HPPP法檢定高壓天然氣流量計(jì)
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關(guān)鍵字： HPPP氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置；量值溯源
天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)、高效、潔凈的能源和化工原料，已經(jīng)成為世界三大能源支柱之一。進(jìn)入21世紀(jì)，我國天然氣工業(yè)得到了迅速發(fā)展。天然氣貿(mào)易交接計(jì)量在天然氣作為商品的流通環(huán)節(jié)中起著舉足輕重的作用。隨著我國“西氣東輸”、“川氣東送”、“海氣登陸”、“俄氣南下”和“液化天然氣上岸”等多條跨地區(qū)、跨國界的天然氣輸氣干線工程的實(shí)施和建設(shè)，天然氣貿(mào)易量每年在成倍增長。因此，隨著天然氣貿(mào)易交接計(jì)量工作量的增加，天然氣流量計(jì)量的準(zhǔn)確性愈加成為關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。由此針對(duì)校準(zhǔn)氣體流量計(jì)準(zhǔn)確度的檢定標(biāo)準(zhǔn)裝置的研究工作也愈發(fā)顯得重要。
1 常見氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置
氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置是能夠提供確定準(zhǔn)確度，用于校準(zhǔn)工作流量計(jì)或流量計(jì)量系統(tǒng)，并在國家計(jì)量部門授權(quán)的檢定裝置上檢定（或校準(zhǔn)）其準(zhǔn)確度的成套裝置。氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)各異，但至少應(yīng)具備壓源、測(cè)試管路、流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具、流量調(diào)節(jié)閥及控制設(shè)備五個(gè)部分。通用的氣體流量計(jì)量標(biāo)定裝置一般以空氣為介質(zhì)，而天然氣流量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是以天然氣為介質(zhì)。
氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的主要作用如下：
（1）作為流量量值統(tǒng)一與傳遞的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，復(fù)現(xiàn)氣體流量標(biāo)準(zhǔn)值；
（2）進(jìn)行流量儀表的性能測(cè)試，確定儀表的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性等計(jì)量性能；
（3）開展氣體流量計(jì)量技術(shù)、檢定方法等有關(guān)的試驗(yàn)研究。
根據(jù)原理、準(zhǔn)確度等級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)條件等的不同，檢定天然氣流量計(jì)的氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的主要形式有鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置，PVTt法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置和HPPP法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置。
1.1 鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置
鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置在國內(nèi)外較常采用。它是一個(gè)上部有頂蓋下部開口的容器。液槽內(nèi)由于盛滿不易揮發(fā)的油（或水）而形成液封，因而鐘罩內(nèi)形成了一個(gè)密封的、可儲(chǔ)氣的容器空間。為了避免晃動(dòng)，鐘罩兩邊和鐘罩內(nèi)下部都裝有導(dǎo)軌，立柱上也有導(dǎo)軌，通過滑輪配重物來平衡鐘罩內(nèi)的壓力。當(dāng)鐘罩下降時(shí)，隨著鐘罩侵沒在液體中深度的增加，鐘罩所受浮力也增大。鐘罩計(jì)量器上一般都有一個(gè)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)使鐘罩內(nèi)的余壓不隨鐘罩侵入水中或油中的深度而改變，保證鐘罩計(jì)量器內(nèi)氣體的流動(dòng)為定常流動(dòng)。這樣便可由鐘罩下降距離求得與之對(duì)應(yīng)排出氣體的體積ΔV，再由下降這段距離所需要的時(shí)間Δt計(jì)算出通過流量計(jì)的流量。
鐘罩式氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置具有精度高、流量范圍適中，原理和結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，但它的工作壓力較低（一般小于10kPa），不能滿足高精度或大流量以及壓力損失較大場(chǎng)合的要求。目前，世界上最大的鐘罩裝置的標(biāo)準(zhǔn)容積可達(dá)64m3，國內(nèi)鐘罩的最大容積為20m3。鐘罩裝置的氣體國家基準(zhǔn)的流量范圍是（0.13～120）m3/h，不確定度為0.12%。
1.2 PVTt法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置
PVTt法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置是指某一段時(shí)間間隔Δt內(nèi)，氣體流入或流出容積為V的容器，根據(jù)容器內(nèi)壓力P和熱力學(xué)溫度T的變化，求得氣體流量的標(biāo)準(zhǔn)裝置，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。
圖1 PVTt法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)簡圖
PVTt法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的關(guān)鍵是如何精確標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)容器的容積。使用氣標(biāo)法標(biāo)定容器的容積，不確定度可以控制在0.105%以內(nèi)。PVTt法裝置的準(zhǔn)確度優(yōu)于0.11級(jí)，其國家基準(zhǔn)的流量范圍是（0.11～1300）m3/h，不確定度為0.105%（k=2）[2]。
2 HPPP法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置原理
HPPP法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置由具有恒定截面和已知容積的管段組成，活塞以自由置換或強(qiáng)制置換的方式在其內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，根據(jù)活塞通過該管段所需時(shí)間可得到氣體的標(biāo)準(zhǔn)體積流量。檢測(cè)開關(guān)可確定活塞進(jìn)入和離開標(biāo)準(zhǔn)管段的時(shí)間間隔，標(biāo)準(zhǔn)管段的容積采用水驅(qū)法由標(biāo)準(zhǔn)量器確定。
原級(jí)標(biāo)準(zhǔn)采用HPPP法首次應(yīng)用于德國的Pigsar檢定站，其裝置的不確定度為0.01%[3]。HPPP法氣體流量標(biāo)準(zhǔn)裝置的工作介質(zhì)可以為空氣、天然氣等多種氣體。裝置的流量范圍和工作壓力同樣取決于標(biāo)準(zhǔn)管段的容積及其壓力等級(jí)。在裝置工作時(shí)，要確保活塞在標(biāo)準(zhǔn)管段內(nèi)平穩(wěn)移動(dòng)，以獲得較為穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)氣體流量，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。 熱式質(zhì)量流量計(jì)相關(guān)文章:熱式質(zhì)量流量計(jì)原理 流量計(jì)相關(guān)文章:流量計(jì)原理
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