浅谈建立天然气量值动态溯源体系
郭绪明 张福元
摘要：本文介绍了国内外天然气流量量值溯源体系及著名的检测技术机构 。以具有国际技术水平、亚洲第一的国家原油大流量计量站成都天然气流量分站的天然气流量原级标准装置为基础，提出了建立国内天然气流量量值溯源体系的设想及二级检测站标准装置配备的建议。
引言：天然气是一种洁净的能源和优质的化工原料而受到各国政府和企业的重视。我国已经启动了西气东输及四川往湖南、湖北输气的工程。广东、福建和上海的区域性LNG管线也正处于计划实施阶段。随着天然气使用量的增加和价格逐渐到位，产、输、销和用户四方对天然气准确计量都非常重视。为了保证天然气计量准确，量值溯源体系是非常关键的。由于天然气是高压、易燃易爆的混合气体，量值溯源过程有其特殊性。本文在总结国内外天然气流量计量主要检测技术机构的软硬件和量值溯源体系的基础上，对国内如何建立天然气量值动态溯源体系谈谈我们肤浅的意见。
量值溯源常用方法
越高级的标准装置，其使用的流量和压力范围越小，可通过检定、校准或比对等方式进行量值溯源或传递。
放大流量方法
放大流量最常用的两种方法：
一是多台标准流量计并联；
二是，当工作压力在标准流量计的使用压力范围内时，也可把标准流量计安装在高压区，被检流量计（标准流量计）安装在低压区，利用压力差别放大流量计。
提高压力方法
提高压力的两种方法：
一是把标准流量计安装在低压区，被检流量计（标准流量计）串联安装在高压区。
二是当使用涡轮作标准流量计时，可使用雷诺数与仪表系数的关系式在低压大雷诺数检定或校准，在高压相同的雷诺数范围内使用的方法放大压力，仍是多台标准流量计并联，即压力（密度）提高，流速等比例下降，维持雷诺数不变。
量值溯源方法基本要求
在天然气的量值溯源过程中，涉及到介质、流量范围、压力、温度等条件的影响。介质是否有影响与选择的方法和标准流量计有关。基本要求是所有量值溯源过程处于受控状态，即：
对传递标准或次级标准或工作标准，在使用时的压力、温度、流量范围要求与向上一级标准溯源（检定或校准或比对）时的压力、温度、流量范围基本一致。
对于工作计量器具的溯源，在使用时的压力、温度、流量范围要求与检定或校准时的压力、温度和流量范围相似。
标准装置不确定度计算
所有的流量检测技术机构都使用并联组合标准流量计的方法来扩大流量。由于每台标准流量计都是独立工作的，并联组合后标准流量的不确定度可用下式计算：
  ……………………………….         (1)
式中：q——并联组合后标准流量计的总流量；
U——并联组合后标准流量计总流量的不确定度；
qi——并联组合中第i台标准流量计的流量；
Ui——并联组合中第i台标准流量计流量的不确定度。
国内外主要技术机构及其标准装置简介
原级标准装置
国内外天然气流量检测技术机构很多，但不是所有机构都有原级标准。表1中列出国内外主要技术机构的原级标准。
      表1国内外高压天然气流量检测机构主要原级标准
机构名称	国家	最大流量	工作压力	不确定度 	备注		NMi[1]	荷兰	4 m3/h	常压	0.01%	动态转换，空气		GRI[2]	美国	43.0 kg/s	10.0 MPa	0.1%	mt，天然气或氮气		GRI	美国	4.6 kg/s	1.4 MPa	0.1%			CEESI[3]	美国	4.55 kg/s	12.4 MPa	0.1%	体积法，空气		CEESI	美国	0.09 kg/s	12.4 MPa	0.1%	mt，非可燃气		CEESI	美国	0.465kg/s	10.3 MPa	0.1%	体积法，非可燃气		PigSar[4]	德国	480 m3/h	5.0 MPa	0.1%	HPPP，天然气		法国燃气公司	法国			0.23%	PVTt,天然气		NEL[5]	英国	3.5 kg/s	6.2 MPa	0.1%	mt，空气		成都天然气流量分站	中国	2.45 kg/s	4.0 MPa	0.1%	mt，天然气		
次级/工作标准装置
在2002年4月华盛顿第5届国际流量测量讨论会上，PTB和PigSar的专家在其论文[6]中用图比较了PigSar与其它技术机构的检测能，列于图1和图2。
图1 欧洲高压天然气检测装置能力与PigSar的比较
主要技术机构简介
天然气高压大流量检测技术机构一般都建在天然气管线上，并有一个大的用户（如发电厂），工作标准装置大多为涡轮流量计。下文将介绍几个有代表性的技术机构。
图2 欧洲以外高压天然气检测装置能力与PigSar的比较
NMi
荷兰计量技术研究院(NMi)[7]是负责荷兰国家量值溯源等任务。其低压动态置换气体原级标准装置是荷兰的国家基准，虽然只提供1~4 m3/h的流量，由于小流量易于控制，不确定度可达0.01%，它采用了以下技术：
严格控制环境温度，使环境温度的变化不影响测量准确度。实验室温度变化每天控制在±2℃，每小时在±0.1℃内。
使用500L的钟罩提供气源，加之高精度的调压系统，保证校准时气流的稳定性。
由气体置换稳定油，而后称量油的重量而获得体积的方法，克服了PVTt法中温度压力变化对容器体积影响所带来的误差以及mt法中称量气体重量对高精度天平的要求和温度压力对称量容器体积改变而影响称量结果。该装置由500升钟罩提供1~4m3/h的流量，流经被测表至置换桶，气体置换桶中的固定液体至称量装置，选用的液体是很稳定的油，密度比空气大得多，排出的油能进行准确的称量，加之环境温度非常稳定，由油的质量可得到非常准确的体积量，除以时间就可得到准确的流量。
GRI
美国西南研究院（SwRI）所属的气体研究所（）[8]Distribution Test Standard）。检测方法标准是称重法，介质为天然气或氮气，DTS也可用空气，0.1%~0.25%。详细的技术指标列于表2。     表2  GRI检测能力
项目/标准装置	最压环路,HPL	低压环路,LPL	民用气检测标准，DTS		最大工况流量，m3/h	2379	906	71		压力范围，MPa	1.0~8.3	0.14~1.45	0~0.28		温度范围，℃	4.44~48.89（40~120F）	常温		管径范围，mm	50~500	25~200	(100		PigSar
PigSar[6]检测站属于德国Ruhrgas AC公司，天然气流量检测和校准由PTB授权并监督。它是目前唯一一家使用高压体积管作为原级标准装置的技术机构，工作标准装置为涡轮。工作压力范围为1.6~5.0 MPa，8~6500m3/h，不确定度为0.15%。
国家原油大流量计量站成都天然气流量分站建于1998年，拥有质量时间(mt)法天然气流量原级标准和临界流文丘利喷嘴次级标准。总体水平与世界上现有的标准装置相当，为亚洲之最，       表3  成都天然气流量分站的检测能力
标准装置	最大流量	最大压力，MPa	不确定度	管径范围，mm 		原级标准	2.4kg/s (320 m3/h)	4.0 	0.1%	25~100		次级标准	600 m3/h	4.0	0.25%	25~400			5115 m3/h	2.0 					10230 m3/h	0.8				TCC
TCC（Tran
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