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天然气流量计算机检定装置的建立

时间:2018/04/12来源:未知

一、背景

GB/T18603-2014《天然气计量系统技术要求》对流量计算机检定/校准提出了明确的要求, 需要对流量计算机的现场信号采集及转换通道的误差进行检定/校准, 对流量计算机所计量的天然气不论按照什么标准 (或规程) 进行数据处理以及相关参数的设置都需检查核算。为保证计量器具测量结果的准确一致, 维护供需双方的经济利益, 对流量计算机开展检定和校准是十分必要的。为了适应量传需要, 我中心依据JJG1003-2005《流量积算仪检定规程》建立了一套天然气流量计算机检定装置, 并通过了国家质检总局组织的计量标准考核。

二、建标准备工作

1. 工作原理及组成

流量计算机可实时接收温度、压力、流量的电信号, 对流量测量值进行温度、压力修正, 实现流量的准确计量。流量计算机的检定, 是通过对每个单独的参数进行检定, 然后再对各个参数进行评定的方法来确定流量计算机的量值。

流量计算机的检定根据所配套的不同流量计算机的程序分为两种:一种是信号通道的检定;另一种是计算软件检定。

信号通道检定时, 用直流电阻箱、多功能校验仪, 给出温度对应的电阻值或模拟信号 (4~20) m A、压力对应的模拟信号 (4~20) m A、流量脉冲信号, 利用上述标准信号源对流量计算机各测量通道 (温度、压力、流量) 进行检定, 读取流量计算机各通道的输出值, 按JJG1003-2005的要求计算出流量计算机各通道的测量误差。

计算软件检定时, 利用标准信号源或人工设置参数的方法, 使流量计算机各输入信号处于相对恒定值, 读取流量计算机流量输出值, 按JJG1003-2005的要求计算出流量计算机各通道的测量误差。

2. 主要技术指标

计量标准装置的主要技术指标如表1所示。

表1 主要技术指标    下载原表

表1 主要技术指标
图1 量值溯源和量值传递图

图1 量值溯源和量值传递图   下载原图

 

3. 标准装置量值传递框图

按照国家计量检定系统表, 标准装置量值溯源至中国计量科学研究院。量值溯源和量值传递图如图1所示。

三、建标测试

1. 标准装置的重复性试验

选一台EMERSON生产的Floboss S600+型流量计算机。在重复性条件下, 分别用本装置的标准器Fluke744模拟5000k Pa, 用标准器MC6模拟20℃, 用标准器MC6模拟1000Hz, 人工设置k系数为1000plu/m, 进行重复性试验, 连续测量10次, 然后按贝塞尔公式计算测量重复性。结果如表2所示。

2. 稳定性考核

(1) 温度通道稳定性考核

选一台EMERSON生产的Floboss S600+型流量计算机, 对本装置标准器MC6 20℃温度点进行稳定性考核, 每次测量10组数据, 测量结果如表3所示。

(2) 压力通道稳定性考核

选一台EMERSON生产的Floboss S600+型流量计算机, 对本装置标准器7445000k Pa压力点进行稳定性考核, 每次测量10组数据, 测量结果如表4所示。

(3) 流量通道稳定性考核

选一台EMERSON生产的Floboss S600+型流量计算机, 选取压力为5000k Pa、温度为20℃、k系数为1000plu/m, 频率为1000Hz, 对本装置标准状态下瞬时流量进行稳定性考核, 每次测量10组数据, 测量结果如表5所示。

表2 标准装置的重复性试验    下载原表

表2 标准装置的重复性试验

3. 不确定度评定

(1) 使用的数学模型

(1) 涡轮流量计的工况流量

表3 标准装置的稳定性考核 (温度通道)    下载原表

表3 标准装置的稳定性考核 (温度通道)

表4 标准装置的稳定性考核 (压力通道)    下载原表

表4 标准装置的稳定性考核 (压力通道)

 

计算公式

 

式中:q———涡轮流量计工况体积流量, m/h;f———单位时间内涡轮流量计发的脉冲信号个数, 1/s;K———涡轮流量计的脉冲系数, 即单位体积的流体流过流量计发出的脉冲数, 1/m。

(2) 涡轮流量计的标况流量

 

计算公式

 

式中:qn———涡轮流量计标况体积流量, m/h;q———涡轮流量计工况体积流量, m/h;P———工作状态下的绝对压力, k Pa;Pn———标准大气压力, 101.325k Pa;T———标准状态下气体温度, 293.15K;Tn———工作状态下气体温度, K;Z———工作状态下气体压缩因子 (无量纲) ;Zn———标准状态下气体压缩因子 (无量纲) 。

表5 标准装置的稳定性考核 (流量通道)    下载原表

表5 标准装置的稳定性考核 (流量通道)

表6 标准不确定度汇总表    下载原表

表6 标准不确定度汇总表

(2) 测量不确定度分析 (见表6)

分析涡轮流量计的数学模型 (2) 可以得出, 影响测量误差的主要因素来自于输入量f、P、T。

(3) 相对合成标准不确定度

 

计算公式

 

则相对扩展不确定度为Ur=k·ur=0.14% (k=2) 。

表7 流量校准验证    下载原表

表7 流量校准验证

表8 压力校准验证    下载原表

表8 压力校准验证

表9 温度校准验证    下载原表

表9 温度校准验证

4. 检定或校准结果验证

选一台美国DANIEL公司产的S600+型的流量计算机, 其测量范围为0~7200m/h, 具备中国计量科学研究院的有效校准证书。采用本装置进行校准测试, 测量结果偏差小于两标准装置的测量不确定度方和根, 满足JJF1033-2008《计量标准考核规范》要求, 本装置的测量准确度得到验证。验证结果如表7、表8、表9所示。

四、标准装置的考核

1. 申请计量标准考核前的准备

按照JJF1033-2008的要求, 做好以下准备工作:

(1) 根据JJG1003-2005的要求, 配备了计量标准器及配套设备。

(2) 对计量标准的主要计量特性进行了测试。

(3) 对环境条件进行了监控和记录, 确认满足开展检定或校准工作的要求。

(4) 明确了能够有效履行职责的计量标准负责人, 配备了两名以上与开展项目相一致的检定员。

(5) 编制了《计量标准考核申请书》和《计量标准技术报告》, 开展了模拟检定, 建立了计量标准文件集。

2. 申请考核

所有准备工作完成后, 向国家质检总局提交了考核申请, 2015年9月, 国家质检总局组织成立考评组, 对标准装置进行了书面审查和现场考评。确认流量计算机检定装置经考核符合JJF1033-2008和《计量检定人员管理办法》的要求, 其计量标准器和主要配套设备的计量特性均符合JJG1003-2005的要求;人员和环境条件及技术措施符合要求;不确定度表述正确、评定合理。本装置可以开展该项计量检定工作。


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