标准表法工作级计量标准的建立

侯阳+薛永鑫+王吉开

摘 要：国家石油天然气大流量计量站武汉分站（以下简称“武汉分站”）工作级计量标准采用标准表法，按照JJF 1033《计量标准考核规范》的要求完成了计量标准的重复性试验、稳定性考核，测量结果的不确定度评定与验证，完成建标，可以天然气为介质，对流量计口径DN500以下，流量测量范围（20～9600）m3/h，准确度等级为1.0级及以下的气体流量计开展检定工作，校准气体流量计测量不确定度U=0.29%，k=2。

关键词：计量标准；溯源；重复性；稳定性；不确定度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.200

1 建立计量标准的目的

近年来，我国天然气工业快速发展使天然气流量计的检定需求不断增加，对国内天然气实流检定能力提出了新的要求。为满足天然气贸易交接流量计检定工作的需要，中国石化依托川气东送管道，建设了国家石油天然气大流量计量站武汉分站。武汉分站的建成填补了中国石化在该技术领域的空白，进一步完善了国家天然气流量量值溯源和传递体系，有利于促进我国天然气计量科学技术进步，满足国家天然气工业发展需要。

2 计量标准的工作原理及其组成

武汉分站工作级计量标准采用标准表法，标准装置分为大流量检定系统和小流量检定系统。小流量检定系统和大流量检定系统下游设计了7路检定台位：1路DN80、1路DN100条、1路DN150、1路DN200、1路DN300、2路DN400口径，通过变径可安装DN50～DN400口径被检天然气流量计，每个检定台位可以同时串联安装2台被检流量计，另外，还设计了1条DN300口径移动标准装置检定接口。配备了一台在线气相色谱分析仪，可以实时对测量介质的组成进行分析，测量数据上传至检定系统参与流量计算。为了提高测量结果的可靠性，每一个标准支路还配备了1台核查超声流量计，串联在标准涡轮流量计的上游，作为比对流量计实时监测该支路涡轮流量计的计量性能，确保检定和校准结果的准确可靠。

3 计量标准的主要技术指标

（1）测量介质：天然气；

（2）设计压力：10MPa；

（3）工作压力：（2.5～10.0）MPa；

（4）小流量检定系统测量范围：（20～1600）m3/h，测量结果的不确定度：U=0.29%，k=2；大流量检定系统测量范围：（80～9600）m3/h，测量结果的不确定度：U=0.29%，k=2。

（5）检定口径：DN50～DN500；

（6）检定能力：650台/年。

4 标准器及配套仪表溯源情况

2015年7月～10月，标准涡轮流量计和核查超声流量计送至南京分站完成进行校准。校准结果13台标准涡轮流量计和11台超声流量计计量性能指标均满足技术要求。

2016年4月～5月，标准器的配套温度变送器、压力变送器、差压变送器完成现场校准。

工作级流量标准装置的11台标准涡轮流量计均溯源于国家站南京分站的次级临界流喷嘴标准装置，受限于南京分站的次级标准的测量水平，武汉分站工作级标准器的测量不确定度在0.23%（k=2），工作级标准装置的测量不确定度优于0.29%（k=2）。

5 计量标准的重复性试验、稳定性考核

重复性试验方法如下：

在每台标准涡轮流量计的测量范围内选取3个流量点，在每个流量点连续重复测量10次，记录每次测量结果并计算示值误差，用10次测量得到的示值误差值计算测量重复性。

在大流量检定系统测量范围内选取3个流量点，在小流量检定系统测量范围内选取4个流量点，在每个流量点连续重复测量10次，记录每次测量结果并计算示值误差，用10次测量得到的示值误差值计算测量重复性。

通过对小流量、大流量检定系统重复性试验，标准器和检定系统的测量重复性均优于0.04%。

稳定性考核方法如下：

分别选用口径为DN200的涡轮流量计和DN400的超声流量计作为小流量检定系统和大流量检定系统测试对象，每隔一个月，在测量范围内，选取多个流量点，用标准装置进行一组示值误差测量。每个流量点连续测量3次，取算术平均值作为测量结果。记录并观察4组测量结果，取4组测量结果中最大值和最小值之差作为计量标准在这段时间内的稳定性，稳定性应小于标准装置流量测量结果扩展不确定度的绝对值。

小流量检定系统选取5个流量点进行稳定性测试，系统的稳定性为0.25%，大流量检定系统选取3个流量点进行稳定性测试，系统的稳定性为0.13%，均优于检定系统流量测量结果扩展不确定度的绝对值，即0.29%，判定为合格。

6 检定或校准结果的验证

根据JJF 1033-2008《计量标准考核规范》，分别采用比对法和传递比较法对本标准装置的大流量检定系统和小流量检定系统的测量不确定度进行能力验证。大流量检定系统采用Elster公司生产的DN250超声流量计（测量范围（48～5900）m3/h）作为测量对象，测试结果与南京分站工作级标准装置测试数据进行比较；小流量检定系统采用Elster公司生产的DN200涡轮流量计（测量范围（80～1600）m3/h）作为测量对象，测试结果与南京分站次级标准装置测试数据进行比较。

（1）大流量检定系统。根据南京分站工作级标准装置的测试数据，选取对应流量点，每个点连续测量3次，取示值误差作为测量结果，测量结果应满足，其中Ulab为本标准装置大流量检定系统测量结果的扩展不确定度，包含了装置的测量不确定度和测量流量计的测量不确定度。表1为大流量检定系统能力验证试验的测试数据：

（2）小流量检定系统。根据南京分站次级标准装置的测试数据，选取对应流量点，每个点连续测量3次，取示值误差作为测量结果，测量结果应满足，其中Uref为南京分站次级标准装置测量结果的擴展不确定度，Ulab为本标准装置小流量检定系统测量结果的扩展不确定度，包含了装置的测量不确定度和测量流量计的测量不确定度。表2为小流量检定系统能力验证试验的测试数据：

比较上述各流量点测量结果，均符合要求，本装置流量测量不确定度得到验证。

7 结论

经过分析和实验验证，武汉分站工作级计量标准标准表法气体流量标准装置符合国家计量检定系统表和国家计量技术规范JJF 1033-2008《计量标准考核规范》要求，可以以天然气为介质，对口径DN500及以下，流量测量范围（20～9600）m3/h，准确度等级为1.0级及以下的气体流量计开展检定工作，校准气体流量计测量不确定度U=0.29%，k=2。

作者简介：侯阳（1991-），男，湖北武汉人，主要从事天然气流量计的检定测试研究