差壓變送器在天然氣流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)裝置中應(yīng)用

摘要:隨著國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略的實(shí)施，天然氣作為清潔能源得到快速發(fā)展，正確的天然氣計(jì)量對(duì)于維護(hù)市場(chǎng)秩序、促進(jìn)天然氣和諧發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。天然氣體積計(jì)量為導(dǎo)出量，需要通過建立流量標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行量值復(fù)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)裝置的正確與否直接決定天然氣貿(mào)易交接的正確性，文章通過差壓變送器在天然氣流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中應(yīng)用原理、應(yīng)用前后的不確定度評(píng)定分析，總結(jié)“絕壓+差壓”壓力測(cè)量方式對(duì)標(biāo)準(zhǔn)裝置精度的影響，可減小0.06%的不確定度分量，同時(shí)利用實(shí)驗(yàn)效果確認(rèn)其應(yīng)用效果。
1概述
        天然氣流量計(jì)為天然氣貿(mào)易交接計(jì)量的主要儀表，其計(jì)量性能需要定期通過流量標(biāo)準(zhǔn)裝置實(shí)流檢定的方式進(jìn)行確認(rèn)［1］，國(guó)內(nèi)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置多采用標(biāo)準(zhǔn)表法原理［2－3］，通過錄取相同時(shí)間段內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)與被檢流量計(jì)輸出的流量值，確定被檢流量計(jì)的計(jì)量性能。
       天然氣具有可壓縮性，標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)與被檢流量計(jì)的工況條件不盡相同，需要正確測(cè)量?jī)商幍臏囟?、壓力工況條件，經(jīng)溫度、壓力及壓縮因子補(bǔ)償后進(jìn)行比較計(jì)算。目前壓力測(cè)量選用絕壓變送器［4－5］，精度等級(jí)達(dá)到0.05級(jí)，提高難度較大，通過對(duì)流量標(biāo)準(zhǔn)裝置工作原理及不確定度分析發(fā)現(xiàn)，可以通過差壓變送器與絕壓變送器組合測(cè)量的方式減小壓力測(cè)量對(duì)標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度的分量［6］。
2工作原理
       如圖1所示，在被檢流量計(jì)處安裝絕壓變送器，在標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)處安裝差壓變送器，低壓端壓力源為被檢流量計(jì)壓力，則標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)的壓力值為:

Pf=Pn+ΔPf
       式中:Pf為標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)處的壓力值，MPa;Pn為被檢流量計(jì)處的壓力值，MPa;ΔPf為標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)與被檢流量計(jì)之間的差壓值，MPa。
3壓力測(cè)量引入不確定度分量分析
3.1標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度評(píng)定模型
       為了將工況條件進(jìn)行統(tǒng)一，需要將標(biāo)準(zhǔn)［7］流量計(jì)處的流量換算至被檢流量計(jì)處工況條件下，計(jì)算公式如下:
qn=qf(Pf/Pn)(Tn/Tf)(Zn/Zf)
       式中:qn為標(biāo)準(zhǔn)表在被檢表工況下的瞬時(shí)流量，m3/h;qf為標(biāo)準(zhǔn)表實(shí)際工作條件下的瞬時(shí)流量，m3/h;Pn為被檢表工作條件下的絕對(duì)壓力，MPa;Pf為標(biāo)準(zhǔn)表工作條件下的絕對(duì)壓力，MPa;Tn為被檢表工作條件下的熱力學(xué)溫度，K;Tf為標(biāo)準(zhǔn)表工作條件下的熱力學(xué)溫度，K;Zn為被檢表工作條件下的壓縮因子，按AGA8計(jì)算得出;Zf為標(biāo)準(zhǔn)表工作條件下的壓縮因子，按AGA8計(jì)算得出。
       被檢流量計(jì)的檢定結(jié)果以相對(duì)示值誤差E(%)表示，其計(jì)算公式為:

式中:qmut為被檢流量計(jì)的測(cè)量體積瞬間流量，m3/h。
3.2壓力測(cè)量引入的不確定度分量分析
3.2.1“絕壓+差壓”壓力測(cè)量方式
(1)相對(duì)示值誤差
       利用“絕壓+差壓”的壓力測(cè)量方式，則相對(duì)示值誤差為:

(2)被檢流量計(jì)處壓力測(cè)量Pn引入的不確定度分量［8］
       依據(jù)檢定機(jī)構(gòu)出具的檢定證書可得知精度等級(jí)為0.05級(jí)，所對(duì)應(yīng)最大允許誤差為±0.05%，量程PFS為0～10MPa，概率分布視為均勻分布，屬于B類評(píng)估，u(Pn)可以估算如下:

       差壓變送器最大量程為0～249kPa，介質(zhì)壓力按6MPa考慮，差壓按249kPa考慮，則不確定度輸入量Pn的靈敏系數(shù)為:

被檢流量計(jì)壓力測(cè)量Pn輸出的不確定度為:
ur(Pn)=CPn×u(Pn)=0.0017%
(3)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)處壓力測(cè)量Pf引入的不確定度分量
       通過公式分析可知，標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)處壓力測(cè)量的不確定為差壓變送器ΔPf，依據(jù)檢定機(jī)構(gòu)出具的檢定證書可得知精度等級(jí)為0.05級(jí)，最大允許誤差為±0.05%，差壓變送器量程為0～249kPa，將其概率分布視為均勻分布，屬于B類評(píng)估，u(Pf)可以估算如下:

被檢流量計(jì)壓力測(cè)量ΔPf輸出的不確定度為:
ur(ΔPf)=CΔP×u(ΔPf)=－0.0011%
3.2.2常規(guī)絕壓變送器測(cè)量
(1)被檢流量計(jì)處壓力測(cè)量Pn引入的不確定度分量［9］
       壓力變送器的精度等級(jí)為0.05級(jí)，量程為0～10MPa，介質(zhì)壓力按6MPa考慮，概率分布視為均勻分布，則壓力測(cè)量的不確定度分量為:

被檢流量計(jì)壓力測(cè)量Pn輸出的不確定度為:
ur(Pn)=CPn×u(Pn)=0.048%
(2)標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)處壓力測(cè)量Pf引入的不確定度分量
       標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)處壓力變送器的精度等級(jí)為0.05級(jí)，量程為0～10MPa，介質(zhì)壓力按6MPa考慮，概率分布視為均勻分布，則壓力測(cè)量的不確定度分量為:

標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)壓力測(cè)量Pf輸出的不確定度為:
ur(Pf)=CPf×u(Pf)=0.048%
4不確定度分析比較
       通過“絕壓+差壓”壓力測(cè)量方式與使用絕壓測(cè)量壓力帶來(lái)的天然氣流量標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度進(jìn)行比較分析，壓力測(cè)量合成不確定度分別為0.002%、0.068%，比較結(jié)果具體數(shù)據(jù)見表1。

       通過比較可見，采用“絕壓+差壓”壓力測(cè)量模式將壓力測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度由0.068%降低至0.002%，降低了標(biāo)準(zhǔn)裝置的整體不確定度，提高了標(biāo)準(zhǔn)裝置的精度。
5結(jié)論
       通過差壓變送器在天然氣流量標(biāo)準(zhǔn)裝置中的應(yīng)用，采用“絕壓+差壓”的標(biāo)準(zhǔn)渦輪流量計(jì)壓力測(cè)量模式，可有效減小壓力測(cè)量引入的精度分量，提升標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度水平，確保了裝置的正確可靠，同時(shí)該種測(cè)量模式可在不同原理的標(biāo)準(zhǔn)裝置中推廣應(yīng)用［10］，促進(jìn)天然氣計(jì)量水平的進(jìn)步，維護(hù)天然氣貿(mào)易交接中的公平公正。