声速检验法在气体超声流量计使用

摘要：声速检验法是气体超声流量计特有的性能检测形式, 具有成本低, 无需拆装, 不用停产, 可在线监控等优点, 一直被广泛关注。已经颁布相应的检定规程和标准。由于技术较新, 声速检验法的可靠性和实用性尚需确定。石油天然气大流量计站凭借多年来对流量、温度、压力、物性参数等方面测试技术的积极探索, 具备了声速法比对的科研试验能力, 开展了涵盖国内应用的主要流量计厂家、口径、声道型式的超声流量计跟踪试验, 验证了声速检验法的可靠性。

声速检验法是气体超声流量计特有的在线诊断技术, 在国内外都属于比较新的技术。欧美发达已将声速检验法作为一项重要技术手段应用在天然气贸易计量管理体系中。2007年, 我国颁布了计量规程JJG 1030—2007《超声流量计》[1], 采纳了声速检验法进行使用中检验的尝试。2014年, 为了进一步推广声速检验法, 颁布了标准GB/T 30500—2014《气体超声流量计使用中检验——声速检验法》[2], 明确了声速检验法的技术指标和条件配套, 形成统一的实施方案和判定指标。石油天然气大流量计量站依托其试验条件, 对国内应用的主要流量计厂家的产品进行了抽查和比对试验, 长期跟踪了一批流量计的声速变化趋势, 总结了异常情况产生原因, 并提出了预防措施。

根据标准GB/T 30500—2014《气体超声流量计使用中检验——声速检验法》, 开展声速检验法, 运行条件下的管道内介质组成、介质温度、介质压力应满足表1所示的适用范围。

表1 测量气体的适用范围

管道内介质条件超过表1所示的适用范围, 声速检验法的不确定度会增大, 其结论的可靠性会受到影响。

开展声速检验法, 其技术配套应满足表2所示的技术要求。

表2 声速检验法的技术配套

使用中检验是检定方法的有效补充, 在JJG1030—2007《超声流量计》中, 规定了声速检验法为超声流量计使用中检验的一种方法, 并提出开展使用中检验的技术要求:在被检验流量计安装到管路上投入使用后的1个月内进行次检验, 以后按至少1次/a的周期进行;流量计使用中进行检验时必须携带上一次检验报告;检查流量计系数在上一次检定后没有变化。

上述技术要求明确了气体超声流量计完成实流检定后, 1个月内应进行次声速检验, 检验结论合格后, 按至少1次/a的周期开展声速检验。在周期声速检验中, 本次与上次检验结果偏离较大, 应及时提出开展实流检定, 避免流量计性能异常变化引起的计量纠纷。

采用声速检验法进行使用中检验, 其技术要求如表3所示。

表3 GB/T 30500的声速检验结果的技术要求

为验证声速检验法与实流检定结果的一致性, 站抽样了17台不同厂家、不同型号、不同口径的气体超声流量计, 在站北京检定室开展实流比对实验。为确保实验结论的可靠性, 站对参加测试的标准设备进行了以下准备。

北京检定室的天然气实流检定装置:量值溯源于站南京分站, 流量测量不确定度优于0.29% (k=2) , 流量测量复现性优于0.1%, 流量测量稳定性优于0.2%。开展测试前, 用多台核查标准进行流量测试, 各流量点流量偏差优于0.1%。

北京检定室的温度变送器***大允许误差优于±0.1℃, 压力变送器准确度等级为0.05级, 均量值溯源于站的计量标准。站与中国计量院、上海计量院进行了温度、压力标准装置的量值比对, 比对结果一致。

站根据AGA No.10号报告, 编制了一套理论声速计算软件, 采用报告中列举了三种计算条件, 对计算过程中间和***终输出计算数据进行比对, 偏差小于0.0001%。为进一步验证软件计算结果的准确性, 采用AGA No.8号报告提供Amarillo、Gulf Coast、Ekofisk、High N2和High CO2五种混合物的组成, 对不同温度、压力条件下的压缩因子进行了比对, 偏差小于0.001%。

北京检定室具备在线气相色谱分析仪, 定量重复性优于1%, 具备中国计量院的校准证书。在开始测试前, 充分预热, 并采用一等标气进行自校。实验结果如表4所示。

表4 声速检验法与实流检定结果比对

为了发现超声流量计声速偏差的变化趋势, 站选择了18余台气体超声流量计进行了3年的声速偏差测量跟踪。这些流量计均为新表, 口径、声道数量、型式、应用场站都有一定代表性。其中, 10台流量计场站设施完善, 在计量站对超声流量计长期进行声速监测;其余8台流量计由于不具备现场声速检验的条件, 在周期检定时, 在检定站进行声速偏差测量。实验结果见图1、图2。

图1 在检定站测试的实验流量计2013—2015年声速变化趋势

图2 在计量站长期监控的实验流量计2013—2015年声速变化趋势

如图1、图2所示, 气体超声流量计的声速偏差会随着运行时间发生变化, 变化的方向性不一致, 3年内的声速偏差都在控制限内。

在长期监控超声流量计声速变化的计量站上, 两次发现了声速异常情况。经排查, 一次为上游管道施工遗留异物造成, 取出后声速指标恢复正常;一次为天然气组分更新不及时造成, 更新后恢复正常。

通过上述实验, 验证了声速检验法测试结论的可靠性是比较高的, 技术指标是合理的。声速检验法作为气体超声流量计在线监测手段, 可以大幅提高计量管理水平, 及时发现流量计的异常情况, 采取相应措施, 可以避免异常运行引起的计量纠纷。同时, 声速检验法还是检定规程规定的一种使用中检验方法, 完善了超声流量计的实流检定程序, 有效延长超声流量计的检定周期, 降低企业运营成本, 对企业节能降耗发挥了应有的作用。另外, 声速检验法的技术指标已经在标准GB/T18601—2014《用气体超声流量计测量天然气流量》中引用, 作为产品技术指标, 提高了超声流量计的技术门槛, 确保超声流量计的测量准确性, 保证了交接双方的合法权益。

结合实践, 声速检验法在应用中还需注意以下几点:

1) 开展声速检验法, 管道内气体流速不宜过低, 否则会受环境温度影响, 影响判定结果。

2) 信号检查不合格的超声流量计, 应及时维修, 不适用开展声速检验法。

3) 在声速检验法现场实践中, 发现部分计量站场不满足表1或表2的要求, 声速检验结果往往与实流检定结论大相径庭。