渦輪流量計(jì)精度不確定性的因素

渦輪流量計(jì)是目前廣泛使用的傳遞流量計(jì)，國(guó)內(nèi)通常依據(jù)檢定規(guī)程只進(jìn)行一些固定流量點(diǎn)的檢測(cè)。但渦輪流量計(jì)在使用時(shí)，所使用的流量點(diǎn)和檢定的流量可能并不一致，即存在非定點(diǎn)使用的情況。

在甘肅省瓜州縣腰占子村，西氣東輸三線瓜州站完成最后一道焊口，標(biāo)志著西氣東輸三線西段全線貫通。西段工程建成投產(chǎn)后，來(lái)自中亞的天然氣和新疆煤制天然氣將通過中衛(wèi)站向西氣東輸一線和二線、陜京系統(tǒng)和中貴線輸送，長(zhǎng)三角、珠三角、京津環(huán)渤海和川渝地區(qū)數(shù)億民眾將因此受益。

我國(guó)西部地區(qū)的塔里木盆地、柴 達(dá)木盆地蘊(yùn)藏著8萬(wàn)億立方米的天然氣資源，約占全國(guó)陸上天然氣資源的22%。2000年2月，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)啟動(dòng)“西氣東輸”工程，這是僅次于長(zhǎng)江三峽工程的又一重大投資項(xiàng)目。西氣東輸工程是我國(guó)距離最長(zhǎng)、口徑最大的輸氣管道，東西橫貫新疆、甘肅、寧夏、陜西、山西、河南、安徽、江蘇、上海9個(gè)省區(qū)，全長(zhǎng)達(dá) 4200公里。

隨著西氣東輸工程的實(shí)施，長(zhǎng)三 角地區(qū)的用氣量激增，為提升天然氣計(jì)量的準(zhǔn)確度，中國(guó)石油從2000年開始，在南京籌建天然氣計(jì)量站。該站建設(shè)了完整的天然氣量值傳遞體系，包括MT法原 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置、音速噴嘴法次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置和渦輪流量計(jì)法工作標(biāo)準(zhǔn)裝置。2012年初，該站完成建標(biāo)考核，正式對(duì)外開展工作。

在天然氣計(jì)量站正式投入使用 后，天然氣計(jì)量方面陸續(xù)暴露出不少問題，與計(jì)量站有著多年合作的中國(guó)計(jì)量院熱工所流量室副研究員李春輝給出了解釋。首先，國(guó)內(nèi)天然氣計(jì)量站原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的 不確定度水平與國(guó)外先進(jìn)水平存在一定差距。“目前，德國(guó)物理技術(shù)研究院天然氣原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量能力處于世界領(lǐng)先水平，其測(cè)量不確定度為0.06%；而南京天 然氣計(jì)量站的MT法原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度為0.10%。”測(cè)量不確定度水平對(duì)天然氣的輸送和消費(fèi)到底有多大影響？李春輝算了一筆賬：“我國(guó)每年輸送和消費(fèi)的天然氣量超過1000億立方米，原級(jí)裝置的測(cè)量不確定度直接影響到貿(mào)易交接用流量計(jì)的準(zhǔn)確度，其測(cè)量不確定度每降低0.01%，都會(huì)對(duì)天然氣貿(mào)易產(chǎn)生數(shù)以億計(jì)的經(jīng)濟(jì)影響。”因此，進(jìn)一步研究MT法原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的不確定度影響因素，并在此基礎(chǔ)上提升整個(gè)天然氣計(jì)量體系的不確定度具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。

其次，隨著天然氣使用量持續(xù)增加，中石油在成都建立了天然氣計(jì)量站，中石化正在武漢建設(shè)天然氣計(jì)量站，中海油也正在籌建自己的天然氣計(jì)量站。但由于對(duì)傳遞流量計(jì)研究的不足，國(guó)內(nèi)各天然氣計(jì)量站之間未進(jìn)行計(jì)量比對(duì)，國(guó)內(nèi)天然氣計(jì)量的量值還未實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，容易造成天然氣計(jì)量的混亂，影響天然氣的交易和消費(fèi)。

作為我國(guó)計(jì)量科學(xué)研究最高機(jī)構(gòu)，中國(guó)計(jì)量院從2012年開始與國(guó)內(nèi)各天然氣計(jì)量站陸續(xù)開展合作，主要目的就是解決以上兩個(gè)問題。

通過分析及實(shí)驗(yàn)，李春輝和同事們確認(rèn)了影響MT法原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度的最大分量。“我們從現(xiàn)有天然氣MT法原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度分析模型出發(fā)，重點(diǎn)降低占標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度較大分量 的浮力及時(shí)間測(cè)量不確定度分量。通過稱量容器外施加保溫材料可降低浮力影響；在旁通管路上安裝可高速測(cè)量壓力的儀表及壓力調(diào)節(jié)閥門，通過壓力調(diào)節(jié)閥門調(diào)節(jié) 旁通管路所需的壓力，基于進(jìn)氣閥門開、關(guān)過程中高速壓力測(cè)量?jī)x表采集的壓力數(shù)據(jù)，可選擇合理的測(cè)量時(shí)間，使進(jìn)氣閥門開、關(guān)時(shí)附加容積內(nèi)的質(zhì)量相同，該方法不僅可以消除附加體積內(nèi)的測(cè)量不確定度，并可極大地降低時(shí)間測(cè)量不確定度。”目前，南京天然氣計(jì)量站正在依照中國(guó)計(jì)量院的研究成果進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造，完成后，有望提升MT法原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度水平。成都天然氣計(jì) 量站新建的MT法原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置已采用了相應(yīng)的研究成果。

渦輪流量計(jì)是目前廣泛使用的傳 遞流量計(jì)，國(guó)內(nèi)通常依據(jù)檢定規(guī)程只進(jìn)行一些固定流量點(diǎn)的檢測(cè)。但渦輪流量計(jì)在使用時(shí)，所使用的流量點(diǎn)和檢定的流量可能并不一致，即存在非定點(diǎn)使用的情況。以往，國(guó)內(nèi)多采用線性內(nèi)插對(duì)渦輪流量計(jì)的性能予以評(píng)估，由于該方法引入較大的不確定度，極大地降低了渦輪流量計(jì)的準(zhǔn)確度。“我們針對(duì)不同壓力下渦輪流量計(jì)的測(cè)試結(jié)果，基于國(guó)外同行的研究經(jīng)驗(yàn)，在國(guó)內(nèi)首次采用曲線擬合法對(duì)其計(jì)量特性進(jìn)行合理評(píng)估，提升了其準(zhǔn)確度。”李春輝和同事們的研究成果有效地促進(jìn)了國(guó)內(nèi) 天然氣量值的統(tǒng)一。

中國(guó)計(jì)量院與相關(guān)天然氣計(jì)量站的合作，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)現(xiàn)有MT法天然氣流量原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)裝置水平的提升，在次級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、工作標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域內(nèi)的合作研究更直接地促進(jìn)了現(xiàn)場(chǎng)工作流量計(jì)流量測(cè)量不確定度的降低，提升了我國(guó)天然氣流量量值傳遞的水平和計(jì)量的準(zhǔn)確度水平。