2.计量标准技术报告0917

计量标准技术报告

计量标准名称 标准表（涡轮）法气体流量标准装置（移动） 计量标准负责人 闫文灿 建标单位名称（公章） 国家石油天然气大流量计量站武汉分站 填 写 日 期 2012年8月26日

目 录

一、 建立计量标准的目的……………………………………………………………………..(1) 二、 计量标准的工作原理及其组成…………………………………………………………..(1) 三、 计量标准器及主要配套设备……………………………………………………………..(2) 四、 计量标准的主要技术指标………………………………………………………………..(3) 五、 环境条件…………………………………………………………………………………..(3) 六、 计量标准的量值溯源和传递框图………………………………………………………..(4) 七、 计量标准的重复性试验…………………………………………………………………..(5) 八、 计量标准的稳定性考核…………………………………………………………………..(7) 九、 检定或校准结果的测量不确定度评定…………………………………………………..(8) 十、 检定或校准结果的验证………………………………………………………………….(13) 十一、结论 ………………………………………………………………………………….…..(14) 十二、附加说明 …………………………………………………………………….…………..(14)

一、建立计量标准的目的 随着中国石化天然气输气管道的快速发展，用于高压、大流量天然气贸易交接的流量计数量日益增多，为满足贸易交接流量计强制检定需要，特别是考虑未来仲裁检定的需要，特建立标准表（涡轮）法气体流量标准装置，解决天然气贸易流量计在线实流检定难题，确保天然气贸易计量的统一性和准确性。 按照国家质检总局《关于筹建国家石油天然气大流量计量站武汉分站的通知》（国质检量函﹝2010﹞881号）要求，中国石化已成立了国家石油天然气大流量计量站武汉分站（中国石化天然气分公司计量研究中心）机构，本标准装置隶属国家石油天然气大流量计量站武汉分站，负责日常管理、操作和维护。 二、计量标准的工作原理及其组成 本标准装置主要由标准流量计及核查流量计、配套的工艺管路、电动调节阀、开关阀、压力和温度变送器、在线气相色谱分析仪、数据采集和处理系统等组成。 标准表（涡轮）法气体流量标准的标准器由三台口径分别为DN80、DN150和DN400的高准确度涡轮流量计组成，将其串联在被检流量计的下游，当天然气流经被检流量计和标准器时，记录同一测试时间间隔内两者测量的流量量值，将标准器测量的量值换算到被检流量计工作条件下的量值，计算被检流量计的示值误差或流量计系数。 为确保测量结果的准确可靠，避免量值传递过程中出现量值偏差，标准装置还配备了1台口径为DN300的超声流量计，作为核查流量计串联在标准器的上游，实时监测标准器的计量性能，确保检定和校准结果的准确可靠。 本标准装置为非定点使用，可在测量范围内对各种型式的气体流量计开展检定和校准工作。

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三、计量标准器及主要配套设备 不确定度 或准确度等级或最大允许误差 U=0.24% (k=2) 名称 型号 测量范围 制造厂及 出厂编号 德国Elster-instromet 10515706 德国Elster-instromet 10515705 德国Elster-instromet 10515691 美国 Rosemount 53823 美国 Rosemount 53824 美国 Rosemount 53825 美国 Rosemount 53827 美国 Rosemount 02345987 美国 Rosemount 02345988 美国 Rosemount 02470931 美国 Rosemount 02345985 美国 Agilent US10633009 检定或 校准机构 国家石油天然气大流量计量站 南京分站校字 GM2012042 国家石油天然气大流量计量站 南京分站校字 GM2012040 国家石油天然气大流量计量站 南京分站校字 GM2012043 国家石油天然气大流量计量站 国油站检字 TPT20120063 国家石油天然气大流量计量站 国油站检字 TPT20120061 国家石油天然气大流量计量站 国油站检字 TPT201200 国家石油天然气大流量计量站 国油站检字 TPT20120065 国家石油天然气大流量计量站 国油站校字 TTT20120065 国家石油天然气大流量计量站 国油站校字 TTT20120063 国家石油天然气大流量计量站 国油站校字 TTT20120072 国家石油天然气大流量计量站 国油站校字 TTT20120067 山东省计量科学研究院 C08-20121583 C08-20121584 检定周期或复校间隔 12月 160）计涡轮流量计 SM-RI-X-K（20～3(DN80) m/h 量标准（160～SM-RI-X-K 涡轮流量计 器 (DN150) 1000）m3/h U=0.27% (k=2) 12月 涡轮流量计 SM-RI-X (DN400) （1000～8000）m3/h U=0.31% (k=2) 12月 压力变送器 3051S （0～10）MPa 0.05级 12月 压力变送器 3051S （0～10）MPa 0.05级 12月 压力变送器 3051S （0～10）MPa 0.05级 12月 压力变送器 主要配温度变送器 套设备 温度变送器 3051S （0～10）MPa 0.05级 12月 3144P （0～50）℃ U =0.021% (k=2) 12月 3144P （0～50）℃ U =0.019% (k=2) 12月 温度变送器 3144P （0～50）℃ U =0.022% (k=2) 12月 温度变送器 3144P （0～50）℃ U =0.022% (k=2) 12月 气相色谱分析仪 3000A C1～C6+ 定量重复性：0.2% 12月 2

四、计量标准的主要技术指标 1、测量介质：天然气 ； 2、工作压力：（2.5～10.0）MPa ； 3、测量范围：（20～8000） m3/h ； 4、流量测量不确定度：U=0.33%（k=2）。 五、环境条件 序号 1 2 3 4 5 6 项 目 温 度 湿 度 大气压力 要 求 （-30～60）℃ （10～90）%RH （86～106）kPa 实际情况 （-10～40）℃ （35～90）%RH （90～105）kPa 结 论 符合要求 符合要求 符合要求 3

六、计量标准的量值溯源和传递框图 上一级计量标准器具 气体流量标准测量范围： （8～3160/12000）m/h 测量不确定度： U=（0.22～0.29）%（k=2） 国家石油天然气大流量计量站南京分站 3 压力标准 测量范围： （0～10）MPa 准确度等级： 0.01级 国家石油天然气大流量计量站 温度标准 测量范围： （0～100）℃ 最大允许误差： ±0.01%FS 国家石油天然气大流量计量站 标准气体测量范围：C1～C6+ 国家二级气体标准物质 山东省计量科学研究院 直接比较法 直接比较法 直接比较法 直接比较法 标准涡轮流量计 测量范围： （20～8000）m3/h 测量不确定度： U≤0.31%（k=2） 压力变送器 测量范围： （0～10）MPa 准确度等级： 0.05级 温度变送器 测量范围： （0～50）℃ 测量不确定度： U=0.022%（k=2） 气相色谱分析仪 测量范围： C1～C6+ 定量重复性： 0.2% 本计量标准器具 组合测量法 标准表（涡轮）法气体流量标准装置 测量范围： （20～8000）m3/h 测量不确定度：U=0.33%（k=2） 直接比较法 下一级计量器具 工作流量计 测量范围： （20～8000）m3/h 检定流量计准确度等级： 1.0级及以下 校准流量计测量不确定度：U＞0.33%（k=2） 4

七、计量标准的重复性试验 在计量标准测量重复性考核中，由于三台标准流量计测量范围不同，所以，选取两台口径分别为DN100和DN200的超声流量计作为被测对象。标准表（涡轮）法气体流量标准在测量过程中，根据设置的流量点大小，三台标准涡轮流量计分别作为流量标准器使用，标准器对应的测量范围如下表所示： 标准器 测量范围 （20～160）m3/h （160～1000）m3/h （1000～8000）m3/h DN80 DN150 DN400 流量测量重复性试验方法如下： 在每台标准涡轮流量计的测量范围内选取两个流量点，共选取60 m3/h、120 m3/h、 200 m3/h、800 m3/h、1000 m3/h、2500 m3/h等六个流量点进行重复性测试，在每个流量点连续重复测量10次，记录每次测量示值误差，用10次测量得到的示值误差值计算测量重复性。测量重复性的计算公式为： ErEEiii1n2n1； 重复性试验测量得到的重复性优于标准装置不确定度评定所引用的测量重复性（即0.04%），可判定为合格，数据见下表。 5

测量对象 测量次数 标准器 流量点（m3/h） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0.33 0.33 0.31 0.34 0.28 0.25 0.25 0.31 0.29 0.28 0.03% 合格 0.37 0.42 0.40 0.39 0.43 0.37 0.40 0.37 0.37 0.37 0.02% 合格 DN100超声流量计 测量范围 （30～800）m3/h DN80涡轮流量计 （20～160）m3/h 60 120 DN200超声流量计 测量范围 （90～3000）m3/h DN150涡轮流量计 （160～1000）m3/h 200 800 DN400涡轮流量计 （1000～8000）m3/h 1000 2500 示值误差（%） 0.90 0.97 0.91 0.83 0.95 0. 0.88 0.92 0.85 0.92 0.04% 合格 0.39 0.38 0.38 0.39 0.33 0.42 0.35 0.39 0.36 0.39 0.03% 合格 0.44 0.42 0.50 0.47 0.42 0.46 0.41 0.41 0.35 0.39 0.04% 合格 0.55 0.52 0. 0.61 0.61 0.55 0.54 0.53 0.54 0.51 0.04% 合格 检定员： 陆玉城 Er 结论 6

八、计量标准的稳定性考核 在计量标准稳定性考核中，选用DN200的超声流量计作为测试对象，每隔一段时间，根据被测流量计的测量范围，选取多个流量点（覆盖每台标准器的测量范围），用本标准装置进行一组示值误差测量。每个流量点连续测量6次，取算术平均值作为测量结果。记录并观察4组，取4组测量结果中最大值和最小值之差作为计量标准在这段时间内的稳定性，稳定性应小于标准装置流量测量扩展不确定度的绝对值（即0.33%）。 稳定性测试数据如下表： 试验时间 测量次数 流量点（m3/h） 160 250 900 1600 2500 最大变化量 允许变化量 结论 0.88 0.84 0.36 0.50 0.56 2012年 05月 27 日 2012年 2012年 2012年 示值误差 06月 28 日 07月 25 日 08月 26 日 变化量（%） 平均示值误差Ei（%） 0.70 0.75 0.50 0.48 0.44 0.90 0.87 0. 0.63 0.69 0.28% 0.33% 合格 检定员： 陆玉城 0.85 0.76 0.52 0.44 0.54 0.20 0.12 0.28 0.19 0.25 7

九、检定或校准结果的测量不确定度评定 1、测量的数学模型 本标准装置体积流量测量范围为（20～8000）m3/h。在对流量计进行检定或校准时，流量测量范围在（20～160）m3/h时，标准器选用DN80的标准涡轮流量计；当流量测量范围在（160～1000）m3/h时，标准器选用DN150的标准涡轮流量计；当流量测量范围在（1000～8000）m3/h时，标准器选用DN400的标准涡轮流量计。 (1)流经标准装置的体积流量为： qref式中： Ns KsNs——为标准涡轮流量计发出的脉冲； ks——为标准涡轮流量计的仪表系数。 (2)标准涡轮流量计测得体积流量转换成被检流量计处的体积流量为： qs式中： NsTmPsZm KsTsPmZsTs、Tm——分别为标准流量计处和被检流量计处介质温度测量值，K； Ps、Pm——分别为标准流量计处和被检流量计处介质压力测量值，MPa； Zs、Zm——分别为标准流量计处和被检流量计处介质压缩因子，无量纲； qs——被检流量计处天然气的标准体积流量，m3/s。 2、确定装置测量不确定度的来源 标准装置流量测量参数包括Ns、Ks、Ts、Tm、Ps、Pm、Zs、Zm。 各输入量的灵敏系数为： fCrNs1； NsfCrps1； PsfCrTs1； TsfCrZs1； Zs

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fCrpm1； PmfCrTm1； TmfCrZm1； ZmfCrKs1； Ks3、评定各输入量估计值的相对标准不确定度 3.1标准涡轮流量计仪表系数KS的相对标准不确定度ur(KS) 标准涡轮流量计仪表系数KS的不确定度主要来源于量值溯源引入的不确定度。三台标准流量计量值溯源于国家石油天然气大流量计量站南京分站的流量标准装置，根据南京分站的校准证书，在量程范围内，扩展不确定度优于0.31%，为包含所有测量条件，取最大值，概率密度分布为正态分布，置信概率按95%，包含因子k=2，ur(Ks)可以估算如下： ur(Ks)= 0.31%/2=0.155% 3.2标准涡轮流量计脉冲数Ns估计值的相对标准不确定度ur(Ns) 在对流量计进行检定时，要根据检定流量设置检定时间，一般情况下，在检定过程中，标准流量计累积脉冲数不少于10000个，由于计时终止可能导致脉冲数丢失1个，其几率分布视为均匀分布，ur(Ns) 可以估算如下： ur(Ns) =1/3 /10000×100%=0.0058% 3.3标准涡轮流量计处温度测量Ts估计值的相对标准不确定度ur(Ts) 温度测量不确定度由温度变送器引入，依据检定机构出具的校准证书，标准器所配套温度变送器的最大扩展不确定度为0.022%，为包含最差测量条件，取最大值，所以标准不确定度ur(Ts)如下： ur(Ts)= 0.022% /2= 0.011 % 3.4被检流量计处温度测量Tm估计值的相对标准不确定度ur(Tm) 温度测量不确定度由温度变送器引入，依据检定机构出具的校准证书，标准器所配套温度变送器的最大扩展不确定度为0.022%，为包含最差测量条件，取最大值，所以标准不确定度ur(Tm)如下： ur(Tm)= 0.022% /2= 0.011 % 3.5标准涡轮流量计处气体压力测量ps估计值的相对标准不确定度ur(ps) 压力变送器因测量准确度所导致的不确定度，依据检定机构出具的检定证书可得知准确度等级为0.05级，最大允许误差为±0.05%，几率分布视为均匀分布，属于B类评估ur(ps)可以估算如下： 9

ur(ps)=0.05%/3=0.029% 3.6被检流量计处气体压力测量 pm 估计值的相对标准不确定度ur(pm) 标准涡轮流量计与被检流量计的压力变送器通常一起校准，其复现测量结果具有相关性。压力变送器由于稳定性所导致测量误差的不确定度，压力变送器使用会发生偏移，以检定前测试之最大测量偏差估计为0.02%FS，ur(pm)可以估算如下： ur(pm)= 0.02% 3.7标准器处天然气压缩因子 Zs 估计值的相对标准不确定度ur(Zs) 压缩因子Z是关于压力、温度以及天然气组分的函数，Zm与Zs计算采用相同的天然气组分，组分参数及压缩因子计算方法对Zm与Zs造成的影响会互相抵消。Zs估计值的不确定度仅剩下温度和压力测量误差造成的影响，依据温度变送器与压力变送器准确度等级所造成最大测量误差，其计算结果的最大偏差小于0.05%，几率分布视为均匀分布，包含因子k=3，相对标准不确定度ur(Zs)可以估算如下： ur(Zs)=0.05%/2/3=0.015% 3.8被检表处天然气压缩因子Zm估计值的相对标准不确定度ur(Zm) Zm估计值的不确定度构成与Zs相同，依据温度变送器与压力变送器准确度等级所造成最大测量误差，其计算结果的最大偏差小于0.05%，几率分布视为均匀分布，包含因子k=3，相对标准不确定度ur(Zm) 可以估算如下： ur(Zm) =0.05%/2/3=0.015% 3.9测量结果的重复性ur(Er) 根据标准装置重复性试验测试数据，标准器的重复性最大值为0.04%，则测量结果的重复性为： ur(Er) =0.04% 4、评定输入量估计值的相关性 由于各输入量Ns、Ks、Ts、Tm、ps、pm、Zs、Zm和t的估计值变化，并不会导致另一输入量估计值的变化，因此可视为不相关，即其共变量估算表示的相关系数为0。 5、评定合成标准不确定度 10

标准装置的体积流量测量不确定度组成一览表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 符号 Ks Ns Ts Tm ps pm Zs Zm Er 不确定度来源 标准流量计仪表系数 标准流量计的脉冲数 标准流量计处温度 被检流量计处温度 标准流量计处压力 被检流量计处压力 标准流量计处天然气压缩因子 被检流量计处天然气压缩因子 测量结果的重复性 相对标准不确定度ui(xi) 0.155% 0.0058% 0.011% 0.011% 0.029% 0.020% 0.015% 0.015% 0.04% 灵敏系数Cr(xi) -1 1 -1 -1 1 -1 -1 1 1 合成标准不确定度为ur=0.165%，扩展不确定度Ur=0.33%，包含因子k=2。 6、结论 综合以上，采用标准表（涡轮）法气体流量标准装置开展流量计检定或校准工作，体积流量测量扩展不确定度Ur=0.33%，包含因子k=2。 11

十、检定或校准结果的验证 根据JJF1033-2008《计量标准考核规范》，采用传递比较法对本标准装置的流量测量不确定度进行验证。本标准装置在国家石油天然气大流量计量站南京分站进行量值溯源，为对本装置全量程范围内的流量测量不确定度进行验证，选用南京分站的核查标准作为测量对象，分别采用本装置和南京分站的工作级标准装置进行测量。南京分站的核查标准是口径为DN400和DN150的超声流量计，根据核查标准的测量范围，选取多个流量点，每个点连续测量3次，取示值误差平均值作为测量结果，测量2结果应满足E1E2Ur2Uref。 DN400核查标准测试数据如下表：（本装置流量测量不确定度为0.33%，DN400超声流量计溯源标准的不确定度为0.29%，示值误差偏差的合理范围应优于0.44%）。 南京分站测量 示值误差E1（%） 0.25 0.24 0.23 0.31 本装置测量 示值误差E2（%） 0.38 0.41 0.42 0.34 序号 1 2 3 4 流量点（m3/h） 7600 5600 3200 2000 E1E2（%） 0.13 0.17 0.19 0.03 DN150核查标准测试数据如下表：（DN150超声流量计溯源标准的不确定度为0.22%，示值误差偏差的合理范围应优于0.40%）。 南京分站测量 示值误差E1（%） 0.19 0.22 -0.01 0.01 本装置测量 示值误差E2（%） 0.11 0.02 0.07 0.03 序号 1 2 3 4 流量点（m3/h） 945 710 450 180 E1E2（%） 0.08 0.20 0.08 0.02 比较上述各流量点测量结果，均符合要求，本装置流量测量不确定度得到验证。 12

十一、结论 经过分析和实验验证，标准表（涡轮）法气体流量标准装置符合国家计量检定系统表和计量检定规程JJG 3-2003《标准表法流量标准装置》，满足JJF 1033-2008《计量标准考核规范》要求，可在流量范围为（20～8000）m3/h、压力范围为（2.5～10.0）MPa的工况条件下，以天然气为介质，对准确度等级为1.0级及以下的气体流量计开展检定工作，对不确定度U＞0.33%（k=2）的气体流量计开展校准工作。 十二、附加说明

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