

移动式天然气在线实流检定装置投运以来，长庆油田先后对承担陕京、靖西等长输管网供气任务的第一、二、三净化厂、榆林天然气处理厂、榆林第一、二末站、苏里格第一、三处理厂外贸交接管路进行了改造。从2007年开始实用该检定装置进行贸易超声流量计的在线实流检定任务，累计检定1 000余台次。

检定时，将装置与现场检定预留口连接后，天然气经过被检流量计后从核查管路进入装置，再经核查流量计、标准流量计后从标准管路流出，返回用户管线。实验将标准涡轮流量计作为标准，将核查超声流量计作为被检流量计，而此核查超声流量计于某年在某国家分站进行了检定。对比2次检定的数据可得出该标准等精度传递的现场实验结论。

表1和表2分别为某年核查超声流量计在某国家分站与采用标准涡轮流量计的检定数据，由于受到现场流量调配的困难，在检定过程中无法实现大流量点的检定，因此只进行了2 700 m3/h以下流量点的测试。通过近似检定点的数据比对（表3），可以看出利用精度等级高的某国家分站标准装置及用移动在线实流标定车的标准涡轮流量计检定最大值相差0.3%，在小流量检定点两次检定结果相似度较高。

表1 某年超声流量计检定数据统计（某国家分站）

表2 某年超声流量计检定数据统计（自检）

表3 某年超声流量计两次检定结果数据比对

为了更加确切地使用实验结果论证等精度检定的可取性，将某年的检定数据同样进行了统计与分析，从表4、表5、表6可以看出，用高精度标准装置及基本同等精度的移动涡轮标准流量计检定结果的差值绝对值最大为0.27%，差异平均值为0.16%。且两次检定结果均在被检0.5级核查超声流量计的允许误差范围内，其中在某国家分站检定的误差算术平均值为δ1=0.12%，自检的误差算术平均值为δ2=0.16%，检定结果相接近。

表4 第二年超声流量计检定数据统计（自检）

表5 第二年超声流量计检定数据统计（某国家分站）

表6 第二年超声流量计两次检定结果数据比对

由此可见，用量传体系中的高一个精度等级的标准装置与重复性极好的同等精度等级的标准开展检定，两者的检定结果差异不大。

表7 各装置主要技术参数对比

3 结论及建议

1）等精度或近精度量传已应用于天然气流量计量，且得到业内认可，但需要特别注意的是作为标准的流量计重复性要优于不确定度的1/3。在线检定/校准，还需使用调节性能稳定可靠、调节精度高、噪音低的流量调节阀，截止阀最好应用密封性能好、零泄漏、全通径强制密封球阀，检定时旁路不能出现漏气等现象。

2）选择等精度量传流量计时，应尽量选择与被检流量计不同测量原理的流量计，可避免因测量原理缺陷所带来干扰引起的附加误差。

3）由于贸易交接计量流量计的检定属于国家强制检定范畴，因此按照检定规程只有满足国家计量检定系统及检定规程的要求才能出具检定证书，而等精度量传可出具校准证书，目前校准证书在我国还没有完全的法制效力，但如用户双方认可并在签订供气合同明确说明也同样具有很强的可行性。

应用等精度量传开展超声流量计的检定/校准或使用中检验，不仅方便实现检定，同时节约了检定装置的建设费用，又保证了量值的统一。目前，国家站（大庆）、南京分站、武汉分站先后建设了在线实流检定装置，用于开展天然气交接计量流量计的在线或实流检定，有效缓解了我国天然气超声流量计阶段性检定难的问题，也推动了我国天然气计量技术的发展。