摘要：介紹了引進的車載移動式標準表法的天然氣流量標準裝置的構成、不確定度分析及驗證方法；使用該標準裝置開展流量計現場實流檢定時，保證流量計檢定結果準確可靠應采取的措施，現場檢定工藝流程和檢定結果；并就流量計現場檢定問題對計量站的設計提出了建議。實踐表明，對天然氣流量計實施現場在線實流檢定可以有效地提高流量測量的準確度。
1、概述
流量計量的不確定度不僅與流量計的類型有關，還與流量計的安裝條件和檢定條件有關。由于流量計在實驗室內檢定時的安裝條件和工況條件與在現場工作時的條件不一致，會對計量結果帶來無法修正的誤差。而對天然氣流量計進行現場在線實流檢定則可對上述因素對計量結果的影響進行有效的修正，所以，在許多有關天然氣流量計量的標準中，都指出對天然氣流量計進行現場在線實流檢定是提高流量計量準確度最有效的辦法。另外，如果在貿易計量中發生計量糾紛、需要仲裁檢定的情況下，也需要對流量計實施現場在線實流檢定。為了解決高壓天然氣流量計的現場在線實流檢定問題，中國石油西氣東輸管道公司引進了一套車載移動式標準表法的氣體流量標準裝置(以下簡稱移動標準裝置)。
對流量計進行現場在線實流檢定，雖然解決了安裝條件及檢定條件與工作條件不一致對流量計工作性能的影響，但同時也出現了新的問題。用移動標準裝置對流量計進行現場在線實流檢定時，移動標準裝置要從實驗室運至計量站場，或在各計量站場間運輸，由于各計量站的管道條件、環境條件、工況條件并不完全一致，再加上移動標準裝置的計量性能可能會在運輸過程中發生變化，所以，如何保證檢定時移動標準裝置給出的量值的準確可靠性，是開展流量計現場在線實流檢定時首先要解決的問題。
2、移動標準裝置簡介
該移動標準裝置由渦輪流量計、超聲流量計、在線色譜分析儀、溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器、截止閥、流量調節閥、流動整流器和計算機數據采集處理及控制系統等設備組成。所有設備安裝在一臺特制的箱式卡車上。車箱的前部是操作控制室，計算機數據采集處理和控制系統安裝在操作室內，所有流量計、儀表、閥門等設備都安裝在車廂的后部。移動標準裝置的結構原理圖見圖1。

DN150和DN400型的渦輪流量計經并聯安裝后用作標準表，DN300型的多聲道超聲流量計用作核查表，用于監視標準渦輪流量計的工作特性。DN150和DN400的流量范圍分別是80～1000m3／h和800～8000m3／h，DN300的流量范圍是80—8000m／h。當檢定流量大于或等于1000m3／h時，用DN400作標準表；當檢定流量小于1000Hl3／h時，用DN150作標準表。該裝置的最大工作壓力是10MPa。
3、測量不確定度分析和驗證
把標準渦輪流量計給出的被檢流量計工況條件下的體積測量值的不確定度作為移動標準裝置的測量不確定度。測量不確定度分析評定一覽表見表1。

3.1數學模型
根據氣體狀態方程，將標準渦輪流量計測量的天然氣體積換算到被檢流量計工況條件下體積的計算公式為：

3.2各參數的標準不確定度分析
3.2.1標準渦輪流量計K-系數的不確定度
標準渦輪流量計K-系數的不確定度就是標準渦輪流量計的不確定度，根據檢定機構出具的檢定證書可知，標準渦輪流量計的擴展不確定度為0.25％(k=2)，按正態分布考慮。
3.2.2標準渦輪流量計脈沖數N的不確定度
假設檢定過程中，累積的標準渦輪流量計的脈沖數N不低于10000個，脈沖計數的誤差為±2個脈沖，按均勻分布考慮。
3.2.3溫度測量值T的不確定度
溫度變送器的準確度等級為0.2級，測量范圍為0～50℃。假設檢定時介質的溫度為20℃，按均勻分布考慮。
3.2.4壓力測量值P的不確定度
壓力變送器的準確度等級為0.05級，測量范圍為010MPa。假設檢定時介質的壓力為5MPa，按均勻分布考慮。
3.2.5天然氣壓縮因子Z的不確定度
在檢定過程中，由于標準渦輪流量計和被檢流量計處的工況參數相差不大，而且z是根據同一標準計算出來的，其計算誤差在zm/z.一項中會相互抵消。所以，在對Vm的不確定度分析評定過程中可以不考慮z的不確定度。
3.2.6移動標準裝置的重復性取核查超聲流量計為被檢定的流量計，根據對移動標準裝置重復性考核的結果，取移動標準裝置的重復性為0.08％。
3.3合成標準不確定度和擴展不確定度
裝置的合成標準不確定度為上述各參數標準不確定度的方和根，其結果為0.173％；裝置的擴展不確定度為0.35％(k=2)。
3.4不確定度驗證
用移動標準裝置對DANIEL公司生產的一臺DN300型氣體超聲流量計進行檢定。在5個流量點下檢定，每個流量點重復檢定10次。用該標準裝置檢定的流量計系數MF。和美國CEESI對天然氣流量計檢定的流量計系數MF：及二者的偏差見表2。

移動標準裝置的不確定度U1=0.35％(k=2)，CEESI標準裝置的不確定度U2=0.23％(k：2)，按JJF1033((計量標準考核規范》中的規定，當用傳遞比較法驗證裝置的不確定度時，用兩標準裝置對同一流量計在同一流量點下檢定結果的差值小于兩裝置不確定度的方和根(0.42％)即滿足要求。
從表2中數據可見，最大偏差為0.21％，小于0.42％。所以，移動標準裝置的不確定度不超過0.35％(k=2)得以驗證。
4、保證現場檢定結果準確可靠采取的措施
4.1保證標準渦輪流量計和核查超聲流量計的校準結果準確
由于移動標準裝置的結構比較緊湊，標準渦輪流量計和核查超聲流量計的安裝管道不滿足相關標準中規定的安裝條件，所以，在對標準渦輪流量計和核查超聲流量計校準時，將移動標準裝置的標準表和核查表及安裝管路作為一個整體考慮，這樣在校準的結果中可以修正安裝條件的影響。另外，考慮到工況壓力對流量計工作性能的影響，在工作壓力范圍內不少于三個不同壓力下對標準表和核查表進行校準。
4.2保證標準渦輪流量計和核查超聲流量計的測量結果準確可靠在如下三個方面采取措施：
(1)對標準表和核查表的示值進行修正。根據被檢流量計的工作壓力，在數據采集處理和控制系統中，輸入相近壓力下標準渦輪流量計和超聲流量計在不同流量點下的修正值或示值誤差，以便于修正工況參數變化對標準表和核查表的影響。
(2)用核查表監視標準表的工作特性。通過觀察核查超聲流量計與標準渦輪流量計示值之間的差值和該差值的重復性來判斷移動標準裝置的工作特性是否發生了變化，其理論依據是認為同一影響因素對工作原理不同的渦輪流量計和超聲流量計產生的影響不同，從而保證移動標準裝置的計量性能不因其在各計量站間的運輸及各計量站的安裝管道、工況條件、環境條件不一致而發生變化。在移動標準裝置中，渦輪流量計的不確定度為0.25％，超聲流量計的不確定度為0.3％，所以，按二者不確定度
的方和根確定二者示值的最大偏差為0.39％。另外，在裝置的不確定度合成中，取移動標準裝置的重復性為0.08％，該值即為核查超聲流量計與標準渦輪流量計示值的差值的重復性。所以，在現場用移動標準裝置檢定流量計時，如果在某一流量點下多次檢定結果的核查超聲流量計與標準渦輪流量計示值的差值不超過0.39％，且該差值的重復性小于0.08％，則認為該流量點的檢定結果有效，否則，認為檢定結果無效，應重新檢定。必要時須對核查表和標準表進行檢查或重新校準。實際測試結果表明，當檢定流量小于500m3／h時，核查超聲流量計與標準渦輪流量計示值的差值接近0.39％；當檢定流量較大時，二者的差值小于0.30％。
(3)當移動標準裝置從現場回到實驗室后，再對標準渦輪流量計和核查超聲流量計進行校準。如果標準裝置的穩定性滿足要求，則此次現場在線檢定結果有效；如果標準裝置的穩定性不滿足要求，則對計量結果有懷疑的流量計應重新進行檢定。
4.3保證標準渦輪流量計下游安裝的ORBIT強制密封閥無泄漏在每次檢定開始前或期間用接在閥體檢漏口上的壓力變送器檢測閥門是否泄漏。具體做法是：先將閥門關閉，關閉閥體檢漏口引壓管上的電磁閥，打開檢漏用壓力變送器的放空電磁閥，待壓力變送器的示值接近大氣壓力時，再關閉放空電磁閥，打開閥門檢漏管上的電磁閥，過5分鐘后如果壓力變送器的示值無變化，則認為閥門的密封性滿足要求。
4.4確認和設定流量計系數
在對超聲流量計檢定時，其信號處理單元可能存儲了上次檢定的流量計系數(MF)。如果檢定的流量點與上次的一致，則新流量計系數等于此次檢定的流量計系數與原來存儲的流量計系數之積。如果檢定的流量點與上次的不同，則建議將被檢流量計的流量計系數全部設成1，然后進行檢定，這樣，可以避免用插值法計算流量計系數的過程中帶來的附加誤差。
4.5設置足夠長的預運行和檢定時間
在設置好檢定流量點并導通工藝流程后，要使裝置預運行一段時間。環境溫度與管道內的天然氣溫度相差越大，預運行的時間就應越長，具體長短可以通過監視被檢流量計處溫度、壓力的穩定情況而定。設置足夠長的檢定時間一方面是保證檢定過程中有足夠多的天然氣流過，減少溫度和壓力參數變化對檢定結果的影響；另一方面，可以保證檢定過程中累積足夠多的流量計發出的脈沖，保證脈沖計數的準確性。一般情況下，設定的預運行時間為幾分鐘至數十分鐘，一次檢定時間不少于120s，一次檢定過程中累積的脈沖數不少于10000個。
5、現場檢定工藝流程和結果
在現場檢定前要做比較充分的準備工作。對連接工藝管道作改造：把計量橇上預留的檢定接頭用管道接至路邊，每個站上的連接法蘭均為DN300，兩法蘭問的軸心距、距路面的高度及路邊的距離都一致，以便于移動標準裝置的連接。現場檢定時，將移動標準裝置的入出口分別與計量橇上的預留檢定接頭連接，使標準裝置串接在被檢流量計的管路中。現場檢定工藝原理圖見圖2。
圖3中給出了在某計量站用移動標準裝置對DANIEL公司生產的DN300SonicQ4流量計的檢定結果。根據現場的實際工況條件，在檢定流量范圍4004800m3／h內選擇6個流量點，每個點檢定6次。然后，用檢定得到的流量計系數對流量計修正后，再選3個流量點進行檢查。由圖3可見，在修正前流量計的最大誤差值約為-0.5％；對流量計的測量值用流量計系數修正后，其測量誤差不超過±0.1％
6、結論和建議
根據現場檢定的經驗和結果，可以得出如下三點結論：
(1)對天然氣流量計實施現場在線實流檢定可以有效地提高流量測量的準確度。


(2)對在線實流檢定應采取必要的措施，以便保證檢定結果準確可靠。
(3)現場檢定需要運輸計量標準、工具、連接管道、人員的車輛和起重車輛，投入的人力和物力較大。
考慮流量計現場在線實流檢定問題時，對計量站的設計提出如下三點建議：
(1)計量站場的路面要有足夠的寬度，檢定接頭附近要有足夠的空間，地面要有足夠的強度，以便移動標準車的通行和停放，并注意不要占用站內的防火通道。
(2)預留檢定接頭的尺寸、空間位置要一致，便于連接管道的制作和現場連接。
(3)為了便于檢定時調節流量，下游的檢定接頭應接在減壓閥門的下游。