高飛

(中國(guó)石油化工有限公司 西北油田分公司,新疆 庫(kù)爾勒 841600)

目前,在原油輸送過(guò)程中,刮板流量計(jì)是一種常用的動(dòng)態(tài)計(jì)量器具。某原油交接末站配備4臺(tái)smith LH8-S3型0.2級(jí)刮板流量計(jì),1套BI-DI型體積管,每6個(gè)月通過(guò)體積管對(duì)刮板流量計(jì)檢定一次,修正一次流量計(jì)系數(shù),并參與下一檢定周期內(nèi)的交接計(jì)算。因此,刮板流量計(jì)的計(jì)量性能、計(jì)量準(zhǔn)確度將直接影響原油貿(mào)易交接計(jì)量的準(zhǔn)確性。

測(cè)量不確定度是指由于測(cè)量誤差的存在,對(duì)被測(cè)量值的不能肯定的程度,是表示被測(cè)量值分散性、準(zhǔn)確性和可靠程度的量[1]。一般情況下,不確定度值越小,表明測(cè)得的結(jié)果與被測(cè)量的真值越接近,與真值的分散程度越小,結(jié)果越好。測(cè)量不確定度一般有若干分量組成,根據(jù)測(cè)量過(guò)程中隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的存在,測(cè)量方法分為A類(lèi)評(píng)定和B類(lèi)評(píng)定。其中,一些分量由于是隨機(jī)誤差引起的,通過(guò)對(duì)在規(guī)定測(cè)量條件下增加測(cè)量次數(shù)取平均值得到的真值,采用統(tǒng)計(jì)的方法評(píng)定所得的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為A類(lèi)評(píng)定;另一些分量的測(cè)得不同于A類(lèi)評(píng)定的方法,通過(guò)經(jīng)驗(yàn)值或其他信息進(jìn)行的測(cè)量不確定度分量的評(píng)定為B類(lèi)評(píng)定,含有主觀的成分。通過(guò)A,B兩類(lèi)評(píng)定方法可得出合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度[1-2]。

本文根據(jù)該末站刮板流量計(jì)歷次檢定數(shù)據(jù),分析檢定誤差并針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)體積管檢定原油刮板流量計(jì)的示值誤差的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度的分析及評(píng)定,深入研究影響刮板流量計(jì)檢定誤差的原因,提出相應(yīng)合理化解決對(duì)策。

1 檢定結(jié)果不確定度評(píng)定

1.1 檢定原理

按照J(rèn)JG 667—2010《液體容積式流量計(jì)檢定規(guī)程》[3]要求,對(duì)準(zhǔn)確度等級(jí)不低于0.5級(jí)的流量計(jì),檢定點(diǎn)一般不少于5個(gè),均勻分布,包含最小和最大流量點(diǎn),檢定過(guò)程中實(shí)際檢定流量與設(shè)定流量偏差應(yīng)不超過(guò)設(shè)定流量的±5%,對(duì)每個(gè)檢定點(diǎn)至少檢定3次,相對(duì)誤差不大于±0.2%,各檢定點(diǎn)重復(fù)性不大于±0.067%為檢定合格判定依據(jù)。刮板流量計(jì)檢定系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)見(jiàn)表1所列。

表1 刮板流量計(jì)檢定系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)

1.2 數(shù)學(xué)模型

刮板流量計(jì)檢定的不確定度評(píng)定根據(jù)文獻(xiàn)[3]中體積管的計(jì)算公式建立數(shù)學(xué)模型,通過(guò)數(shù)學(xué)模型分析對(duì)檢定結(jié)果產(chǎn)生不確定的影響因素,以確定各個(gè)不確定度分量從而獲得評(píng)定結(jié)果。檢定條件下的被檢表處的累計(jì)量Vs累積計(jì)算如式(1)所示：

(1)

式中：Vs累積——體積管處流量累計(jì)量,L;Vs——體積管被檢定時(shí)二等金屬量器(標(biāo)準(zhǔn)器)給出的體積值,L;D——體積管內(nèi)徑;βs——體積管膨脹系數(shù);e——體積管壁厚;Es——體積管彈性模量;ts——體積管處溫度,℃;ps——體積管壓力平均值MPa;pm——流量計(jì)處壓力值;(VCF20)s——體積管處溫度下原油的體積修正系數(shù);(VCF20)m——流量計(jì)處溫度下原油的體積修正系數(shù);κ——液體壓縮系數(shù)。

(2)

根據(jù)體積管在線檢定刮板流量計(jì)理論計(jì)算公式,分析測(cè)量不確定度的來(lái)源,主要包括各流量點(diǎn)測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性、檢定用液體在檢定條件下的βs,k,ps,pm。

2 不確定度分量計(jì)算

2.1 流量計(jì)重復(fù)性的不確定度

該末站用于外貿(mào)交接的4臺(tái)刮板流量計(jì),通過(guò)體積管標(biāo)準(zhǔn)裝置依據(jù)文獻(xiàn)[3]中的要求進(jìn)行檢定,每個(gè)流量點(diǎn)重復(fù)檢定3次。體積管的累積流量Vs累積與流量計(jì)的累積流量Vm累積進(jìn)行對(duì)比,得出流量計(jì)的示值誤差Em和重復(fù)性Er,計(jì)算如式(3)～式(4)所示：

(3)

(4)

式中： (Ei)max, (Ei)min——流量計(jì)檢定最大、最小示值誤差;dn——極差法系數(shù)。

以該末站1號(hào)刮板流量計(jì)檢定點(diǎn)體積流量為220 m3/h為例,其中tm為流量計(jì)處溫度示值,檢定過(guò)程參數(shù)見(jiàn)表2所列。

表2 1號(hào)刮板流量計(jì)檢定點(diǎn)流量為220 m3/h處的檢定過(guò)程參數(shù)

2.2 Vs引入的不確定度分量

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)器檢定證書(shū),體積管的擴(kuò)展不確定度U=0.02%(k=2),標(biāo)準(zhǔn)體積Vs為2 005.520 2 L,由體積管引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uVs=(0.02%/2)×2 005.520 2=0.200 5(L)。

靈敏度系數(shù)cVs計(jì)算如式(5)所示,Vs不確定度分量u2如式(6)所示：

(5)

則

u2=cVs·uVs=0.200 8(L)

(6)

2.3 βs引入的不確定度分量

靈敏度系數(shù)計(jì)算如式(7)所示,βs不確定度分量u3如式(8)所示：

(7)

u3=cβs·uβs=0.023 16(L)

(8)

2.4 κ引入的不確定度分量

(9)

u4=∣cκ∣uκ=2.605×10-4(L)

(10)

2.5 ps和pm引入不確定度分量

現(xiàn)場(chǎng)體積管、流量計(jì)處使用壓力表準(zhǔn)確度等級(jí)均為0.4級(jí),按照均勻分布考慮,則ps和pm標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算如式(11)～式(12)所示：

(11)

(12)

靈敏度系數(shù)計(jì)算如式(13)所示,ps和pm不確定度分量u5,u6如式(14)所示：

(13)

u5=cpsups=8.56×10-4(L)

u6=∣cpm∣upm=8.46×10-4(L)

(14)

2.6 ts引入不確定度分量

(15)

u7=ctsuts=0.233(L)

(16)

3 測(cè)量結(jié)果的不確定度表示

測(cè)量結(jié)果的不確定度表征合理地賦予被測(cè)量之間的分散性、與測(cè)量結(jié)果相關(guān)聯(lián)的一個(gè)參數(shù),結(jié)果的主要表達(dá)形式有A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度、B類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度、擴(kuò)展不確定度和相對(duì)擴(kuò)展不確定度。

3.1 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

匯總各標(biāo)準(zhǔn)不確定度,各估計(jì)值彼此獨(dú)立或不相關(guān),周期檢定1檢定數(shù)據(jù)的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

表3 該末站1號(hào)刮板流量計(jì)兩次檢定標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總

3.2 擴(kuò)展不確定度

根據(jù)文獻(xiàn)[1]的規(guī)定,在評(píng)估擴(kuò)展不確定度時(shí),確定合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度之后,乘以一個(gè)包含因子即可得到擴(kuò)展不確定度,一般包含因子k=2,由此,該末站1號(hào)刮板流量計(jì)在常用流量點(diǎn)兩次檢定過(guò)程的擴(kuò)展不確定度分別為U1=ku(Vs累積)1=2×0.308=0.616(L),U2=ku(Vs累積)2=2×0.305=0.610(L)。

分別取Vs累積值為2 008.265, 2 008.013,k=2時(shí)相對(duì)擴(kuò)展不確定度分別為Urel1=U1/Vs累積=0.030 7%,Urel2=U2/Vs累積=0.030 4%。

3.3 測(cè)量不確定度的結(jié)果評(píng)定

依據(jù)文獻(xiàn)[1]和刮板流量計(jì)檢定規(guī)程要求,通過(guò)對(duì)不確定結(jié)果的計(jì)算和多方面的分析,主要表現(xiàn)在流量計(jì)性能的評(píng)價(jià)、檢定過(guò)程主要影響因素和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的指導(dǎo)意義,具體有以下幾點(diǎn)：

1)該末站1號(hào)刮板流量計(jì)在相隔兩個(gè)月的檢定過(guò)程中,k=2時(shí)相對(duì)擴(kuò)展不確定度分別為Urel1=0.030 7%和Urel2=0.030 4%,表明刮板流量計(jì)在兩個(gè)月的檢定期內(nèi)測(cè)量結(jié)果與其不確定度之間的差異小,流量計(jì)的性能和運(yùn)行狀態(tài)較好,該流量計(jì)符合作為交接計(jì)量用流量計(jì)的要求[8]。

2)通過(guò)刮板流量計(jì)不確定度的評(píng)定可知,根據(jù)各不確定度分量對(duì)合成不確定度的貢獻(xiàn)大小可以看出,測(cè)量重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)體積管體積、體積管處溫度[9-10]這幾項(xiàng)因素是影響刮板流量計(jì)檢定誤差的重要因素。例如,標(biāo)準(zhǔn)體積管由于輸油過(guò)程結(jié)蠟等因素導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)體積減少2.7 L,可能引起0.131%的輸油誤差;體積管處溫度偏高0.5 ℃,可能引起0.034%的輸油誤差,這些因素都將引起交接油量的減少,最終造成計(jì)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

3)通過(guò)對(duì)刮板流量計(jì)檢定結(jié)果的不確定度的評(píng)定,為實(shí)現(xiàn)后期交接雙方定期對(duì)刮板流量計(jì)校準(zhǔn),保證流量計(jì)使用過(guò)程中的精度提供重要依據(jù),為交接雙方利益提供了保障[11-12]。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)刮板流量計(jì)檢定數(shù)據(jù)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定分析,可以看出,影響原油流量計(jì)測(cè)量結(jié)果的不確定度因素主要來(lái)源于測(cè)量重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)體積管體積、體積管處溫度。在計(jì)量過(guò)程中不但要保證標(biāo)準(zhǔn)裝置計(jì)量性能的穩(wěn)定,定期做計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性、穩(wěn)定性等工作以監(jiān)控其計(jì)量性能,使測(cè)量結(jié)果的不確定度影響降到最小,而且在檢定中保證檢定過(guò)程規(guī)范,檢定參數(shù)錄入精確,尤其要求在后期運(yùn)行中原油輸送過(guò)程和檢定過(guò)程工況的一致性,才能保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確和可靠,為刮板流量計(jì)的計(jì)量性能、原油計(jì)量交接數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性提供重要依據(jù)。