聲速檢驗法在氣體超聲流量計使用
摘要：聲速檢驗法是氣體超聲流量計特有的性能檢測形式, 具有成本低, 無需拆裝, 不用停產, 可在線監控等優點, 一直被廣泛關注。已經頒布相應的檢定規程和標準。由于技術較新, 聲速檢驗法的可靠性和實用性尚需確定。石油天然氣大流量計站憑借多年來對流量、溫度、壓力、物性參數等方面測試技術的積極探索, 具備了聲速法比對的科研試驗能力, 開展了涵蓋國內應用的主要流量計廠家、口徑、聲道型式的超聲流量計跟蹤試驗, 驗證了聲速檢驗法的可靠性。
聲速檢驗法是氣體超聲流量計特有的在線診斷技術, 在國內外都屬于比較新的技術。歐美發達已將聲速檢驗法作為一項重要技術手段應用在天然氣貿易計量管理體系中。2007年, 我國頒布了計量規程JJG 1030—2007《超聲流量計》[1], 采納了聲速檢驗法進行使用中檢驗的嘗試。2014年, 為了進一步推廣聲速檢驗法, 頒布了標準GB/T 30500—2014《氣體超聲流量計使用中檢驗——聲速檢驗法》[2], 明確了聲速檢驗法的技術指標和條件配套, 形成統一的實施方案和判定指標。石油天然氣大流量計量站依托其試驗條件, 對國內應用的主要流量計廠家的產品進行了抽查和比對試驗, 長期跟蹤了一批流量計的聲速變化趨勢, 總結了異常情況產生原因, 并提出了預防措施。
1 聲速檢驗法的實施條件
根據標準GB/T 30500—2014《氣體超聲流量計使用中檢驗——聲速檢驗法》, 開展聲速檢驗法, 運行條件下的管道內介質組成、介質溫度、介質壓力應滿足表1所示的適用范圍。
表1 測量氣體的適用范圍
管道內介質條件超過表1所示的適用范圍, 聲速檢驗法的不確定度會增大, 其結論的可靠性會受到影響。
開展聲速檢驗法, 其技術配套應滿足表2所示的技術要求。
表2 聲速檢驗法的技術配套
2 聲速檢驗法在使用中檢驗的應用
使用中檢驗是檢定方法的有效補充, 在JJG1030—2007《超聲流量計》中, 規定了聲速檢驗法為超聲流量計使用中檢驗的一種方法, 并提出開展使用中檢驗的技術要求:在被檢驗流量計安裝到管路上投入使用后的1個月內進行次檢驗, 以后按至少1次/a的周期進行;流量計使用中進行檢驗時必須攜帶上一次檢驗報告;檢查流量計系數在上一次檢定后沒有變化。
上述技術要求明確了氣體超聲流量計完成實流檢定后, 1個月內應進行次聲速檢驗, 檢驗結論合格后, 按至少1次/a的周期開展聲速檢驗。在周期聲速檢驗中, 本次與上次檢驗結果偏離較大, 應及時提出開展實流檢定, 避免流量計性能異常變化引起的計量糾紛。
采用聲速檢驗法進行使用中檢驗, 其技術要求如表3所示。
表3 GB/T 30500的聲速檢驗結果的技術要求
3 聲速檢驗法與實流檢定的比對實驗
為驗證聲速檢驗法與實流檢定結果的一致性, 站抽樣了17臺不同廠家、不同型號、不同口徑的氣體超聲流量計, 在站北京檢定室開展實流比對實驗。為確保實驗結論的可靠性, 站對參加測試的標準設備進行了以下準備。
3.1 流量標準裝置
北京檢定室的天然氣實流檢定裝置:量值溯源于站南京分站, 流量測量不確定度優于0.29% (k=2) , 流量測量復現性優于0.1%, 流量測量穩定性優于0.2%。開展測試前, 用多臺核查標準進行流量測試, 各流量點流量偏差優于0.1%。
3.2 溫度、壓力變送器
北京檢定室的溫度變送器***大允許誤差優于±0.1℃, 壓力變送器準確度等級為0.05級, 均量值溯源于站的計量標準。站與中國計量院、上海計量院進行了溫度、壓力標準裝置的量值比對, 比對結果一致。
3.3 理論聲速計算軟件
站根據AGA No.10號報告, 編制了一套理論聲速計算軟件, 采用報告中列舉了三種計算條件, 對計算過程中間和***終輸出計算數據進行比對, 偏差小于0.0001%。為進一步驗證軟件計算結果的準確性, 采用AGA No.8號報告提供Amarillo、Gulf Coast、Ekofisk、High N2和High CO2五種混合物的組成, 對不同溫度、壓力條件下的壓縮因子進行了比對, 偏差小于0.001%。
3.4 在線氣相色譜
北京檢定室具備在線氣相色譜分析儀, 定量重復性優于1%, 具備中國計量院的校準證書。在開始測試前, 充分預熱, 并采用一等標氣進行自校。實驗結果如表4所示。
表4 聲速檢驗法與實流檢定結果比對
4 聲速檢驗法的跟蹤測試
為了發現超聲流量計聲速偏差的變化趨勢, 站選擇了18余臺氣體超聲流量計進行了3年的聲速偏差測量跟蹤。這些流量計均為新表, 口徑、聲道數量、型式、應用場站都有一定代表性。其中, 10臺流量計場站設施完善, 在計量站對超聲流量計長期進行聲速監測;其余8臺流量計由于不具備現場聲速檢驗的條件, 在周期檢定時, 在檢定站進行聲速偏差測量。實驗結果見圖1、圖2。
圖1 在檢定站測試的實驗流量計2013—2015年聲速變化趨勢
圖2 在計量站長期監控的實驗流量計2013—2015年聲速變化趨勢
如圖1、圖2所示, 氣體超聲流量計的聲速偏差會隨著運行時間發生變化, 變化的方向性不一致, 3年內的聲速偏差都在控制限內。
在長期監控超聲流量計聲速變化的計量站上, 兩次發現了聲速異常情況。經排查, 一次為上游管道施工遺留異物造成, 取出后聲速指標恢復正常;一次為天然氣組分更新不及時造成, 更新后恢復正常。
5 結論
通過上述實驗, 驗證了聲速檢驗法測試結論的可靠性是比較高的, 技術指標是合理的。聲速檢驗法作為氣體超聲流量計在線監測手段, 可以大幅提高計量管理水平, 及時發現流量計的異常情況, 采取相應措施, 可以避免異常運行引起的計量糾紛。同時, 聲速檢驗法還是檢定規程規定的一種使用中檢驗方法, 完善了超聲流量計的實流檢定程序, 有效延長超聲流量計的檢定周期, 降低企業運營成本, 對企業節能降耗發揮了應有的作用。另外, 聲速檢驗法的技術指標已經在標準GB/T18601—2014《用氣體超聲流量計測量天然氣流量》中引用, 作為產品技術指標, 提高了超聲流量計的技術門檻, 確保超聲流量計的測量準確性, 保證了交接雙方的合法權益。
結合實踐, 聲速檢驗法在應用中還需注意以下幾點:
1) 開展聲速檢驗法, 管道內氣體流速不宜過低, 否則會受環境溫度影響, 影響判定結果。
2) 信號檢查不合格的超聲流量計, 應及時維修, 不適用開展聲速檢驗法。
3) 在聲速檢驗法現場實踐中, 發現部分計量站場不滿足表1或表2的要求, 聲速檢驗結果往往與實流檢定結論大相徑庭。