標(biāo)準(zhǔn)表法工作級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的建立

侯陽+薛永鑫+王吉開

摘 要：國家石油天然氣大流量計(jì)量站武漢分站（以下簡(jiǎn)稱“武漢分站”）工作級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)采用標(biāo)準(zhǔn)表法，按照J(rèn)JF 1033《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》的要求完成了計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性試驗(yàn)、穩(wěn)定性考核，測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定與驗(yàn)證，完成建標(biāo)，可以天然氣為介質(zhì)，對(duì)流量計(jì)口徑DN500以下，流量測(cè)量范圍（20～9600）m3/h，準(zhǔn)確度等級(jí)為1.0級(jí)及以下的氣體流量計(jì)開展檢定工作，校準(zhǔn)氣體流量計(jì)測(cè)量不確定度U=0.29%，k=2。

關(guān)鍵詞：計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)；溯源；重復(fù)性；穩(wěn)定性；不確定度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.200

1 建立計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的目的

近年來，我國天然氣工業(yè)快速發(fā)展使天然氣流量計(jì)的檢定需求不斷增加，對(duì)國內(nèi)天然氣實(shí)流檢定能力提出了新的要求。為滿足天然氣貿(mào)易交接流量計(jì)檢定工作的需要，中國石化依托川氣東送管道，建設(shè)了國家石油天然氣大流量計(jì)量站武漢分站。武漢分站的建成填補(bǔ)了中國石化在該技術(shù)領(lǐng)域的空白，進(jìn)一步完善了國家天然氣流量量值溯源和傳遞體系，有利于促進(jìn)我國天然氣計(jì)量科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，滿足國家天然氣工業(yè)發(fā)展需要。

2 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的工作原理及其組成

武漢分站工作級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)采用標(biāo)準(zhǔn)表法，標(biāo)準(zhǔn)裝置分為大流量檢定系統(tǒng)和小流量檢定系統(tǒng)。小流量檢定系統(tǒng)和大流量檢定系統(tǒng)下游設(shè)計(jì)了7路檢定臺(tái)位：1路DN80、1路DN100條、1路DN150、1路DN200、1路DN300、2路DN400口徑，通過變徑可安裝DN50～DN400口徑被檢天然氣流量計(jì)，每個(gè)檢定臺(tái)位可以同時(shí)串聯(lián)安裝2臺(tái)被檢流量計(jì)，另外，還設(shè)計(jì)了1條DN300口徑移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定接口。配備了一臺(tái)在線氣相色譜分析儀，可以實(shí)時(shí)對(duì)測(cè)量介質(zhì)的組成進(jìn)行分析，測(cè)量數(shù)據(jù)上傳至檢定系統(tǒng)參與流量計(jì)算。為了提高測(cè)量結(jié)果的可靠性，每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)支路還配備了1臺(tái)核查超聲流量計(jì)，串聯(lián)在標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的上游，作為比對(duì)流量計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該支路渦輪流量計(jì)的計(jì)量性能，確保檢定和校準(zhǔn)結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。

3 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)指標(biāo)

（1）測(cè)量介質(zhì)：天然氣；

（2）設(shè)計(jì)壓力：10MPa；

（3）工作壓力：（2.5～10.0）MPa；

（4）小流量檢定系統(tǒng)測(cè)量范圍：（20～1600）m3/h，測(cè)量結(jié)果的不確定度：U=0.29%，k=2；大流量檢定系統(tǒng)測(cè)量范圍：（80～9600）m3/h，測(cè)量結(jié)果的不確定度：U=0.29%，k=2。

（5）檢定口徑：DN50～DN500；

（6）檢定能力：650臺(tái)/年。

4 標(biāo)準(zhǔn)器及配套儀表溯源情況

2015年7月～10月，標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)和核查超聲流量計(jì)送至南京分站完成進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)結(jié)果13臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)和11臺(tái)超聲流量計(jì)計(jì)量性能指標(biāo)均滿足技術(shù)要求。

2016年4月～5月，標(biāo)準(zhǔn)器的配套溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器完成現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)。

工作級(jí)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的11臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)均溯源于國家站南京分站的次級(jí)臨界流噴嘴標(biāo)準(zhǔn)裝置，受限于南京分站的次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量水平，武漢分站工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器的測(cè)量不確定度在0.23%（k=2），工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量不確定度優(yōu)于0.29%（k=2）。

5 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性試驗(yàn)、穩(wěn)定性考核

重復(fù)性試驗(yàn)方法如下：

在每臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)的測(cè)量范圍內(nèi)選取3個(gè)流量點(diǎn)，在每個(gè)流量點(diǎn)連續(xù)重復(fù)測(cè)量10次，記錄每次測(cè)量結(jié)果并計(jì)算示值誤差，用10次測(cè)量得到的示值誤差值計(jì)算測(cè)量重復(fù)性。

在大流量檢定系統(tǒng)測(cè)量范圍內(nèi)選取3個(gè)流量點(diǎn)，在小流量檢定系統(tǒng)測(cè)量范圍內(nèi)選取4個(gè)流量點(diǎn)，在每個(gè)流量點(diǎn)連續(xù)重復(fù)測(cè)量10次，記錄每次測(cè)量結(jié)果并計(jì)算示值誤差，用10次測(cè)量得到的示值誤差值計(jì)算測(cè)量重復(fù)性。

通過對(duì)小流量、大流量檢定系統(tǒng)重復(fù)性試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)器和檢定系統(tǒng)的測(cè)量重復(fù)性均優(yōu)于0.04%。

穩(wěn)定性考核方法如下：

分別選用口徑為DN200的渦輪流量計(jì)和DN400的超聲流量計(jì)作為小流量檢定系統(tǒng)和大流量檢定系統(tǒng)測(cè)試對(duì)象，每隔一個(gè)月，在測(cè)量范圍內(nèi)，選取多個(gè)流量點(diǎn)，用標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行一組示值誤差測(cè)量。每個(gè)流量點(diǎn)連續(xù)測(cè)量3次，取算術(shù)平均值作為測(cè)量結(jié)果。記錄并觀察4組測(cè)量結(jié)果，取4組測(cè)量結(jié)果中最大值和最小值之差作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)在這段時(shí)間內(nèi)的穩(wěn)定性，穩(wěn)定性應(yīng)小于標(biāo)準(zhǔn)裝置流量測(cè)量結(jié)果擴(kuò)展不確定度的絕對(duì)值。

小流量檢定系統(tǒng)選取5個(gè)流量點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試，系統(tǒng)的穩(wěn)定性為0.25%，大流量檢定系統(tǒng)選取3個(gè)流量點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試，系統(tǒng)的穩(wěn)定性為0.13%，均優(yōu)于檢定系統(tǒng)流量測(cè)量結(jié)果擴(kuò)展不確定度的絕對(duì)值，即0.29%，判定為合格。

6 檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的驗(yàn)證

根據(jù)JJF 1033-2008《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》，分別采用比對(duì)法和傳遞比較法對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)裝置的大流量檢定系統(tǒng)和小流量檢定系統(tǒng)的測(cè)量不確定度進(jìn)行能力驗(yàn)證。大流量檢定系統(tǒng)采用Elster公司生產(chǎn)的DN250超聲流量計(jì)（測(cè)量范圍（48～5900）m3/h）作為測(cè)量對(duì)象，測(cè)試結(jié)果與南京分站工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較；小流量檢定系統(tǒng)采用Elster公司生產(chǎn)的DN200渦輪流量計(jì)（測(cè)量范圍（80～1600）m3/h）作為測(cè)量對(duì)象，測(cè)試結(jié)果與南京分站次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

（1）大流量檢定系統(tǒng)。根據(jù)南京分站工作級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)試數(shù)據(jù)，選取對(duì)應(yīng)流量點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)連續(xù)測(cè)量3次，取示值誤差作為測(cè)量結(jié)果，測(cè)量結(jié)果應(yīng)滿足，其中Ulab為本標(biāo)準(zhǔn)裝置大流量檢定系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度，包含了裝置的測(cè)量不確定度和測(cè)量流量計(jì)的測(cè)量不確定度。表1為大流量檢定系統(tǒng)能力驗(yàn)證試驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)：

（2）小流量檢定系統(tǒng)。根據(jù)南京分站次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)試數(shù)據(jù)，選取對(duì)應(yīng)流量點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)連續(xù)測(cè)量3次，取示值誤差作為測(cè)量結(jié)果，測(cè)量結(jié)果應(yīng)滿足，其中Uref為南京分站次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度，Ulab為本標(biāo)準(zhǔn)裝置小流量檢定系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度，包含了裝置的測(cè)量不確定度和測(cè)量流量計(jì)的測(cè)量不確定度。表2為小流量檢定系統(tǒng)能力驗(yàn)證試驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)：

比較上述各流量點(diǎn)測(cè)量結(jié)果，均符合要求，本裝置流量測(cè)量不確定度得到驗(yàn)證。

7 結(jié)論

經(jīng)過分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，武漢分站工作級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)表法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置符合國家計(jì)量檢定系統(tǒng)表和國家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF 1033-2008《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》要求，可以以天然氣為介質(zhì)，對(duì)口徑DN500及以下，流量測(cè)量范圍（20～9600）m3/h，準(zhǔn)確度等級(jí)為1.0級(jí)及以下的氣體流量計(jì)開展檢定工作，校準(zhǔn)氣體流量計(jì)測(cè)量不確定度U=0.29%，k=2。

作者簡(jiǎn)介：侯陽（1991-），男，湖北武漢人，主要從事天然氣流量計(jì)的檢定測(cè)試研究