渦輪流量計精度不确定性的(de)因素

渦輪流量計是目前廣泛使用(yòng)的(de)傳遞流量計，國内通(tōng)常依據檢定規程隻進行一些固定流量點的(de)檢測。但渦輪流量計在使用(yòng)時(shí)，所使用(yòng)的(de)流量點和(hé)檢定的(de)流量可(kě)能并不一緻，即存在非定點使用(yòng)的(de)情況。

在甘肅省瓜州縣腰占子村(cūn)，西氣東輸三線瓜州站完成最後一道焊口，标志著(zhe)西氣東輸三線西段全線貫通(tōng)。西段工程建成投産後，來(lái)自中亞的(de)天然氣和(hé)新疆煤制天然氣将通(tōng)過中衛站向西氣東輸一線和(hé)二線、陝京系統和(hé)中貴線輸送，長(cháng)三角、珠三角、京津環渤海和(hé)川渝地區(qū)數億民衆将因此受益。

我國西部地區(qū)的(de)塔裏木(mù)盆地、柴 達木(mù)盆地蘊藏著(zhe)8萬億立方米的(de)天然氣資源，約占全國陸上天然氣資源的(de)22%。2000年2月(yuè)，國務院批準啓動“西氣東輸”工程，這(zhè)是僅次于長(cháng)江三峽工程的(de)又一重大(dà)投資項目。西氣東輸工程是我國距離最長(cháng)、口徑最大(dà)的(de)輸氣管道，東西橫貫新疆、甘肅、甯夏、陝西、山西、河(hé)南(nán)、安徽、江蘇、上海9個(gè)省區(qū)，全長(cháng)達 4200公裏。

随著(zhe)西氣東輸工程的(de)實施，長(cháng)三 角地區(qū)的(de)用(yòng)氣量激增，爲提升天然氣計量的(de)準确度，中國石油從2000年開始，在南(nán)京籌建天然氣計量站。該站建設了(le)完整的(de)天然氣量值傳遞體系，包括MT法原 級标準裝置、音(yīn)速噴嘴法次級标準裝置和(hé)渦輪流量計法工作标準裝置。2012年初，該站完成建标考核，正式對(duì)外開展工作。

在天然氣計量站正式投入使用(yòng) 後，天然氣計量方面陸續暴露出不少問題，與計量站有著(zhe)多(duō)年合作的(de)中國計量院熱(rè)工所流量室副研究員(yuán)李春輝給出了(le)解釋。首先，國内天然氣計量站原級标準裝置的(de) 不确定度水(shuǐ)平與國外先進水(shuǐ)平存在一定差距。“目前，德國物(wù)理(lǐ)技術研究院天然氣原級标準的(de)測量能力處于世界領先水(shuǐ)平，其測量不确定度爲0.06%；而南(nán)京天 然氣計量站的(de)MT法原級标準裝置的(de)不确定度爲0.10%。”測量不确定度水(shuǐ)平對(duì)天然氣的(de)輸送和(hé)消費到底有多(duō)大(dà)影(yǐng)響？李春輝算(suàn)了(le)一筆賬：“我國每年輸送和(hé)消費的(de)天然氣量超過1000億立方米，原級裝置的(de)測量不确定度直接影(yǐng)響到貿易交接用(yòng)流量計的(de)準确度，其測量不确定度每降低0.01%，都會對(duì)天然氣貿易産生數以億計的(de)經濟影(yǐng)響。”因此，進一步研究MT法原級标準的(de)不确定度影(yǐng)響因素，并在此基礎上提升整個(gè)天然氣計量體系的(de)不确定度具有重要的(de)經濟和(hé)社會意義。

其次，随著(zhe)天然氣使用(yòng)量持續增加，中石油在成都建立了(le)天然氣計量站，中石化(huà)正在武漢建設天然氣計量站，中海油也(yě)正在籌建自己的(de)天然氣計量站。但由于對(duì)傳遞流量計研究的(de)不足，國内各天然氣計量站之間未進行計量比對(duì)，國内天然氣計量的(de)量值還(hái)未實現統一，容易造成天然氣計量的(de)混亂，影(yǐng)響天然氣的(de)交易和(hé)消費。

作爲我國計量科學研究最高(gāo)機構，中國計量院從2012年開始與國内各天然氣計量站陸續開展合作，主要目的(de)就是解決以上兩個(gè)問題。

通(tōng)過分(fēn)析及實驗，李春輝和(hé)同事們确認了(le)影(yǐng)響MT法原級标準裝置不确定度的(de)最大(dà)分(fēn)量。“我們從現有天然氣MT法原級标準裝置的(de)不确定度分(fēn)析模型出發，重點降低占标準裝置不确定度較大(dà)分(fēn)量 的(de)浮力及時(shí)間測量不确定度分(fēn)量。通(tōng)過稱量容器外施加保溫材料可(kě)降低浮力影(yǐng)響；在旁通(tōng)管路上安裝可(kě)高(gāo)速測量壓力的(de)儀表及壓力調節閥門，通(tōng)過壓力調節閥門調節 旁通(tōng)管路所需的(de)壓力，基于進氣閥門開、關過程中高(gāo)速壓力測量儀表采集的(de)壓力數據，可(kě)選擇合理(lǐ)的(de)測量時(shí)間，使進氣閥門開、關時(shí)附加容積内的(de)質量相同，該方法不僅可(kě)以消除附加體積内的(de)測量不确定度，并可(kě)極大(dà)地降低時(shí)間測量不确定度。”目前，南(nán)京天然氣計量站正在依照(zhào)中國計量院的(de)研究成果進行相應的(de)技術改造，完成後，有望提升MT法原級标準裝置的(de)不确定度水(shuǐ)平。成都天然氣計 量站新建的(de)MT法原級标準裝置已采用(yòng)了(le)相應的(de)研究成果。

渦輪流量計是目前廣泛使用(yòng)的(de)傳 遞流量計，國内通(tōng)常依據檢定規程隻進行一些固定流量點的(de)檢測。但渦輪流量計在使用(yòng)時(shí)，所使用(yòng)的(de)流量點和(hé)檢定的(de)流量可(kě)能并不一緻，即存在非定點使用(yòng)的(de)情況。以往，國内多(duō)采用(yòng)線性内插對(duì)渦輪流量計的(de)性能予以評估，由于該方法引入較大(dà)的(de)不确定度，極大(dà)地降低了(le)渦輪流量計的(de)準确度。“我們針對(duì)不同壓力下(xià)渦輪流量計的(de)測試結果，基于國外同行的(de)研究經驗，在國内首次采用(yòng)曲線拟合法對(duì)其計量特性進行合理(lǐ)評估，提升了(le)其準确度。”李春輝和(hé)同事們的(de)研究成果有效地促進了(le)國内 天然氣量值的(de)統一。

中國計量院與相關天然氣計量站的(de)合作，促進了(le)國内現有MT法天然氣流量原級标準裝置水(shuǐ)平的(de)提升，在次級标準、工作标準領域内的(de)合作研究更直接地促進了(le)現場(chǎng)工作流量計流量測量不确定度的(de)降低，提升了(le)我國天然氣流量量值傳遞的(de)水(shuǐ)平和(hé)計量的(de)準确度水(shuǐ)平。