摘要：介绍了引进的车载移动式标准表法的天然气流量标准装置的构成、不确定度分析及验证方法；使用该标准装置开展流量计现场实流检定时，保证流量计检定结果准确可靠应采取的措施，现场检定工艺流程和检定结果；并就流量计现场检定问题对计量站的设计提出了建议。实践表明，对天然气流量计实施现场在线实流检定可以有效地提高流量测量的准确度。
1、概述
流量计量的不确定度不仅与流量计的类型有关，还与流量计的安装条件和检定条件有关。由于流量计在实验室内检定时的安装条件和工况条件与在现场工作时的条件不一致，会对计量结果带来无法修正的误差。而对天然气流量计进行现场在线实流检定则可对上述因素对计量结果的影响进行有效的修正，所以，在许多有关天然气流量计量的标准中，都指出对天然气流量计进行现场在线实流检定是提高流量计量准确度最有效的办法。另外，如果在贸易计量中发生计量纠纷、需要仲裁检定的情况下，也需要对流量计实施现场在线实流检定。为了解决高压天然气流量计的现场在线实流检定问题，中国石油西气东输管道公司引进了一套车载移动式标准表法的气体流量标准装置(以下简称移动标准装置)。
对流量计进行现场在线实流检定，虽然解决了安装条件及检定条件与工作条件不一致对流量计工作性能的影响，但同时也出现了新的问题。用移动标准装置对流量计进行现场在线实流检定时，移动标准装置要从实验室运至计量站场，或在各计量站场间运输，由于各计量站的管道条件、环境条件、工况条件并不完全一致，再加上移动标准装置的计量性能可能会在运输过程中发生变化，所以，如何保证检定时移动标准装置给出的量值的准确可靠性，是开展流量计现场在线实流检定时首先要解决的问题。
2、移动标准装置简介
该移动标准装置由涡轮流量计、超声流量计、在线色谱分析仪、温度变送器、压力变送器、差压变送器、截止阀、流量调节阀、流动整流器和计算机数据采集处理及控制系统等设备组成。所有设备安装在一台特制的箱式卡车上。车箱的前部是操作控制室，计算机数据采集处理和控制系统安装在操作室内，所有流量计、仪表、阀门等设备都安装在车厢的后部。移动标准装置的结构原理图见图1。

DN150和DN400型的涡轮流量计经并联安装后用作标准表，DN300型的多声道超声流量计用作核查表，用于监视标准涡轮流量计的工作特性。DN150和DN400的流量范围分别是80～1000m3／h和800～8000m3／h，DN300的流量范围是80—8000m／h。当检定流量大于或等于1000m3／h时，用DN400作标准表；当检定流量小于1000Hl3／h时，用DN150作标准表。该装置的最大工作压力是10MPa。
3、测量不确定度分析和验证
把标准涡轮流量计给出的被检流量计工况条件下的体积测量值的不确定度作为移动标准装置的测量不确定度。测量不确定度分析评定一览表见表1。

3.1数学模型
根据气体状态方程，将标准涡轮流量计测量的天然气体积换算到被检流量计工况条件下体积的计算公式为：

3.2各参数的标准不确定度分析
3.2.1标准涡轮流量计K-系数的不确定度
标准涡轮流量计K-系数的不确定度就是标准涡轮流量计的不确定度，根据检定机构出具的检定证书可知，标准涡轮流量计的扩展不确定度为0.25％(k=2)，按正态分布考虑。
3.2.2标准涡轮流量计脉冲数N的不确定度
假设检定过程中，累积的标准涡轮流量计的脉冲数N不低于10000个，脉冲计数的误差为±2个脉冲，按均匀分布考虑。
3.2.3温度测量值T的不确定度
温度变送器的准确度等级为0.2级，测量范围为0～50℃。假设检定时介质的温度为20℃，按均匀分布考虑。
3.2.4压力测量值P的不确定度
压力变送器的准确度等级为0.05级，测量范围为010MPa。假设检定时介质的压力为5MPa，按均匀分布考虑。
3.2.5天然气压缩因子Z的不确定度
在检定过程中，由于标准涡轮流量计和被检流量计处的工况参数相差不大，而且z是根据同一标准计算出来的，其计算误差在zm/z.一项中会相互抵消。所以，在对Vm的不确定度分析评定过程中可以不考虑z的不确定度。
3.2.6移动标准装置的重复性取核查超声流量计为被检定的流量计，根据对移动标准装置重复性考核的结果，取移动标准装置的重复性为0.08％。
3.3合成标准不确定度和扩展不确定度
装置的合成标准不确定度为上述各参数标准不确定度的方和根，其结果为0.173％；装置的扩展不确定度为0.35％(k=2)。
3.4不确定度验证
用移动标准装置对DANIEL公司生产的一台DN300型气体超声流量计进行检定。在5个流量点下检定，每个流量点重复检定10次。用该标准装置检定的流量计系数MF。和美国CEESI对天然气流量计检定的流量计系数MF：及二者的偏差见表2。

移动标准装置的不确定度U1=0.35％(k=2)，CEESI标准装置的不确定度U2=0.23％(k：2)，按JJF1033((计量标准考核规范》中的规定，当用传递比较法验证装置的不确定度时，用两标准装置对同一流量计在同一流量点下检定结果的差值小于两装置不确定度的方和根(0.42％)即满足要求。
从表2中数据可见，最大偏差为0.21％，小于0.42％。所以，移动标准装置的不确定度不超过0.35％(k=2)得以验证。
4、保证现场检定结果准确可靠采取的措施
4.1保证标准涡轮流量计和核查超声流量计的校准结果准确
由于移动标准装置的结构比较紧凑，标准涡轮流量计和核查超声流量计的安装管道不满足相关标准中规定的安装条件，所以，在对标准涡轮流量计和核查超声流量计校准时，将移动标准装置的标准表和核查表及安装管路作为一个整体考虑，这样在校准的结果中可以修正安装条件的影响。另外，考虑到工况压力对流量计工作性能的影响，在工作压力范围内不少于三个不同压力下对标准表和核查表进行校准。
4.2保证标准涡轮流量计和核查超声流量计的测量结果准确可靠在如下三个方面采取措施：
(1)对标准表和核查表的示值进行修正。根据被检流量计的工作压力，在数据采集处理和控制系统中，输入相近压力下标准涡轮流量计和超声流量计在不同流量点下的修正值或示值误差，以便于修正工况参数变化对标准表和核查表的影响。
(2)用核查表监视标准表的工作特性。通过观察核查超声流量计与标准涡轮流量计示值之间的差值和该差值的重复性来判断移动标准装置的工作特性是否发生了变化，其理论依据是认为同一影响因素对工作原理不同的涡轮流量计和超声流量计产生的影响不同，从而保证移动标准装置的计量性能不因其在各计量站间的运输及各计量站的安装管道、工况条件、环境条件不一致而发生变化。在移动标准装置中，涡轮流量计的不确定度为0.25％，超声流量计的不确定度为0.3％，所以，按二者不确定度
的方和根确定二者示值的最大偏差为0.39％。另外，在装置的不确定度合成中，取移动标准装置的重复性为0.08％，该值即为核查超声流量计与标准涡轮流量计示值的差值的重复性。所以，在现场用移动标准装置检定流量计时，如果在某一流量点下多次检定结果的核查超声流量计与标准涡轮流量计示值的差值不超过0.39％，且该差值的重复性小于0.08％，则认为该流量点的检定结果有效，否则，认为检定结果无效，应重新检定。必要时须对核查表和标准表进行检查或重新校准。实际测试结果表明，当检定流量小于500m3／h时，核查超声流量计与标准涡轮流量计示值的差值接近0.39％；当检定流量较大时，二者的差值小于0.30％。
(3)当移动标准装置从现场回到实验室后，再对标准涡轮流量计和核查超声流量计进行校准。如果标准装置的稳定性满足要求，则此次现场在线检定结果有效；如果标准装置的稳定性不满足要求，则对计量结果有怀疑的流量计应重新进行检定。
4.3保证标准涡轮流量计下游安装的ORBIT强制密封阀无泄漏在每次检定开始前或期间用接在阀体检漏口上的压力变送器检测阀门是否泄漏。具体做法是：先将阀门关闭，关闭阀体检漏口引压管上的电磁阀，打开检漏用压力变送器的放空电磁阀，待压力变送器的示值接近大气压力时，再关闭放空电磁阀，打开阀门检漏管上的电磁阀，过5分钟后如果压力变送器的示值无变化，则认为阀门的密封性满足要求。
4.4确认和设定流量计系数
在对超声流量计检定时，其信号处理单元可能存储了上次检定的流量计系数(MF)。如果检定的流量点与上次的一致，则新流量计系数等于此次检定的流量计系数与原来存储的流量计系数之积。如果检定的流量点与上次的不同，则建议将被检流量计的流量计系数全部设成1，然后进行检定，这样，可以避免用插值法计算流量计系数的过程中带来的附加误差。
4.5设置足够长的预运行和检定时间
在设置好检定流量点并导通工艺流程后，要使装置预运行一段时间。环境温度与管道内的天然气温度相差越大，预运行的时间就应越长，具体长短可以通过监视被检流量计处温度、压力的稳定情况而定。设置足够长的检定时间一方面是保证检定过程中有足够多的天然气流过，减少温度和压力参数变化对检定结果的影响；另一方面，可以保证检定过程中累积足够多的流量计发出的脉冲，保证脉冲计数的准确性。一般情况下，设定的预运行时间为几分钟至数十分钟，一次检定时间不少于120s，一次检定过程中累积的脉冲数不少于10000个。
5、现场检定工艺流程和结果
在现场检定前要做比较充分的准备工作。对连接工艺管道作改造：把计量橇上预留的检定接头用管道接至路边，每个站上的连接法兰均为DN300，两法兰问的轴心距、距路面的高度及路边的距离都一致，以便于移动标准装置的连接。现场检定时，将移动标准装置的入出口分别与计量橇上的预留检定接头连接，使标准装置串接在被检流量计的管路中。现场检定工艺原理图见图2。
图3中给出了在某计量站用移动标准装置对DANIEL公司生产的DN300SonicQ4流量计的检定结果。根据现场的实际工况条件，在检定流量范围4004800m3／h内选择6个流量点，每个点检定6次。然后，用检定得到的流量计系数对流量计修正后，再选3个流量点进行检查。由图3可见，在修正前流量计的最大误差值约为-0.5％；对流量计的测量值用流量计系数修正后，其测量误差不超过±0.1％
6、结论和建议
根据现场检定的经验和结果，可以得出如下三点结论：
(1)对天然气流量计实施现场在线实流检定可以有效地提高流量测量的准确度。


(2)对在线实流检定应采取必要的措施，以便保证检定结果准确可靠。
(3)现场检定需要运输计量标准、工具、连接管道、人员的车辆和起重车辆，投入的人力和物力较大。
考虑流量计现场在线实流检定问题时，对计量站的设计提出如下三点建议：
(1)计量站场的路面要有足够的宽度，检定接头附近要有足够的空间，地面要有足够的强度，以便移动标准车的通行和停放，并注意不要占用站内的防火通道。
(2)预留检定接头的尺寸、空间位置要一致，便于连接管道的制作和现场连接。
(3)为了便于检定时调节流量，下游的检定接头应接在减压阀门的下游。