差压变送器在天然气流量计量标准装置中的应用

　　摘要:随着国家节能减排战略的实施，天然气作为清洁能源得到快速发展，准确的天然气计量对于维护市场秩序、促进天然气和谐发展具有至关重要的作用。天然气体积计量为导出量，需要通过建立流量标准装置进行量值复现，标准装置的准确与否直接决定天然气贸易交接的准确性，文章通过差压变送器在天然气流量标准装置中应用原理、应用前后的不确定度评定分析，总结绝压+差压压力测量方式对标准装置准确度的影响，可减小0.06%的不确定度分量，同时利用实验效果确认其应用效果。

　　1、概述

　　天然气流量计为天然气贸易交接计量的主要仪表，其计量性能需要定期通过流量标准装置实流检定的方式进行确认［1］，国内流量标准装置多采用标准表法原理［2－3］，通过录取相同时间段内标准流量计与被检流量计输出的流量值，确定被检流量计的计量性能。

　　天然气具有可压缩性，标准流量计与被检流量计的工况条件不尽相同，需要准确测量两处的温度、压力工况条件，经温度、压力及压缩因子补偿后进行比较计算。目前压力测量选用绝压变送器［4－5］，准确度等级达到0.05级，提高难度较大，通过对流量标准装置工作原理及不确定度分析发现，可以通过差压变送器与绝压变送器组合测量的方式减小压力测量对标准装置不确定度的分量［6］。

　　2工作原理如图1所示，在被检流量计处安装绝压变送器，在标准流量计处安装差压变送器，低压端压力源为被检流量计压力，则标准流量计的压力值为:

　　Pf=Pn+Pf

　　式中:Pf为标准流量计处的压力值，MPa;Pn为被检流量计处的压力值，MPa;Pf为标准流量计与被检流量计之间的差压值，MPa。

　　3压力测量引入不确定度分量分析

　　3.1标准装置不确定度评定模型

　　为了将工况条件进行统一，需要将标准［7］流量计处的流量换算至被检流量计处工况条件下，计算公式如下:

　　qn=qf(Pf/Pn)(Tn/Tf)(Zn/Zf)

　　式中:qn为标准表在被检表工况下的瞬时流量，m3/h;qf为标准表实际工作条件下的瞬时流量，m3/h;Pn为被检表工作条件下的绝对压力，MPa;Pf为标准表工作条件下的绝对压力，MPa;Tn为被检表工作条件下的热力学温度，K;Tf为标准表工作条件下的热力学温度，K;Zn为被检表工作条件下的压缩因子，按AGA8计算得出;Zf为标准表工作条件下的压缩因子，按AGA8计算得出。被检流量计的检定结果以相对示值误差E(%)表示，其计算公式为:

　　式中:qmut为被检流量计的测量体积瞬间流量，m3/h。3.2压力测量引入的不确定度分量分析

　　3.2.1绝压+差压压力测量方式

　　(1)相对示值误差

　　利用绝压+差压的压力测量方式，则相对示值误差为:

　　(2)被检流量计处压力测量Pn引入的不确定度分量

　　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，所对应非常大允许误差为0.05%，量程PFS为0～10MPa，概率分布视为均匀分布，属于B类评估，u(Pn)可以估算如下:

　　差压变送器非常大量程为0～249kPa，介质压力按6MPa考虑，差压按249kPa考虑，则不确定度输入量Pn的灵敏系数为:

　　被检流量计压力测量Pn输出的不确定度为:ur(Pn)=CPnu(Pn)=0.0017%(3)标准流量计处压力测量Pf引入的不确定度分量

　　通过公式分析可知，标准涡轮流量计处压力

　　测量的不确定为差压变送器Pf，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，非常大允许误差为0.05%，差压变送器量程为0～249kPa，将其概率分布视为均匀分布，属于B类评估，u(Pf)可以估算如下

　　被检流量计压力测量Pf输出的不确定度为:ur(Pf)=CPu(Pf)=－0.0011%3.2.2常规绝压变送器测量

　　(1)被检流量计处压力测量Pn引入的不确定度分量

　　压力变送器的准确度等级为0.05级，量程为0～10MPa，介质压力按6MPa考虑，概率分布视为均匀分布，则压力测量的不确定度分量为:

　　被检流量计压力测量Pn输出的不确定度为:ur(Pn)=CPnu(Pn)=0.048%(2)标准流量计处压力测量Pf引入的不确定度分量

　　标准流量计处压力变送器的准确度等级为0.05级，量程为0～10MPa，介质压力按6MPa考虑，概率分布视为均匀分布，则压力测量的不确定度分量为:

　　4不确定度分析比较

　　通过绝压+差压压力测量方式与使用绝压测量压力带来的天然气流量标准装置不确定度进行比较分析，压力测量合成不确定度分别为0.002%、0.068%，比较结果具体数据见表1。

　　通过比较可见，采用绝压+差压压力测量模式将压力测量引入的标准不确定度由0.068%降低至0.002%，降低了标准装置的整体不确定度，提高了标准装置的准确度。

　　5结论

　　通过差压变送器在天然气流量标准装置中的应用，采用绝压+差压的标准涡轮流量计压力测量模式，可有效减小压力测量引入的准确度分量，提升标准装置的不确定度水平，确保了装置的准确可靠，同时该种测量模式可在不同原理的标准装置中推广应用［10］，促进天然气计量水平的进步，维护天然气贸易交接中的公平公正。