聲速檢驗法是氣體超聲流量計特有的在線診斷技術(shù), 在國內(nèi)外都屬于比較新的技術(shù)。歐美發(fā)達(dá)已將聲速檢驗法作為一項重要技術(shù)手段應(yīng)用在天然氣貿(mào)易計量管理體系中。2007年, 我國頒布了計量規(guī)程JJG 1030—2007《超聲流量計》[1], 采納了聲速檢驗法進(jìn)行使用中檢驗的嘗試。2014年, 為了進(jìn)一步推廣聲速檢驗法, 頒布了標(biāo)準(zhǔn)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(shù)指標(biāo)和條件配套, 形成統(tǒng)一的實施方案和判定指標(biāo)。石油天然氣大流量計量站依托其試驗條件, 對國內(nèi)應(yīng)用的主要流量計廠家的產(chǎn)品進(jìn)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(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(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)條件超過表1所示的適用范圍, 聲速檢驗法的不確定度會增大, 其結(jié)論的可靠性會受到影響。

開展聲速檢驗法, 其技術(shù)配套應(yīng)滿足表2所示的技術(shù)要求。

使用中檢驗是檢定方法的有效補(bǔ)充, 在JJG1030—2007《超聲流量計》中, 規(guī)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(shù)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(nèi)進(jìn)行次檢驗, 以后按至少1次/a的周期進(jìn)行;流量計使用中進(jìn)行檢驗時必須攜帶上一次檢驗報告;檢查流量計系數(shù)在上一次檢定后沒有變化。

上述技術(shù)要求明確了氣體超聲流量計完成實流檢定后, 1個月內(nèi)應(yīng)進(jìn)行次聲速檢驗, 檢驗結(jié)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(jié)果偏離較大, 應(yīng)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(jìn)行使用中檢驗, 其技術(shù)要求如表3所示。

為驗證聲速檢驗法與實流檢定結(jié)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(jié)論的可靠性, 站對參加測試的標(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流檢定裝置:量值溯源于站南京分站, 流量測量不確定度優(yōu)于0.29% (k=2) , 流量測量復(fù)現(xiàn)性優(yōu)于0.1%, 流量測量穩(wěn)定性優(yōu)于0.2%。開展測試前, 用多臺核查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行流量測試, 各流量點流量偏差優(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)確度等級為0.05級, 均量值溯源于站的計量標(biāo)準(zhǔn)。站與中國計量院、上海計量院進(jìn)行了溫度、壓力標(biāo)準(zhǔn)裝置的量值比對, 比對結(jié)果一致。

站根據(jù)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(shù)據(jù)進(jìn)行比對, 偏差小于0.0001%。為進(jìn)一步驗證軟件計算結(jié)果的準(zhǔn)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(jìn)行了比對, 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%, 具備中國計量院的校準(zhǔn)證書。在開始測試前, 充分預(yù)熱, 并采用一等標(biāo)氣進(jìn)行自校。實驗結(jié)果如表4所示。

為了發(fā)現(xiàn)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(jìn)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(shù)量、型式、應(yīng)用場站都有一定代表性。其中, 10臺流量計場站設(shè)施完善, 在計量站對超聲流量計長期進(jìn)行聲速監(jiān)測;其余8臺流量計由于不具備現(xiàn)場聲速檢驗的條件, 在周期檢定時, 在檢定站進(jìn)行聲速偏差測量。實驗結(jié)果見圖1、圖2。

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(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)。

在長期監(jiān)控超聲流量計聲速變化的計量站上, 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造成, 更新后恢復(fù)正常。

通過上述實驗, 驗證了聲速檢驗法測試結(jié)論的可靠性是比較高的, 技術(shù)指標(biāo)是合理的。聲速檢驗法作為氣體超聲流量計在線監(jiān)測手段, 可以大幅提高計量管理水平, 及時發(fā)現(xiàn)流量計的異常情況, 采取相應(yīng)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(guī)程規(guī)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(yè)運營成本, 對企業(yè)節(jié)能降耗發(fā)揮了應(yīng)有的作用。另外, 聲速檢驗法的技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)在標(biāo)準(zhǔn)GB/T18601—2014《用氣體超聲流量計測量天然氣流量》中引用, 作為產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo), 提高了超聲流量計的技術(shù)門檻, 確保超聲流量計的測量準(zhǔn)確性, 保證了交接雙方的合法權(quán)益。

結(jié)合實踐, 聲速檢驗法在應(yīng)用中還需注意以下幾點:

1) 開展聲速檢驗法, 管道內(nèi)氣體流速不宜過低, 否則會受環(huán)境溫度影響, 影響判定結(jié)果。

2) 信號檢查不合格的超聲流量計, 應(yīng)及時維修, 不適用開展聲速檢驗法。

3) 在聲速檢驗法現(xiàn)場實踐中, 發(fā)現(xiàn)部分計量站場不滿足表1或表2的要求, 聲速檢驗結(jié)果往往與實流檢定結(jié)論大相徑庭。