聲速檢驗(yàn)法是氣體超聲流量計(jì)特有的在線診斷技術(shù), 在國(guó)內(nèi)外都屬于比較新的技術(shù)。歐美發(fā)達(dá)已將聲速檢驗(yàn)法作為一項(xiàng)重要技術(shù)手段應(yīng)用在天然氣貿(mào)易計(jì)量管理體系中。2007年, 我國(guó)頒布了計(jì)量規(guī)程JJG 1030—2007《超聲流量計(jì)》[1], 采納了聲速檢驗(yàn)法進(jìn)行使用中檢驗(yàn)的嘗試。2014年, 為了進(jìn)一步推廣聲速檢驗(yàn)法, 頒布了標(biāo)準(zhǔn)GB/T 30500—2014《氣體超聲流量計(jì)使用中檢驗(yàn)——聲速檢驗(yàn)法》[2], 明確了聲速檢驗(yàn)法的技術(shù)指標(biāo)和條件配套, 形成統(tǒng)一的實(shí)施方案和判定指標(biāo)。石油天然氣大流量計(jì)量站依托其試驗(yàn)條件, 對(duì)國(guó)內(nèi)應(yīng)用的主要流量計(jì)廠家的產(chǎn)品進(jìn)行了抽查和比對(duì)試驗(yàn), 長(zhǎng)期跟蹤了一批流量計(jì)的聲速變化趨勢(shì), 總結(jié)了異常情況產(chǎn)生原因, 并提出了預(yù)防措施。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 30500—2014《氣體超聲流量計(jì)使用中檢驗(yàn)——聲速檢驗(yàn)法》, 開(kāi)展聲速檢驗(yàn)法, 運(yùn)行條件下的管道內(nèi)介質(zhì)組成、介質(zhì)溫度、介質(zhì)壓力應(yīng)滿足表1所示的適用范圍。

管道內(nèi)介質(zhì)條件超過(guò)表1所示的適用范圍, 聲速檢驗(yàn)法的不確定度會(huì)增大, 其結(jié)論的可靠性會(huì)受到影響。

開(kāi)展聲速檢驗(yàn)法, 其技術(shù)配套應(yīng)滿足表2所示的技術(shù)要求。

使用中檢驗(yàn)是檢定方法的有效補(bǔ)充, 在JJG1030—2007《超聲流量計(jì)》中, 規(guī)定了聲速檢驗(yàn)法為超聲流量計(jì)使用中檢驗(yàn)的一種方法, 并提出開(kāi)展使用中檢驗(yàn)的技術(shù)要求:在被檢驗(yàn)流量計(jì)安裝到管路上投入使用后的1個(gè)月內(nèi)進(jìn)行次檢驗(yàn), 以后按至少1次/a的周期進(jìn)行;流量計(jì)使用中進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)必須攜帶上一次檢驗(yàn)報(bào)告;檢查流量計(jì)系數(shù)在上一次檢定后沒(méi)有變化。

上述技術(shù)要求明確了氣體超聲流量計(jì)完成實(shí)流檢定后, 1個(gè)月內(nèi)應(yīng)進(jìn)行次聲速檢驗(yàn), 檢驗(yàn)結(jié)論合格后, 按至少1次/a的周期開(kāi)展聲速檢驗(yàn)。在周期聲速檢驗(yàn)中, 本次與上次檢驗(yàn)結(jié)果偏離較大, 應(yīng)及時(shí)提出開(kāi)展實(shí)流檢定, 避免流量計(jì)性能異常變化引起的計(jì)量糾紛。

采用聲速檢驗(yàn)法進(jìn)行使用中檢驗(yàn), 其技術(shù)要求如表3所示。

為驗(yàn)證聲速檢驗(yàn)法與實(shí)流檢定結(jié)果的一致性, 站抽樣了17臺(tái)不同廠家、不同型號(hào)、不同口徑的氣體超聲流量計(jì), 在站北京檢定室開(kāi)展實(shí)流比對(duì)實(shí)驗(yàn)。為確保實(shí)驗(yàn)結(jié)論的可靠性, 站對(duì)參加測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備進(jìn)行了以下準(zhǔn)備。

北京檢定室的天然氣實(shí)流檢定裝置:量值溯源于站南京分站, 流量測(cè)量不確定度優(yōu)于0.29% (k=2) , 流量測(cè)量復(fù)現(xiàn)性優(yōu)于0.1%, 流量測(cè)量穩(wěn)定性優(yōu)于0.2%。開(kāi)展測(cè)試前, 用多臺(tái)核查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行流量測(cè)試, 各流量點(diǎn)流量偏差優(yōu)于0.1%。

北京檢定室的溫度變送器***大允許誤差優(yōu)于±0.1℃, 壓力變送器準(zhǔn)確度等級(jí)為0.05級(jí), 均量值溯源于站的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。站與中國(guó)計(jì)量院、上海計(jì)量院進(jìn)行了溫度、壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置的量值比對(duì), 比對(duì)結(jié)果一致。

站根據(jù)AGA No.10號(hào)報(bào)告, 編制了一套理論聲速計(jì)算軟件, 采用報(bào)告中列舉了三種計(jì)算條件, 對(duì)計(jì)算過(guò)程中間和***終輸出計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì), 偏差小于0.0001%。為進(jìn)一步驗(yàn)證軟件計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性, 采用AGA No.8號(hào)報(bào)告提供Amarillo、Gulf Coast、Ekofisk、High N2和High CO2五種混合物的組成, 對(duì)不同溫度、壓力條件下的壓縮因子進(jìn)行了比對(duì), 偏差小于0.001%。

北京檢定室具備在線氣相色譜分析儀, 定量重復(fù)性優(yōu)于1%, 具備中國(guó)計(jì)量院的校準(zhǔn)證書(shū)。在開(kāi)始測(cè)試前, 充分預(yù)熱, 并采用一等標(biāo)氣進(jìn)行自校。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

為了發(fā)現(xiàn)超聲流量計(jì)聲速偏差的變化趨勢(shì), 站選擇了18余臺(tái)氣體超聲流量計(jì)進(jìn)行了3年的聲速偏差測(cè)量跟蹤。這些流量計(jì)均為新表, 口徑、聲道數(shù)量、型式、應(yīng)用場(chǎng)站都有一定代表性。其中, 10臺(tái)流量計(jì)場(chǎng)站設(shè)施完善, 在計(jì)量站對(duì)超聲流量計(jì)長(zhǎng)期進(jìn)行聲速監(jiān)測(cè);其余8臺(tái)流量計(jì)由于不具備現(xiàn)場(chǎng)聲速檢驗(yàn)的條件, 在周期檢定時(shí), 在檢定站進(jìn)行聲速偏差測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2。

如圖1、圖2所示, 氣體超聲流量計(jì)的聲速偏差會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間發(fā)生變化, 變化的方向性不一致, 3年內(nèi)的聲速偏差都在控制限內(nèi)。

在長(zhǎng)期監(jiān)控超聲流量計(jì)聲速變化的計(jì)量站上, 兩次發(fā)現(xiàn)了聲速異常情況。經(jīng)排查, 一次為上游管道施工遺留異物造成, 取出后聲速指標(biāo)恢復(fù)正常;一次為天然氣組分更新不及時(shí)造成, 更新后恢復(fù)正常。

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn), 驗(yàn)證了聲速檢驗(yàn)法測(cè)試結(jié)論的可靠性是比較高的, 技術(shù)指標(biāo)是合理的。聲速檢驗(yàn)法作為氣體超聲流量計(jì)在線監(jiān)測(cè)手段, 可以大幅提高計(jì)量管理水平, 及時(shí)發(fā)現(xiàn)流量計(jì)的異常情況, 采取相應(yīng)措施, 可以避免異常運(yùn)行引起的計(jì)量糾紛。同時(shí), 聲速檢驗(yàn)法還是檢定規(guī)程規(guī)定的一種使用中檢驗(yàn)方法, 完善了超聲流量計(jì)的實(shí)流檢定程序, 有效延長(zhǎng)超聲流量計(jì)的檢定周期, 降低企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本, 對(duì)企業(yè)節(jié)能降耗發(fā)揮了應(yīng)有的作用。另外, 聲速檢驗(yàn)法的技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)在標(biāo)準(zhǔn)GB/T18601—2014《用氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》中引用, 作為產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo), 提高了超聲流量計(jì)的技術(shù)門檻, 確保超聲流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確性, 保證了交接雙方的合法權(quán)益。

結(jié)合實(shí)踐, 聲速檢驗(yàn)法在應(yīng)用中還需注意以下幾點(diǎn):

1) 開(kāi)展聲速檢驗(yàn)法, 管道內(nèi)氣體流速不宜過(guò)低, 否則會(huì)受環(huán)境溫度影響, 影響判定結(jié)果。

2) 信號(hào)檢查不合格的超聲流量計(jì), 應(yīng)及時(shí)維修, 不適用開(kāi)展聲速檢驗(yàn)法。

3) 在聲速檢驗(yàn)法現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中, 發(fā)現(xiàn)部分計(jì)量站場(chǎng)不滿足表1或表2的要求, 聲速檢驗(yàn)結(jié)果往往與實(shí)流檢定結(jié)論大相徑庭。