標準表法工作級計量標準的建立

侯陽+薛永鑫+王吉開

摘 要：國家石油天然氣大流量計量站武漢分站（以下簡稱“武漢分站”）工作級計量標準采用標準表法，按照JJF 1033《計量標準考核規范》的要求完成了計量標準的重復性試驗、穩定性考核，測量結果的不確定度評定與驗證，完成建標，可以天然氣為介質，對流量計口徑DN500以下，流量測量范圍（20～9600）m3/h，準確度等級為1.0級及以下的氣體流量計開展檢定工作，校準氣體流量計測量不確定度U=0.29%，k=2。

關鍵詞：計量標準；溯源；重復性；穩定性；不確定度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.200

1 建立計量標準的目的

近年來，我國天然氣工業快速發展使天然氣流量計的檢定需求不斷增加，對國內天然氣實流檢定能力提出了新的要求。為滿足天然氣貿易交接流量計檢定工作的需要，中國石化依托川氣東送管道，建設了國家石油天然氣大流量計量站武漢分站。武漢分站的建成填補了中國石化在該技術領域的空白，進一步完善了國家天然氣流量量值溯源和傳遞體系，有利于促進我國天然氣計量科學技術進步，滿足國家天然氣工業發展需要。

2 計量標準的工作原理及其組成

武漢分站工作級計量標準采用標準表法，標準裝置分為大流量檢定系統和小流量檢定系統。小流量檢定系統和大流量檢定系統下游設計了7路檢定臺位：1路DN80、1路DN100條、1路DN150、1路DN200、1路DN300、2路DN400口徑，通過變徑可安裝DN50～DN400口徑被檢天然氣流量計，每個檢定臺位可以同時串聯安裝2臺被檢流量計，另外，還設計了1條DN300口徑移動標準裝置檢定接口。配備了一臺在線氣相色譜分析儀，可以實時對測量介質的組成進行分析，測量數據上傳至檢定系統參與流量計算。為了提高測量結果的可靠性，每一個標準支路還配備了1臺核查超聲流量計，串聯在標準渦輪流量計的上游，作為比對流量計實時監測該支路渦輪流量計的計量性能，確保檢定和校準結果的準確可靠。

3 計量標準的主要技術指標

（1）測量介質：天然氣；

（2）設計壓力：10MPa；

（3）工作壓力：（2.5～10.0）MPa；

（4）小流量檢定系統測量范圍：（20～1600）m3/h，測量結果的不確定度：U=0.29%，k=2；大流量檢定系統測量范圍：（80～9600）m3/h，測量結果的不確定度：U=0.29%，k=2。

（5）檢定口徑：DN50～DN500；

（6）檢定能力：650臺/年。

4 標準器及配套儀表溯源情況

2015年7月～10月，標準渦輪流量計和核查超聲流量計送至南京分站完成進行校準。校準結果13臺標準渦輪流量計和11臺超聲流量計計量性能指標均滿足技術要求。

2016年4月～5月，標準器的配套溫度變送器、壓力變送器、差壓變送器完成現場校準。

工作級流量標準裝置的11臺標準渦輪流量計均溯源于國家站南京分站的次級臨界流噴嘴標準裝置，受限于南京分站的次級標準的測量水平，武漢分站工作級標準器的測量不確定度在0.23%（k=2），工作級標準裝置的測量不確定度優于0.29%（k=2）。

5 計量標準的重復性試驗、穩定性考核

重復性試驗方法如下：

在每臺標準渦輪流量計的測量范圍內選取3個流量點，在每個流量點連續重復測量10次，記錄每次測量結果并計算示值誤差，用10次測量得到的示值誤差值計算測量重復性。

在大流量檢定系統測量范圍內選取3個流量點，在小流量檢定系統測量范圍內選取4個流量點，在每個流量點連續重復測量10次，記錄每次測量結果并計算示值誤差，用10次測量得到的示值誤差值計算測量重復性。

通過對小流量、大流量檢定系統重復性試驗，標準器和檢定系統的測量重復性均優于0.04%。

穩定性考核方法如下：

分別選用口徑為DN200的渦輪流量計和DN400的超聲流量計作為小流量檢定系統和大流量檢定系統測試對象，每隔一個月，在測量范圍內，選取多個流量點，用標準裝置進行一組示值誤差測量。每個流量點連續測量3次，取算術平均值作為測量結果。記錄并觀察4組測量結果，取4組測量結果中最大值和最小值之差作為計量標準在這段時間內的穩定性，穩定性應小于標準裝置流量測量結果擴展不確定度的絕對值。

小流量檢定系統選取5個流量點進行穩定性測試，系統的穩定性為0.25%，大流量檢定系統選取3個流量點進行穩定性測試，系統的穩定性為0.13%，均優于檢定系統流量測量結果擴展不確定度的絕對值，即0.29%，判定為合格。

6 檢定或校準結果的驗證

根據JJF 1033-2008《計量標準考核規范》，分別采用比對法和傳遞比較法對本標準裝置的大流量檢定系統和小流量檢定系統的測量不確定度進行能力驗證。大流量檢定系統采用Elster公司生產的DN250超聲流量計（測量范圍（48～5900）m3/h）作為測量對象，測試結果與南京分站工作級標準裝置測試數據進行比較；小流量檢定系統采用Elster公司生產的DN200渦輪流量計（測量范圍（80～1600）m3/h）作為測量對象，測試結果與南京分站次級標準裝置測試數據進行比較。

（1）大流量檢定系統。根據南京分站工作級標準裝置的測試數據，選取對應流量點，每個點連續測量3次，取示值誤差作為測量結果，測量結果應滿足，其中Ulab為本標準裝置大流量檢定系統測量結果的擴展不確定度，包含了裝置的測量不確定度和測量流量計的測量不確定度。表1為大流量檢定系統能力驗證試驗的測試數據：

（2）小流量檢定系統。根據南京分站次級標準裝置的測試數據，選取對應流量點，每個點連續測量3次，取示值誤差作為測量結果，測量結果應滿足，其中Uref為南京分站次級標準裝置測量結果的擴展不確定度，Ulab為本標準裝置小流量檢定系統測量結果的擴展不確定度，包含了裝置的測量不確定度和測量流量計的測量不確定度。表2為小流量檢定系統能力驗證試驗的測試數據：

比較上述各流量點測量結果，均符合要求，本裝置流量測量不確定度得到驗證。

7 結論

經過分析和實驗驗證，武漢分站工作級計量標準標準表法氣體流量標準裝置符合國家計量檢定系統表和國家計量技術規范JJF 1033-2008《計量標準考核規范》要求，可以以天然氣為介質，對口徑DN500及以下，流量測量范圍（20～9600）m3/h，準確度等級為1.0級及以下的氣體流量計開展檢定工作，校準氣體流量計測量不確定度U=0.29%，k=2。

作者簡介：侯陽（1991-），男，湖北武漢人，主要從事天然氣流量計的檢定測試研究