CN111854861A - 天然气流量计校准方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种天然气流量计校准方法及装置，属于流量计校准技术领域。本发明基于直排校准模块，使用原级标准单元对第一传递涡轮单元进行校准；基于环道校准模块，使用第二传递涡轮单元对待检单元进行校准。缩短了校准过程的比较链，降低了该待检单元的待检不确定度受比较链的影响程度，提高的校准结果的准确性。

Description

天然气流量计校准方法及装置
技术领域
本发明涉及流量计校准技术领域，特别涉及一种天然气流量计校准方法及装置。
背景技术
根据国家校准规定，所有贸易交接用天然气流量计都需要送到天然气流量计校准机构进行校准。
目前校准机构常采用的天然气流量计校准系统包括：环道校准模块和直排校准模块，其中，环道校准模块用于将待检流量计的流量值溯源至传递涡轮单元；直排校准模块用于将传递涡轮单元的流量值溯源至音速喷嘴单元；直排校准模块还用于将音速喷嘴单元的流量值溯源至原级标准单元。基于该比较链层层溯源，使待检流量计的测量结果与原级标准单元的标准值联系起来，以得到待检流量计的待检不确定度。
上述天然气流量计校准方法在进行校准时，由于比较链较长，使该待检流量计处于较低的比较链层，造成其不确定度受比较链影响较大，准确性较差。
发明内容
本发明实施例提供了一种天然气流量计校准方法及装置，能够解决目前常用的天然气流量计校准方法在进行校准时，由于比较链较长，使该待检流量计处于较低的比较链层，造成其不确定度受比较链影响较大，准确性较差的问题。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种天然气流量计校准方法，所述天然气流量计校准方法包括：
获取原级标准单元测得的流量、第一传递涡轮单元的气体工况密度、输出频率；
基于所述原级标准单元测得的流量、所述第一传递涡轮单元的气体的工况密度、输出频率，确定所述第一传递涡轮单元的校准系数；
基于所述第一传递涡轮单元的校准系数，获取所述第一传递涡轮单元的相对标准不确定度；
基于所述第一传递涡轮单元的相对标准不确定度，获取待检单元的待检不确定度；
其中，所述第一传递涡轮单元的校准系数利用如下计算公式(一)计算得到：
Figure BDA0002042393850000021
式中：
K——所述第一传递涡轮单元的校准系数，立方米分之一(1/m3)；
f——所述第一传递涡轮单元输出频率，秒分之一(1/s)；
ρs——所述第一传递涡轮单元的气体工况密度，千克没立方米(kg/m3)；
qms——所述原级标准单元测得的流量，千克每秒(kg/s)。
在一种可能的实现方式中，所述基于所述第一传递涡轮单元的校准系数，获取所述第一传递涡轮单元的相对标准不确定度，包括：
获取所述原级标准单元的流量相对标准不确定度、所述第一传递涡轮单元的输出频率相对测量不确定度以及工况密度不确定度；
基于所述原级标准单元的流量相对标准不确定度、所述第一传递涡轮单元的输出频率相对测量不确定度以及工况密度不确定度以及下述公式(二)获取所述第一传递涡轮单元的相对标准不确定度：
ur 2(K)＝ur 2(qms)+ur 2(f)+ur 2(ρs) (二)
式中：
ur(K)——所述第一传递涡轮单元的相对标准不确定度，无因次；
ur(qms)——所述原级标准单元的流量相对标准不确定度，无因次；
ur(f)——所述第一传递涡轮单元输出频率的相对测量不确定度，无因次；
ur(ρs)——所述第一传递涡轮单元的工况密度不确定度，无因次。
在一种可能的实现方式中，所述基于所述第一传递涡轮单元的相对标准不确定度，获取所述待检单元的待检不确定度，包括：
获取所述第一传递涡轮单元的相对标准不确定度、输出频率的相对测量不确定度、流量不确定度、压力不确定度、温度不确定度以及压缩因子不确定度；
获取所述待检单元的压力不确定度、温度不确定度以及压缩因子不确定度；
基于所述第一传递涡轮单元的相对标准不确定度、输出频率的相对测量不确定度、流量不确定度、压力不确定度、温度不确定度以及压缩因子不确定度，以及所述待检单元的压力不确定度、温度不确定度以及压缩因子不确定度，以及下述公式(三～四)，获取所述待检不确定度：
Figure BDA0002042393850000031
式中：
ur(qs)——所述第一传递涡轮单元的流量不确定度，无因次；
ur(K)——所述第一传递涡轮单元的相对标准不确定度，无因次；
ur(f)——所述第一传递涡轮单元输出频率的相对测量不确定度，无因次；
Figure BDA0002042393850000032
式中：
ur(Kturbine)——所述待检单元的待检不确定度，无因次；
ur(qs)——所述第一传递涡轮单元的流量不确定度，无因次；
ur(Ps)——所述第一传递涡轮单元的压力不确定度，无因次；
ur(Ts)——所述第一传递涡轮单元的温度不确定度，无因次；
ur(Zs)——所述第一传递涡轮单元的压缩因子不确定度，无因次；
ur(Pturbine)——所述待检单元的压力不确定度，无因次；
ur(Tturbine)——所述待检单元的温度不确定度，无因次；
ur(Zturbine)——所述待检单元的压缩因子不确定度，无因次。
在一种可能的实现方式中，所述天然气流量计校准方法还包括：
获取所述待检单元输出频率的相对测量不确定度；
基于所述待检单元输出频率的相对测量不确定度、所述待检单元的待检不确定度以及下述公式(五)，获取所述待检单元的流量不确定度：
Figure BDA0002042393850000033
式中：
ur(qturbine)——所述待检单元的流量不确定度，无因次；
ur(Kturbine)——所述待检单元的待检不确定度，无因次；
ur(fturbine)为所述待检单元输出频率的相对测量不确定度，无因次。
在一种可能的实现方式中，所述气体的压强为0.3兆帕(MPa)-9.0MPa。
一方面，提供了一种天然气流量计校准装置，所述天然气流量计校准装置包括：直排校准模块和环道校准模块；
所述直排校准模块包括：沿气体的流动方向依次设置的第一传递涡轮单元和原级标准单元；
所述环道校准模块包括：沿气体的流动方向依次设置的离心压缩单元、换热单元、第二传递涡轮单元和待检单元；
其中，所述第一传递涡轮单元和所述第二传递涡轮单元的相对标准不确定度相同。
在一种可能的设计中，所述离心压缩单元的出口与所述换热单元的管程进口连通，所述换热单元的管程出口与所述第二传递涡轮单元的进口连通，所述第二传递涡轮单元的出口与所述待检单元的进口连通，所述待检单元的出口与所述离心压缩单元的进口连通。
在一种可能的设计中，所述换热单元通过水循环系统为气体降温。
在一种可能的设计中，所述水循环系统包括：顺次连通的第一储水罐、调温单元、第二储水罐、水泵与流量调节单元；
所述流量调节单元的出口与所述换热单元的壳程进口连通，所述换热单元的壳程出口与所述第一储水罐的第一进口连通。
在一种可能的设计中，所述离心压缩单元的压缩比为1:(1.05-1.2)。
本发明基于直排校准模块，使用原级标准单元对第一传递涡轮单元进行校准；基于环道校准模块，使用第二传递涡轮单元对待检单元进行校准。缩短了校准过程的比较链，降低了该待检单元的待检不确定度受比较链的影响程度，提高的校准结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种天然气流量计校准方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种天然气流量计校准装置的结构示意图；
其中，各附图标号如下：
1-直排校准模块
11-第一传递涡轮单元，12-原级标准单元；
2-环道校准模块；
21-离心压缩单元，22-换热单元，23-第二传递涡轮单元，24-待检单元；
3-水循环系统；
31-第一储水罐，32-调温单元，33-第二储水罐，34-水泵，35-流量调节单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1是本发明实施例提供的一种天然气流量计校准方法的流程图，该天然气流量计校准方法包括：
101、获取原级标准单元12测得的流量、第一传递涡轮单元11的气体工况密度、输出频率。
其中，该原级标准单元12可以是基于质量-时间法天然气流量原级标准，例如，该原级标准的不确定度可以是0.05％-0.07％。
该第一传递涡轮单元11用于在原级标准单元12和待检单元24之间作为传递标准，来实现该待检单元24向该原级标准溯源。
该第一传递涡轮单元11的气体工况密度为在直排校准模块1中，该第一传递涡轮单元11的气体工况密度。
该第一传递涡轮单元11的输出频率为在直排校准模块1中，该第一传递涡轮单元11的输出频率。
上述数据用于获取该第一传递涡轮单元11的校准系数。
102、基于该原级标准单元12测得的流量、该第一传递涡轮单元11的气体的工况密度、输出频率，确定该第一传递涡轮单元11的校准系数。
其中，该第一传递涡轮单元11的校准系数利用如下计算公式(一)计算得到：
Figure BDA0002042393850000051
式中：
K——该第一传递涡轮单元11的校准系数，1/m3；
f——该第一传递涡轮单元11输出频率，1/s；
ρs——该第一传递涡轮单元11的气体工况密度，kg/m3；
qms——该原级标准单元12测得的流量，kg/s。
使用上述公式(一)获取该校准系数准确性较高。
103、基于该第一传递涡轮单元11的校准系数，获取该第一传递涡轮单元11的相对标准不确定度。
该相对标准不确定度用于表示：在校准过程中，该第一传递涡轮单元11作为校准装置，传递给待检单元24的待检不确定度。
在一种可能的实现方式中，该基于该第一传递涡轮单元11的校准系数，获取该第一传递涡轮单元11的相对标准不确定度，包括：获取该原级标准单元12的流量相对标准不确定度、该第一传递涡轮单元11的输出频率相对测量不确定度以及工况密度不确定度；基于该原级标准单元12的流量相对标准不确定度、该第一传递涡轮单元11的输出频率相对测量不确定度以及工况密度不确定度以及下述公式(二)获取该第一传递涡轮单元11的相对标准不确定度：
ur 2(K)＝ur 2(qms)+ur 2(f)+ur 2(ρs) (二)
式中：
ur(K)——该第一传递涡轮单元11的相对标准不确定度，无因次；
ur(qms)——该原级标准单元12的流量相对标准不确定度，无因次；
ur(f)——该第一传递涡轮单元11输出频率的相对测量不确定度，无因次；
ur(ρs)——该第一传递涡轮单元11的工况密度不确定度，无因次。
进一步的，还可以将该相对标准不确定度的二倍获取为该第一传递涡轮单元11的扩展不确定度。
104、基于该第一传递涡轮单元11的相对标准不确定度，获取该待检单元24的待检不确定度。
在本发明实施例中，该待检单元24可以是待检的天然气工作表，例如，可以是天然气涡轮工作表，本实施例对该待检单元24的具体形式不作限定。
在一种可能的实现方式中，该基于该第一传递涡轮单元11的相对标准不确定度，获取该待检单元24的待检不确定度，包括：获取该第一传递涡轮单元11的相对标准不确定度、输出频率的相对测量不确定度、流量不确定度、压力不确定度、温度不确定度以及压缩因子不确定度；获取该待检单元24的压力不确定度、温度不确定度以及压缩因子不确定度；基于该第一传递涡轮单元11的相对标准不确定度、输出频率的相对测量不确定度、流量不确定度、压力不确定度、温度不确定度以及压缩因子不确定度，以及该待检单元24的压力不确定度、温度不确定度以及压缩因子不确定度，以及下述公式(三～四)，获取该待检不确定度：
Figure BDA0002042393850000071
式中：
ur(qs)——该第一传递涡轮单元11的流量不确定度，无因次；
ur(K)——该第一传递涡轮单元11的相对标准不确定度，无因次；
ur(f)——该第一传递涡轮单元11输出频率的相对测量不确定度，无因次；
Figure BDA0002042393850000072
式中：
ur(Kturbine)——该待检单元24的待检不确定度，无因次；
ur(qs)——该第一传递涡轮单元11的流量不确定度，无因次；
ur(Ps)——该第一传递涡轮单元11的压力不确定度，无因次；
ur(Ts)——该第一传递涡轮单元11的温度不确定度，无因次；
ur(Zs)——该第一传递涡轮单元11的压缩因子不确定度，无因次；
ur(Pturbine)——该待检单元24的压力不确定度，无因次；
ur(Tturbine)——该待检单元24的温度不确定度，无因次；
ur(Zturbine)——该待检单元24的压缩因子不确定度，无因次。
105、获取该待检单元24的流量不确定度。
具体的，该获取过程包括：获取该待检单元24输出频率的相对测量不确定度；基于该待检单元24输出频率的相对测量不确定度、该待检单元24的待检不确定度以及下述公式(五)，获取该待检单元24的流量不确定度：
Figure BDA0002042393850000073
式中：
ur(qturbine)——该待检单元24的流量不确定度，无因次；
ur(Kturbine)——该待检单元24的待检不确定度，无因次；
ur(fturbine)为该待检单元24输出频率的相对测量不确定度，无因次。
在一种可能的实现方式中，该气体的压强为0.3MPa-9.0MPa。
上述气体的压强范围，增大了该天然气流量计校准方法的校准范围。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。
本发明实施例提供的天然气流量计校准方法，基于直排校准模块1，使用原级标准单元12对第一传递涡轮单元11进行校准；基于环道校准模块2，使用第二传递涡轮单元23对待检单元24进行校准。缩短了校准过程的比较链，降低了该待检单元24的待检不确定度受比较链的影响程度，提高的校准结果的准确性。
图2是本发明实施例提供的一种天然气流量计校准装置的结构示意图，该天然气流量计校准装置包括：直排校准模块1和环道校准模块2；该直排校准模块1包括：沿气体的流动方向依次设置的第一传递涡轮单元11和原级标准单元12；该环道校准模块2包括：沿气体的流动方向依次设置的离心压缩单元21、换热单元22、第二传递涡轮单元23和待检单元24；其中，该第一传递涡轮单元11和该第二传递涡轮单元23的相对标准不确定度相同。
下面对该天然气流量校准装置的工作原理进行详述：
在该直排校准模块1中，使用该第一传递涡轮单元11和该原级标准单元12同时测量该直排校准模块1中的气体流量，从而使用该原级标准单元12对该第一传递涡轮单元11进行校准。
在该环道校准模块2中，该第二传递涡轮单元23可以与该第一传递涡轮单元11是同一个涡轮流量计，也可以是不同涡轮流量计，只要该第一传递涡轮单元11和该第二传递涡轮单元23的相对标准不确定度相同即可，从而使用该第二传递涡轮单元23对该待检单元24进行校准。该待检单元24还可以用于对其他待检流量计进行校准。
其中，该第一传递涡轮单元11和该第二传递涡轮单元23可以是单个涡轮流量计，也可以是组合传递涡轮流量计，本实施例对此不作限定。
本发明实施例提供的天然气流量计校准装置，基于直排校准模块1，使用原级标准单元12对第一传递涡轮单元11进行校准；基于环道校准模块2，使用第二传递涡轮单元23对待检单元24进行校准。缩短了校准过程的比较链，降低了该待检单元24的待检不确定度受比较链的影响程度，提高的校准结果的准确性。
在一种可能的设计中，该离心压缩单元21的出口与该换热单元22的管程进口连通，该换热单元22的管程出口与该第二传递涡轮单元23的进口连通，该第二传递涡轮单元23的出口与该待检单元24的进口连通，该待检单元24的出口与该离心压缩单元21的进口连通。
通过上述设置使该环道校准模块2中的气体能够循环利用，降低成本提高效率。
进一步地，还可以在该离心压缩单元21的进口处设置补气单元，从而为环道校准模块2提供充足的气体，保证校准过程的压力要求。
在一种可能的设计中，该换热单元22通过水循环系统3为气体降温。从而保证经该离心压缩单元21压缩后的高温气体能够降温至符合校准过程要求。
在一种可能的设计中，该水循环系统3包括：顺次连通的第一储水罐31、调温单元32、第二储水罐33、水泵34与流量调节单元35；该流量调节单元35的出口与该换热单元22的壳程进口连通，该换热单元22的壳程出口与该第一储水罐31的第一进口连通。
其中，水循环系统3中的水从第一储水罐31流经该调温单元32，该调温单元32对该水进行冷却后将该冷却水输入该第二储水罐33，进而该冷却水经该水泵34流入该流量调节单元35，该流量调节单元35将该冷却水的流量调节至设定流量后输入该换热单元22的壳程，对该换热单元22的管程中的气体进行冷却。
在一种可能的设计中，该离心压缩单元21的压缩比为1:(1.05-1.2)。
采用低压缩比的离心压缩单元21能够有效衰减气体脉动，以免气体脉动对校准结果产生影响。其中，该离心压缩单元21可以是压缩机。
上述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种天然气流量计校准方法，其特征在于，所述天然气流量计校准方法包括：
获取原级标准单元(12)测得的流量、第一传递涡轮单元(11)的气体工况密度、输出频率；
基于所述原级标准单元(12)测得的流量、所述第一传递涡轮单元(11)的气体的工况密度、输出频率，确定所述第一传递涡轮单元(11)的校准系数；
基于所述第一传递涡轮单元(11)的校准系数，获取所述第一传递涡轮单元(11)的相对标准不确定度；
基于所述第一传递涡轮单元(11)的相对标准不确定度，获取待检单元(24)的待检不确定度；
其中，所述第一传递涡轮单元(11)的校准系数利用如下计算公式(一)计算得到：
Figure FDA0002042393840000011
式中：
K——所述第一传递涡轮单元(11)的校准系数，立方米分之一1/m3；
f——所述第一传递涡轮单元(11)输出频率，秒分之一1/s；
ρs——所述第一传递涡轮单元(11)的气体工况密度，千克每立方米kg/m3；
qms——所述原级标准单元(12)测得的流量，千克每秒kg/s。
2.根据权利要求1所述的天然气流量计校准方法，其特征在于，所述基于所述第一传递涡轮单元(11)的校准系数，获取所述第一传递涡轮单元(11)的相对标准不确定度，包括：
获取所述原级标准单元(12)的流量相对标准不确定度、所述第一传递涡轮单元(11)的输出频率相对测量不确定度以及工况密度不确定度；
基于所述原级标准单元(12)的流量相对标准不确定度、所述第一传递涡轮单元(11)的输出频率相对测量不确定度以及工况密度不确定度以及下述公式(二)获取所述第一传递涡轮单元(11)的相对标准不确定度：
ur 2(K)＝ur 2(qms)+ur 2(f)+ur 2(ρs) (二)
式中：
ur(K)——所述第一传递涡轮单元(11)的相对标准不确定度，无因次；
ur(qms)——所述原级标准单元(12)的流量相对标准不确定度，无因次；
ur(f)——所述第一传递涡轮单元(11)输出频率的相对测量不确定度，无因次；
ur(ρs)——所述第一传递涡轮单元(11)的工况密度不确定度，无因次。
3.根据权利要求1所述的天然气流量计校准方法，其特征在于，所述基于所述第一传递涡轮单元(11)的相对标准不确定度，获取待检单元(24)的待检不确定度，包括：
获取所述第一传递涡轮单元(11)的相对标准不确定度、输出频率的相对测量不确定度、流量不确定度、压力不确定度、温度不确定度以及压缩因子不确定度；
获取所述待检单元(24)的压力不确定度、温度不确定度以及压缩因子不确定度；
基于所述第一传递涡轮单元(11)的相对标准不确定度、输出频率的相对测量不确定度、流量不确定度、压力不确定度、温度不确定度以及压缩因子不确定度，以及所述待检单元(24)的压力不确定度、温度不确定度以及压缩因子不确定度，以及下述公式(三～四)，获取所述待检不确定度：
Figure FDA0002042393840000021
式中：
ur(qs)——所述第一传递涡轮单元(11)的流量不确定度，无因次；
ur(K)——所述第一传递涡轮单元(11)的相对标准不确定度，无因次；
ur(f)——所述第一传递涡轮单元(11)输出频率的相对测量不确定度，无因次；
Figure FDA0002042393840000022
式中：
ur(Kturbine)——所述待检单元(24)的待检不确定度，无因次；
ur(qs)——所述第一传递涡轮单元(11)的流量不确定度，无因次；
ur(Ps)——所述第一传递涡轮单元(11)的压力不确定度，无因次；
ur(Ts)——所述第一传递涡轮单元(11)的温度不确定度，无因次；
ur(Zs)——所述第一传递涡轮单元(11)的压缩因子不确定度，无因次；
ur(Pturbine)——所述待检单元(24)的压力不确定度，无因次；
ur(Tturbine)——所述待检单元(24)的温度不确定度，无因次；
ur(Zturbine)——所述待检单元(24)的压缩因子不确定度，无因次。
4.根据权利要求3所述的天然气流量计校准方法，其特征在于，所述天然气流量计校准方法还包括：
获取所述待检单元(24)输出频率的相对测量不确定度；
基于所述待检单元(24)输出频率的相对测量不确定度、所述待检单元(24)的待检不确定度以及下述公式(五)，获取所述待检单元(24)的流量不确定度：
Figure FDA0002042393840000031
式中：
ur(qturbine)——所述待检单元(24)的流量不确定度，无因次；
ur(Kturbine)——所述待检单元(24)的待检不确定度，无因次；
ur(fturbine)为所述待检单元(24)输出频率的相对测量不确定度，无因次。
5.根据权利要求1所述的天然气流量计校准方法，其特征在于，所述气体的压强为0.3兆帕MPa-9.0MPa。
6.一种天然气流量计校准装置，其特征在于，所述天然气流量计校准装置包括：直排校准模块(1)和环道校准模块(2)；
所述直排校准模块(1)包括：沿气体的流动方向依次设置的第一传递涡轮单元(11)和原级标准单元(12)；
所述环道校准模块(2)包括：沿气体的流动方向依次设置的离心压缩单元(21)、换热单元(22)、第二传递涡轮单元(23)和待检单元(24)；
其中，所述第一传递涡轮单元(11)和所述第二传递涡轮单元(23)的相对标准不确定度相同。
7.根据权利要求6所述的天然气流量计校准装置，其特征在于，所述离心压缩单元(21)的出口与所述换热单元(22)的管程进口连通，所述换热单元(22)的管程出口与所述第二传递涡轮单元(23)的进口连通，所述第二传递涡轮单元(23)的出口与所述待检单元(24)的进口连通，所述待检单元(24)的出口与所述离心压缩单元(21)的进口连通。
8.根据权利要求6所述的天然气流量计校准装置，其特征在于，所述换热单元(22)通过水循环系统(3)为气体降温。
9.根据权利要求8所述的天然气流量计校准装置，其特征在于，所述水循环系统(3)包括：顺次连通的第一储水罐(31)、调温单元(32)、第二储水罐(33)、水泵(34)与流量调节单元(35)；
所述流量调节单元(35)的出口与所述换热单元(22)的壳程进口连通，所述换热单元(22)的壳程出口与所述第一储水罐(31)的第一进口连通。
10.根据权利要求6所述的天然气流量计校准装置，其特征在于，所述离心压缩单元(21)的压缩比为1:(1.05-1.2)。
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