天然氣能量計量技術(shù)規(guī)范

JJF1993—20221天然氣能量計量技術(shù)規(guī)范1范圍本規(guī)范規(guī)定了用于貿(mào)易計量的天然氣能量計量系統(tǒng)的評價、天然氣能量計量結(jié)果的核驗及其等級的評定方法。本規(guī)范適用于GB/T18603中規(guī)定的設(shè)計通過能力不低于100m3/h(計量參比條件下),工作壓力不低于0.1MPa(表壓)的管道輸送天然氣。其他計量參比條件,或其他天然氣能量計量系統(tǒng)也可參考執(zhí)行。本規(guī)范不涉及與其應(yīng)用有關(guān)的所有安全問題,用于天然氣能量計量的溫度變送器、壓力變送器、流量計等計量器具均應(yīng)符合相應(yīng)的防爆等安全要求。2引用文件本規(guī)范引用了下列文件:JJG700氣相色譜儀JJG1003流量積算儀JJG1055在線氣相色譜儀JJF1059.1測量不確定度評定與表示GB/T11062天然氣發(fā)熱量、密度、相對密度和沃泊指數(shù)的計算方法GB/T13609天然氣取樣導(dǎo)則GB/T13610天然氣的組成分析氣相色譜法GB/T17281天然氣中丁烷至十六烷烴類的測定氣相色譜法GB/T17747(所有部分)天然氣壓縮因子的計算GB17820天然氣GB/T18603天然氣計量系統(tǒng)技術(shù)要求GB/T22723天然氣能量的測定GB/T25476可調(diào)諧激光氣體分析儀GB/T27894(所有部分)天然氣在一定不確定度下用氣相色譜法測定組成GB/T28766天然氣分析系統(tǒng)性能評價GB/T30490天然氣自動取樣方法GB/T30491.1天然氣熱力學(xué)性質(zhì)計算第1部分:輸配氣中的氣相性質(zhì)GB/T30500氣體超聲流量計使用中檢驗聲速檢驗法GB/T35186天然氣計量系統(tǒng)性能評價GB/T35211天然氣發(fā)熱量的測量連續(xù)燃燒法GB/T37124進入天然氣長輸管道的氣體質(zhì)量要求SY/T7433天然氣的組成分析激光拉曼光譜法凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本規(guī)范;凡是不注日期的引用文JJF1993—20222件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規(guī)范。3術(shù)語和計量單位3.1術(shù)語3.1.1計量系統(tǒng)measuringsystem用于實現(xiàn)專門計量的全套計量儀表和其他設(shè)備。3.1.2發(fā)熱量calorificvalue單位量的氣體在空氣中完全燃燒時所釋放出的熱量。發(fā)熱量分為體積發(fā)熱量、摩爾發(fā)熱量和質(zhì)量發(fā)熱量。3.1.3干基drybasis含水蒸氣物質(zhì)的量分數(shù)不大于0.00005的天然氣,其發(fā)熱量計算時,水的含量設(shè)定為零。3.1.4燃燒參比條件combustionreferencecondition燃料燃燒時,規(guī)定的氣體溫度、壓力和含水狀態(tài)。注:本規(guī)范使用的燃燒參比條件為t1=20℃、p1=101.325kPa、干基。3.1.5計量參比條件meteringreferencecondition燃料貿(mào)易交接計量時,規(guī)定的氣體溫度和壓力。注:本規(guī)范使用的計量參比條件為t2=20℃、p2=101.325kPa。3.1.6高位發(fā)熱量superiorcalorificvalue單位量的氣體在空氣中完全燃燒時所釋放出的熱量,其燃燒生成的水蒸氣冷凝為液體,其余產(chǎn)物均為氣態(tài)。注:本規(guī)范中的發(fā)熱量,均指燃燒生成的水蒸氣冷凝為液體的高位發(fā)熱量。3.1.7能量energy氣體完全燃燒所釋放出的熱量,等于氣體量(體積、質(zhì)量或物質(zhì)的量)與其發(fā)熱量在規(guī)定的條件下的乘積。3.1.8數(shù)據(jù)采集處理裝置dataacquisitionandprocessingdevice接收計量器具采集的數(shù)據(jù)、計算和指示參比條件下能量參數(shù)的裝置。3.2計量單位3.2.1流量立方米每時,符號m3/h;千克每時,符號kg/h。3.2.2發(fā)熱量兆焦每立方米,符號MJ/m3;兆焦每千克,符號MJ/kg。3.2.3能量焦耳及其倍數(shù),如千焦、兆焦和吉焦,符號J、kJ、MJ、GJ;千瓦時,符號kW·h。在大宗和中上游貿(mào)易交接采用吉焦(GJ),下游發(fā)電、商業(yè)和民用貿(mào)易交接采用千瓦時(kW·h)。焦耳與千瓦時換算關(guān)系為:1J≈2.778×10-7kW·h。4計量特性本規(guī)范使用天然氣能量的最大允許誤差(MPE)表征天然氣能量計量系統(tǒng)的計量JJF1993—20223特性,并按最大允許誤差的絕對值(MPEV)分為如下4個等級:A級:MPEV為1%;B級:MPEV為2%;C級:MPEV為3%;D級:MPEV為5%。5計量條件5.1天然氣天然氣氣體質(zhì)量應(yīng)符合GB17820的要求;進入天然氣長輸管道的氣體質(zhì)量,還應(yīng)符合GB/T37124的要求。5.2參比條件本規(guī)范采用的計量參比條件為:20℃,101.325kPa,干基,也可以采用合同規(guī)定的其他溫度和壓力作為計量參比條件。5.3計量器具配備天然氣能量計量系統(tǒng)的相應(yīng)計量器具應(yīng)符合GB/T18603的規(guī)定,并符合相應(yīng)計量檢定規(guī)程或校準規(guī)范的技術(shù)要求,具有有效的檢定或校準證書。不同MPEV等級的溫度、壓力和流量計等計量器具的準確度應(yīng)滿足表1的要求。表1天然氣能量計量系統(tǒng)的配備要求計量參數(shù)MPEVA級B級C級D級溫度0.5℃0.5℃1.0℃1.0℃壓力0.2%0.5%1.0%1.0%工作條件下體積流量0.7%1.2%1.5% 發(fā)熱量在線測定0.5%1.0%1.0% 離線測定或賦值0.6%1.25%2.0% 能量1%2%3%5%6計量方法6.1天然氣流量天然氣流量可以采用體積流量或質(zhì)量流量。一段時間內(nèi)通過貿(mào)易計量界面的天然氣的體積或質(zhì)量可由流量積分計算得到,見式(1):Q=∫qdt(1)式中:Q—一段時間內(nèi)通過貿(mào)易計量界面的計量參比條件下天然氣的體積或質(zhì)量,m3或kg;q—計量參比條件下天然氣的體積流量或質(zhì)量流量,m3/h或kg/h。JJF1993—202246.1.1流量測量可使用速度式、差壓式、容積式、質(zhì)量式等不同原理的流量計測量得到體積流量或質(zhì)量流量,其測量不確定度或準確度等級應(yīng)符合GB/T18603要求。流量計的上、下游直管段長度、內(nèi)徑和內(nèi)壁粗糙度,溫度套管插入長度和位置,取壓位置,流動調(diào)整器類型和位置,以及數(shù)據(jù)采集和處理方法等應(yīng)符合流量計相應(yīng)規(guī)范或標準要求。6.1.2溫度測量溫度測量使用溫度變送器,其測量不確定度或準確度等級應(yīng)符合GB/T18603要求,安裝應(yīng)符合流量計相應(yīng)規(guī)范或標準要求。6.1.3壓力測量壓力測量使用壓力變送器或差壓變送器,其測量不確定度或準確度等級應(yīng)符合GB/T18603要求,安裝應(yīng)符合流量計相應(yīng)規(guī)范或標準要求。6.2天然氣發(fā)熱量獲得。6.2.1直接測定發(fā)熱量直接測定法是以恒定流速流動的天然氣在足夠的空氣中燃燒,所釋放的能量被傳遞到熱交換介質(zhì),并使其溫度升高,氣體的發(fā)熱量與熱交換介質(zhì)的升高溫度直接相關(guān),可使用GB/T35211規(guī)定的方法測定。6.2.2間接測定發(fā)熱量間接測量方法通過測量天然氣各組分含量,乘以所對應(yīng)純氣體的發(fā)熱量,將各項加和,同時考慮天然氣的可壓縮性,計算得到天然氣體積發(fā)熱量或質(zhì)量發(fā)熱量。目前,天然氣組分含量的獲取方式主要分為3種:(1)天然氣組分含量在線測定;(2)天然氣組分含量離線測定(點樣、累積取樣);(3)天然氣組分含量賦值(單一及多氣源)。6.2.2.1天然氣組分含量在線測定和離線測定1)計量器具a)分析儀器,在線色譜儀計量性能應(yīng)符合JJG1055要求,離線色譜儀計量性能應(yīng)符合JJG700要求。光譜分析儀計量性能應(yīng)符合GB/T25476和SY/T7433要求。b)標準物質(zhì),色譜儀周期檢定/校準以及日常校準時應(yīng)使用有證標準物質(zhì),且標準物質(zhì)應(yīng)在其證書規(guī)定的有效期內(nèi)。c)計量系統(tǒng)投運后、檢定/校準期間和設(shè)備故障維修后的天然氣組分含量在線和離線分析系統(tǒng)性能評價可參照GB/T28766規(guī)定的方法開展。2)測量方法a)取樣天然氣取樣有直接取樣和間接取樣(點樣和累積取樣)2類共3種方法。天然氣直接取樣后用于在線分析組成;間接取樣后用于離線分析組成。取樣位置、取樣探頭、取樣管線、取樣容器(間接取樣)、樣品處理(直接取樣)和取樣數(shù)量等應(yīng)JJF1993—20225符合GB/T13609的要求;累積取樣時,取樣控制等還應(yīng)符合GB/T30490的要求。為保證測量結(jié)果的準確度,取樣位置應(yīng)盡量靠近流量計,并按照GB/T13609的方法計算特定周期內(nèi)(如小時、日、周和月)的取樣數(shù)量,見式(2):(2)式中:n—特定周期內(nèi)的取樣數(shù)量;t—t因子,從GB/T13609表A.1中查得;sr—特定周期內(nèi)發(fā)熱量(使用組成分析數(shù)據(jù)計算)的相對標準偏差;d—計量系統(tǒng)發(fā)熱量要求的誤差限。b)組成分析天然氣中摩爾分數(shù)高于0.005%的組分均應(yīng)被測量分析。所有組分含量原始測量結(jié)果的總和應(yīng)在(99.0%~101.0%)范圍內(nèi)。對每個組分含量的原始測量結(jié)果進行歸一化,獲得每個組分的歸一化摩爾分數(shù)。組分含量分析方法應(yīng)符合GB/T13610或GB/T27894的要求;當對天然氣重組分進行分析時,分析方法還應(yīng)符合GB/T27894.3、GB/T27894.6和/或GB/T17281的要求。6.2.2.2天然氣組分含量賦值1)可變賦值安裝在線色譜儀的計量站根據(jù)計算出的賦值延遲時間對沒有安裝在線色譜儀的下游計量站進行賦值。延遲時間可根據(jù)賦值源到被賦值計量站距離、在線色譜儀分析周期內(nèi)流入管道的天然氣量和管道中天然氣組分含量變化量、計算管道內(nèi)天然氣平均流速等計算得到,式(3)供參考。-dp=ρλ+ρgds+ρ(3)式中:p—壓力,Pa;ρ—氣體密度,kg/m3;λ—水力摩阻系數(shù);x—管道軸向位置,m;D—管道內(nèi)徑,m;v—管內(nèi)氣體流速,m/s;g—重力加速度,m/s;s—高程,m。2)固定賦值固定賦值是在固定的時間內(nèi),把固定的組分含量或發(fā)熱量,賦值給下游計量站。計量站可通過對賦值期間上游在線色譜儀分析組成數(shù)據(jù)平均值作為固定賦值組分含量;可使用流量算數(shù)平均值或加權(quán)平均值進行固定賦值組分含量的計算,以使能量值滿足相應(yīng)JJF1993—20226計量等級要求,具體可參考GB/T22723的10.2。6.2.2.3發(fā)熱量計算1)體積發(fā)熱量根據(jù)天然氣組分含量的測定結(jié)果,可計算得到計量參比條件下熱量。a)理想氣體體積發(fā)熱量已知天然氣的各組分含量,根據(jù)式(4)計算計量參比條件下天然氣理想氣體體積發(fā)熱量:式中:~H[t1,V(t2,p2)]—計量參比條件下天然氣混合物的理想氣體體積發(fā)熱量,MJ/m3或kW·h/m3;xj—天然氣混合物中組分j的摩爾分數(shù);~H[t1,V(t2,p2)]—計量參比條件下混合物中組分j純氣體的理想氣體體積發(fā)熱量,MJ/m3或kW·h/m3。b)真實氣體體積發(fā)熱量根據(jù)理想氣體體積發(fā)熱量,按照式(5)計算真實氣體體積發(fā)熱量。~式中:~Hs[t1,V(t2,p2)]—真實氣體體積發(fā)熱量,MJ/m3或kW·h/m3;Zmix(t2,p2)—計量參比條件下的壓縮因子。其中,壓縮因子Zmix按照式(6)計算:Z(6)式中:Zmix(t2,p2)—計量參比條件下的壓縮因子; bj bj—組分j的求和因子,bj=1-Zj,Zj為組分j的壓縮因子。根據(jù)天然氣組分含量的測定結(jié)果,計算天然氣的質(zhì)量發(fā)熱量。根據(jù)每種組分的含量和該組分純氣體發(fā)熱量,計算每種組分的發(fā)熱量貢獻,累加在一起得到天然氣的質(zhì)量發(fā)熱量。具體方法如下:a)理想氣體質(zhì)量發(fā)熱量已知天然氣的各組分含量,根據(jù)式(7)和式(8)計算計量參比條件下天然氣理想氣體質(zhì)量發(fā)熱量:JJF1993—20227-(7)xj·Mj(8)式中:—天然氣混合物的理想質(zhì)量發(fā)熱量,MJ/kg或kW·h/kg;-H—天然氣混合物的理想摩爾發(fā)熱量,MJ/kmol或kW·h/kmol;M—天然氣混合物的摩爾質(zhì)量,kg/kmol;Mj—天然氣混合物中組分j的摩爾質(zhì)量,kg/kmol;xj—天然氣混合物中組分j的摩爾分數(shù)。b)真實氣體質(zhì)量發(fā)熱量真實氣體質(zhì)量發(fā)熱量與相應(yīng)的理想氣體質(zhì)量發(fā)熱量在數(shù)值上相等。計量參比條件下,天然氣中常見組分的摩爾質(zhì)量、理想體積發(fā)熱量、理想摩爾發(fā)熱量、理想質(zhì)量發(fā)熱量、壓縮因子和求和因子如附錄A所示。6.2.3發(fā)熱量關(guān)聯(lián)技術(shù)關(guān)聯(lián)技術(shù)是利用氣體的一個或多個物理性質(zhì)與其發(fā)熱量之間的關(guān)系進行測定,也可基于化學(xué)計量燃燒原理進行測定。6.3天然氣能量6.3.1物性參數(shù)天然氣有工作條件下的物性參數(shù)和計量參比條件下的物性參數(shù),適用于體積流量和能量的測定和狀態(tài)換算。目前,天然氣物性參數(shù)主要采用6.2.2間接測定方法測量得到的組分數(shù)據(jù)計算得到,或6.2.3關(guān)聯(lián)技術(shù)方法通過發(fā)熱量與多個物理性質(zhì)之間的關(guān)系計算得到。1)工作條件下的壓縮因子和密度使用GB/T17747(所有部分)規(guī)定的方法計算。工作條件下的聲速、焓、熵、等熵指數(shù)等物性參數(shù)使用GB/T30491.1規(guī)定的方法計算。2)計量參比條件下的壓縮因子、密度和高位發(fā)熱量等物性參數(shù)使用GB/T11062規(guī)定的方法計算。6.3.2計量參比條件下體積流量當使用速度式、差壓式、容積式等原理的流量計測量流量時,測量得到的工作條件下的體積流量可按式(9)換算成計量參比條件下的體積流量:q=qa(9)式中:q—計量參比條件下的體積流量,m3/h;qa—工作條件下的體積流量,m3/h;pa—工作條件下的絕對靜壓力,MPa;Ta—工作條件下的氣體熱力學(xué)溫度,K;JJF1993—20228Za—工作條件下的氣體壓縮因子;p2—計量參比條件下的絕對靜壓力,MPa;T2—計量參比條件下的氣體熱力學(xué)溫度,K;Z2—計量參比條件下的氣體壓縮因子。6.3.3計量參比條件下能量計量參比條件下天然氣能量流量按式(10)計算:e(t)=qHs(10)式中:e(t)—天然氣能量流量,MJ/h或kW;q—計量參比條件下的體積流量或質(zhì)量流量,m3/h或kg/h;Hs—天然氣體積或質(zhì)量發(fā)熱量,MJ/m3或MJ/kg,或kW·h/m3或kW·h/kg。對于管輸天然氣,將一段時間內(nèi),即t0~tn,單位時間dt內(nèi)的能量流量e(t)積分可得到其能量。實際過程中,時間間隔細分為n個單位時間段(如:小時、天、周、月、年),單位時間段內(nèi)的能量為流經(jīng)管道的天然氣體積與其體積發(fā)熱量,或質(zhì)量與其質(zhì)量發(fā)熱量的乘積,貿(mào)易計量周期內(nèi)全部時間段能量加和得到總能量。式中:t—貿(mào)易計量周期,以合同雙方約定為準,確定用于計費目的的能量測定的最短周期可以為色譜儀的分析周期,或1h或其倍數(shù)(即天、周、月、年);t0—貿(mào)易計量周期內(nèi)開始時間;tn—貿(mào)易計量周期內(nèi)結(jié)束時間;E(t)—貿(mào)易計量周期內(nèi)通過貿(mào)易計量界面的天然氣總能量,MJ或kW·h;Em—貿(mào)易計量周期內(nèi)第m次測量天然氣發(fā)熱量期間內(nèi)通過貿(mào)易計量界面的天然氣能量值,MJ或kW·h;Qm—貿(mào)易計量周期內(nèi)第m次測量天然氣發(fā)熱量期間內(nèi)通過貿(mào)易計量界面的天然氣在計量參比條件下的體積或質(zhì)量,m3或kg;Hsm—貿(mào)易計量周期內(nèi)第m次天然氣體積發(fā)熱量或質(zhì)量發(fā)熱量,MJ/m3或kW·h/m3,或MJ/kg或kW·h/kg。6.4數(shù)據(jù)采集處理裝置在現(xiàn)場工作條件下,應(yīng)在計量系統(tǒng)中配置數(shù)據(jù)采集處理裝置(如流量積算儀,流量計算機等),其性能應(yīng)符合JJG1003規(guī)定的相應(yīng)要求,輸出的天然氣物性參數(shù)、計量參比條件下體積流量、計量參比條件下能量等參數(shù),可按照GB/T11062、GB/T17747、GB/T18603、GB/T22723中的相關(guān)公式開展計算核查。6.5替代值的確定對于沒有冗余的計量系統(tǒng),當系統(tǒng)設(shè)備無法正常提供準確值時,應(yīng)該使用替代值。GB/T22723附錄G給出了替代值的獲得方式,應(yīng)根據(jù)實際情況確定最佳的解決方案。JJF1993—202297計量結(jié)果的表達天然氣能量計量結(jié)果為天然氣能量值及其相對擴展不確定度Ur和MPEV,詳見附錄B、附錄C。JJF1993—202210附錄A天然氣中常見組分的摩爾質(zhì)量及物性參數(shù)計量參比條件(20℃、101.325kPa)下天然氣中常見組分的摩爾質(zhì)量及物性參數(shù)見表A.1。表A.1計量參比條件(20℃、101.325kPa)下天然氣中常見組分的摩爾質(zhì)量及物性參數(shù)序號組分摩爾質(zhì)量Mjkg/kmol理想體積發(fā)熱量~HMJ/m3理想摩爾發(fā)熱量 HMJ/kmol理想質(zhì)量發(fā)熱量MJ/kg壓縮因子Zj求和因子 bj1C116.04337.044891.0955.5450.99810.04362C230.07064.911561.4151.930.99200.08943C344.09792.292220.1350.350.98340.12884n-C458.123119.662878.5749.530.96820.17835i-C458.123119.282869.3849.370.97100.17036n-C572.150147.043537.1749.030.94500.23457i-C572.150146.763530.2448.930.95300.2168872.150146.163516.0148.730.95900.20259C686.177174.464196.5848.700.91900.284610N228.01350000.99970.017311He4.00260001.00050.000012CO244.0100000.96500.187113Ar2.015911.889285.99141.871.0006-0.005114H2S34.08223.37562.1916.500.99000.100015H2O18.01531.8444.2242.450.95200.2191注:C1,甲烷;C2,乙烷;C3,丙烷;n-C4,正丁烷;i-C4,異丁烷;n-C5,正戊烷;i-C5,異戊烷;neo-C5,新戊烷;C6,己烷;N2,氮氣;He,氦氣;CO2,二氧化碳;Ar,氬氣;H2S,硫化氫;H2O,水。JJF1993—202211附錄B天然氣能量計量系統(tǒng)不確定度評定示例根據(jù)式(10)、式(11),天然氣能量E(t)等于貿(mào)易計量周期內(nèi)若干個時間段內(nèi)天然氣能量Em之和,每個時間段內(nèi)的能量等于該時間段內(nèi)流過貿(mào)易計量界面的天然氣體積流量和體積發(fā)熱量的乘積,或質(zhì)量流量和質(zhì)量發(fā)熱量的乘積見式(B.1)。流量及發(fā)熱量通過各自的溯源鏈溯源至國家基準,如圖B.1所示。圖B.1天然氣能量量值溯源框圖由于天然氣能量和各個時間段內(nèi)的天然氣能量測量所使用的計量儀器設(shè)備相同,測量結(jié)果間存在正相關(guān),因此,天然氣能量的相對標準不確定度等于各個時間段內(nèi)的天然氣能量的相對標準不確定度?；谑?B.1),天然氣能量的不確定度可由體積流量和體積發(fā)熱量,或質(zhì)量流量和質(zhì)量發(fā)熱量的不確定度合成得到,即:m(B.1)ur(E)=ur(Em)=ur(q)2+ur(Hs)2(B.2)式中:ur(E)—天然氣能量的相對標準不確定度,%;ur(q)—天然氣體積或質(zhì)量流量的相對標準不確定度,%;ur(Hs)—天然氣體積或質(zhì)量發(fā)熱量的相對標準不確定度,%。以下為3個應(yīng)用場景天然氣能量不確定度評定示例:121)1#計量站,運行溫度為20℃、運行壓力為6.0MPa。第一路安裝速度式流量計,流量計1.0級檢定合格;第二路安裝質(zhì)量流量計,流量計1.0級檢定合格;壓力變送器量程為10MPa,0.2級檢定合格;溫度變送器經(jīng)校準不確定度為0.5℃;安裝在線氣相色譜儀,經(jīng)檢定合格;標氣組分含量及各組分含量不確定度見表B.1,甲烷為平衡氣。2)2#計量站,運行溫度為20℃、運行壓力為6.0MPa。安裝速度式流量計,流量計1.0級檢定合格;壓力變送器量程為10MPa,0.2級檢定合格;溫度變送器經(jīng)校準不確定度為0.5℃;每周取樣進行離線組分含量分析。3)3#計量站,運行溫度為20℃、運行壓力為6.0MPa。安裝速度式流量計,流量計1.0級檢定合格;壓力變送器量程為10MPa,0.2級檢定合格;溫度變送器經(jīng)校準不確定度為0.5℃;每月使用1#計量站氣質(zhì)組分含量進行賦值。B.1天然氣流量的不確定度評定B.1.1計量參比條件下體積流量的不確定度評定按照式(9),計量參比條件下的體積流量計算如下:q=qa(B.3)根據(jù)式(B.3),體積流量的相對標準不確定度可表示為:式中:ur(q)—計量參比條件下體積流量的相對標準不確定度,%;ur(qa)—工作條件下體積流量的相對標準不確定度,%;ur(pa)—工作條件下絕對靜壓力的相對標準不確定度,%;ur(Ta)—工作條件下氣體熱力學(xué)溫度的相對標準不確定度,%;ur(Za)—工作條件下氣體壓縮因子的相對標準不確定度,%;ur(Z2)—計量參比條件下氣體壓縮因子的相對標準不確定度,%。B.1.1.1工作條件下的體積流量不確定度體積流量測量的流量計的準確度等級為1.0級,按均勻分布,即:=0.58%(B.5)B.1.1.2工作條件下的壓力不確定度計量站運行壓力為6.0MPa,壓力變送器為(0~10)MPa,0.2級(引用誤差),按均勻分布,則其壓力測量的相對標準不確定度為:×10/6=0.20%(B.6)B.1.1.3工作條件下的溫度不確定度計量站配置的溫度變送器最大允許誤差±0.5℃,平均溫度為20℃,即293.15K,按均勻分布,則其溫度測量的相對標準不確定度為:JJF1993—202213≈0.10%(B.7)B.1.1.4工作條件下的壓縮因子不確定度當使用GB/T17747計算工作條件下的壓縮因子,輸入的組成、溫度和壓力數(shù)值在管輸氣范圍內(nèi),并且其不確定度在輸入?yún)?shù)不確定度限內(nèi)時,壓縮因子的相對標準不確定度為:ur(Za)=0.05%(B.8)如果天然氣組成分析使用二級標準氣體,分析的重復(fù)性符合GB/T13610要求,使用GB/T11062計算的計量參比條件下物性參數(shù)的相對標準不確定度可取:ur(Z2)=0.03%(B.9)B.1.1.5計量參比條件下體積流量不確定度基于式(B.4),計量參比條件下體積流量的相對標準不確定度為:ur(q)=0.58%2+0.20%2+0.10%2+0.05%2+0.03%2=0.63%(B.10)計量參比條件下體積流量相對標準不確定度也可參考GB/T35186中附錄B.2進行評定。B.1.2質(zhì)量流量的不確定度評定質(zhì)量流量測量的流量計的準確度等級為1.0級,按均勻分布,即:≈0.58%(B.11)對于標準孔板或標準噴嘴,天然氣質(zhì)量流量測量相對擴展不確定度可按GB/T35186中附錄B.5規(guī)定的方法計算。B.2天然氣體積或質(zhì)量發(fā)熱量的不確定度評定天然氣體積或質(zhì)量發(fā)熱量不確定度可采用GB/T11062提供的方法進行評定,主要來源包括:基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、物性參數(shù)計算方法和測量方法,如式(B.12)所示:(B.12)式中:ur,db(Hs)—基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的相對標準不確定度,%,基于GB/T11062取0.025%;ur,m(Hs)—物性參數(shù)計算方法的相對標準不確定度,%,基于GB/T11062取0.0075%;ur,c(Hs)—測量方法引入的相對標準不確定度,%。B.2.1天然氣體積發(fā)熱量的不確定度評定當燃燒參比條件與計量參比條件相同,天然氣混合物的理想體積發(fā)熱量如式(4)所示,可簡化為式(B.13):(B.13)將式(B.13)作為不確定度評定的測量模型,分別評定天然氣各組分含量的相對標準不確定度ur(xj)和各組分含量對應(yīng)的純氣體發(fā)熱量的相對標準不確定度JJF1993—202214~~ur(H),合成得到理想體積發(fā)熱量的相對標準不確定度ur(H),并最終基于式(5)~計算得到實際體積發(fā)熱量的相對標準不確定度ur(Hs)。以下分別對在線測定、離線測定及賦值3種測量方法得到的體積發(fā)熱量的不確定度進行評定。B.2.1.1在線測定B.2.1.1.1天然氣各組分含量的不確定度1#計量站天然氣中各組分含量由色譜分析儀測量得到,其不確定度由色譜分析儀測量結(jié)果的重復(fù)性和標準物質(zhì)各組分含量的不確定度兩部分組成。a)測量結(jié)果的重復(fù)性天然氣中除甲烷外少量組分含量測量結(jié)果的重復(fù)性基于在線氣相色譜計量檢定規(guī)程相關(guān)規(guī)定,其相對標準偏差不超過2%,考慮其為均勻分布,則:1=1.16%(B.14)式中:考慮其為均勻分布,則:1=0.17%(B.15)式中:x1—甲烷組分含量,%。b)標準物質(zhì)各組分含量的不確定度根據(jù)標物證書,甲烷為平衡氣;天然氣的乙烷、丙烷和二氧化碳含量的相對標準不確定度ur,2(xj)為0.25%;其他組分含量的ur,2(xj)為0.5%。氣體標準物質(zhì)中甲烷含量x1由氣體總含量(100%)扣除全部少量組分含量后得到,如式(B.16)。x1=100%-(B.16)以式(B.16)為測量模型,對氣體標準物質(zhì)中甲烷含量的標準不確定度u2(x1)進行評定。根據(jù)不確定度傳播定律,u2(x1)可由各少量組分含量的標準不確定度u2(xj)分量合成得到,即式(B.17)。(B.17)式中:u2(x1)—甲烷組分含量的標準不確定度,%;u2(xj)—天然氣中除甲烷外第j組分含量的標準不確定度,%?；跇藴饰镔|(zhì)中甲烷含量的標準不確定度及甲烷含量可計算得到其相對標準不確定JJF1993—202215分含量的相對合成標準不確定度ur(xj),詳見表B.1。度,即ur,分含量的相對合成標準不確定度ur(xj),詳見表B.1。表B.1天然氣理想體積發(fā)熱量的不確定度評定組分xj%~HMJ/m3ur,1(xj)%ur,2(xj)%ur(xj)%u(xj)%~u(H)MJ/m3~xu2(H)~(H)2u2(xj)C193.7337.0440.170.0130.1740.16280.00937.53E-053.64E-03C22.1764.911.160.251.1810.02560.01621.24E-072.77E-04C30.7192.291.160.251.1810.00840.02312.68E-085.99E-05n-C40.10119.661.160.501.2580.00130.02998.95E-102.27E-06i-C40.10119.281.160.501.2580.00130.02988.89E-102.25E-06n-C50.05147.041.160.501.2580.00060.03683.38E-108.56E-07i-C50.05146.761.160.501.2580.00060.03673.37E-108.53E-070.06146.161.160.501.2580.00080.03654.81E-101.22E-06C60.05174.461.160.501.2580.00060.04364.76E-101.20E-06N22.1301.160.501.2580.0268CO21.4101.160.251.1810.0167總和7.55E-053.98E-03B.2.1.1.2理想體積發(fā)熱量的不確定度~以式(B.13)為測量模型評定理想體積發(fā)熱量的不確定度u(H)。假定各輸入量~的不確定度間不相關(guān),根據(jù)不確定度傳播律,合成得到u(H)。式中:~u(H)—理想體積發(fā)熱量的標準不確定度,MJ/m3或kW·h/m3;~~u(H)~u(H)—甲烷~己烷體積發(fā)熱量的標準不確定度,MJ/m3或kW·h/m3;u(x1)~u(x9)—甲烷~己烷組分含量的標準不確定度,%。式(B.18)中靈敏度系數(shù)為:……JJF1993—202216……將上述靈敏度系數(shù)代入式(B.18),得到發(fā)熱量不確定度的計算式如下:表B.1列出了各組分對應(yīng)的純氣體發(fā)熱量的標準不確定度貢獻xu2(H)和各個~組分含量的標準不確定度貢獻(H)2u2(xj),代入式(B.19)。天然氣的理想體積發(fā)熱量為37.35MJ/m3,標準不確定度為0.0637MJ/m3,因此:=0.171%(B.20)B.2.1.1.3實際體積發(fā)熱量的相對標準不確定度已知天然氣的理想體積發(fā)熱量和壓縮因子,可以根據(jù)式(5)計算實際體積發(fā)熱量~Hs。實際體積發(fā)熱量的相對標準不確定度可以由理想體積高位發(fā)熱量的相對標準不確定度和壓縮因子的相對標準不確定度合成得到。根據(jù)文獻,壓縮因子的相對標準不確定度ur(Zmix)約為0.026%。因此:式中:~ur(H)—理想體積發(fā)熱量的相對標準不確定度,%;ur(H)—實際體積發(fā)熱量的相對標準不確定度,%;ur(Zmix)—壓縮因子的相對標準不確定度,%。天然氣體積發(fā)熱量的不確定度也可使用GB/T35186中附錄B.2方法進行評定。B.2.1.2離線測定在氣源發(fā)熱量波動范圍小于0.5%的情況下,可采用取得有代表性的樣品,離線測定的方式獲取發(fā)熱量數(shù)值。~當天然氣組分含量使用離線測定時,基于式(B.12),發(fā)熱量不確定度ur(Hs)可合并為兩部分:~1)離線測定裝置測得的體積或質(zhì)量發(fā)熱量的不確定度,ur,3(Hs):包含基礎(chǔ)數(shù)據(jù),JJF1993—202217物性參數(shù)計算方法,和裝置測量結(jié)果的不確定度;~2)離線測定方法的不確定度,ur,c(Hs):以取樣周期內(nèi)發(fā)熱量的穩(wěn)定性(可使用距離離線測定計量站最近的在線測定計量站在取樣周期內(nèi)的發(fā)熱量穩(wěn)定性作為離線測定取樣周期的穩(wěn)定性)作為估計。因此:~~~ur(Hs)=u,3(Hs)+u,c(Hs)(B.22)式中:~ur(Hs)—離線測定實際體積發(fā)熱量的相對標準不確定度,%;~ur,3(Hs)—離線測定裝置測得的體積或質(zhì)量發(fā)熱量的相對標準不確定度,計算同B.2.1.1,%;~ur,c(Hs)—離線測定方法的相對標準不確定度,%。天然氣離線取樣可使用點樣或累積樣兩種取樣方式。示例中2#計量站使用體積流量計量,每周取點樣進行天然氣組成離線測定,距離其最近的在線測定計量站半年內(nèi)每周發(fā)熱量統(tǒng)計結(jié)果見表B.2。表B.2離線測定取樣周期內(nèi)發(fā)熱量統(tǒng)計表第周周發(fā)熱量最大值MJ/m3周發(fā)熱量最小值MJ/m3周發(fā)熱量平均值MJ/m3周發(fā)熱量標準偏差%第1周38.20037.84938.0040.32第2周38.17137.87738.0180.31第3周38.03937.89437.9710.13第4周38.24237.93338.0420.25第5周38.16438.05138.1190.10第6周38.10937.62337.8990.61第7周38.09237.69337.9590.48第8周38.07038.02338.0520.04第9周38.18437.98038.0920.21第10周38.07537.90137.9820.15第11周38.08838.01038.0440.08第12周38.08637.98338.0120.09第13周38.07837.87337.9490.20第14周38.11937.90238.0420.20第15周38.10537.92238.0190.18JJF1993—202218表B.2(續(xù))第周周發(fā)熱量最大值MJ/m3周發(fā)熱量最小值MJ/m3周發(fā)熱量平均值MJ/m3周發(fā)熱量標準偏差%第16周37.50937.41437.4550.10第17周37.64137.33037.4620.33第18周37.69937.58937.6240.10第19周37.60737.54337.5770.07第20周37.72337.52137.6200.22第21周37.73637.68537.7040.05第22周37.76037.51137.6390.30第23周37.71437.45137.5490.30第24周37.72137.65937.6870.06第25周38.14537.73438.0020.41第26周38.21537.95238.0100.24第27周38.06137.96337.9890.09根據(jù)表B.2,第6周的發(fā)熱量標準偏差最大,為0.61%,在每周取點樣離線測定的情況下,該值為離線測定方法的不確定度。本例中離線測定裝置與在線測定裝置能力相當,實際體積發(fā)熱量的相對標準不確定度采用B.2.1.1.3中計算得到的0.175%。因此,由式(B.22)可得,離線測定計量站實際體積發(fā)熱量不確定度為:~ur(Hs)=0.175%2+0.61%2=0.63%(B.23)如果天然氣采用累積取樣,則以其累積取樣設(shè)置的自動取樣周期作為取樣周期計算其穩(wěn)定性作為取樣引入的標準不確定度。B.2.1.3賦值賦值結(jié)果與實際情況可能存在偏差,該偏差受氣源與被賦值站點之間的管道長度、管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、氣源數(shù)量等因素影響。通常,賦值距離越遠、管網(wǎng)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、氣源數(shù)量越多,則賦值結(jié)果的偏差可能越大。天然氣組分含量使用賦值方法獲取時,與B.2.1.2離線測定類似,其不確定度分~為兩部分:賦值源測定裝置測得的體積或質(zhì)量發(fā)熱量的不確定度ur,3(Hs),和賦值方~法不確定度ur,c(Hs)。3#計量站每月使用上游1#計量站實時氣質(zhì)組分進行一次賦值,對其賦值計量站半年每月發(fā)熱量進行統(tǒng)計,結(jié)果見表B.3。JJF1993—202219表B.3賦值計量站每月發(fā)熱量統(tǒng)計表月份月發(fā)熱量最大值MJ/m3月發(fā)熱量最小值MJ/m3月發(fā)熱量平均值MJ/m3月發(fā)熱量標準偏差%1月38.23837.84738.0150.262月38.14937.62138.0150.433月38.08437.87137.9960.164月38.11537.33237.7480.785月37.73637.52237.6410.186月38.14437.45337.7610.58根據(jù)表B.3,4月份的發(fā)熱量標準偏差最大,為0.78%,在月賦值情況下,該量值為賦值方法的不確定度。本例中賦值源1#計量站實際體積發(fā)熱量不確定度為B.2.1.1.3中計算得到的0.175%,由式(B.22)可得,被賦值計量站實際體積發(fā)熱量不確定度為:~~~ur(Hs)=u,3(Hs)+u,c(Hs)=0.175%2+0.78%2=0.80%(B.24)當賦值源組分波動較大,按原有的賦值周期無法滿足發(fā)熱量不確定度要求時,可以縮短賦值時間間隔。B.2.2天然氣質(zhì)量發(fā)熱量的相對標準不確定度評定天然氣混合物的理想質(zhì)量發(fā)熱量的計算公式作為相對標準不確定度評定的測量模型,見式(7)、式(8),氣體質(zhì)量發(fā)熱量相對標準不確定度評定為:ur(s)=ur,db(Hs)2+ur,m(Hs)2+ur(H)2+ur(M)2(B.25)式中:ur(s)—氣體質(zhì)量發(fā)熱量的相對標準不確定度,%; ur(H)—理想摩爾發(fā)熱量的相對標準不確定度,%;ur(M)—混合物摩爾質(zhì)量的相對標準不確定度,%;其中,ur(H)=u(H)/H(B.26) 式中: u(H)—理想摩爾發(fā)熱量的標準不確定度,MJ/kmol。ur(M)=u(M)/M(B.27)式中:u(M)—混合物摩爾質(zhì)量的標準不確定度,kg/kmol。1#計量站的質(zhì)量發(fā)熱量和體積發(fā)熱量計算取自相同在線氣相色譜儀分析結(jié)果,結(jié)合B.2.1.1計算結(jié)果,進行天然氣質(zhì)量發(fā)熱量的不確定度分量及不確定度合成計算,結(jié)果見表B.4。20表B.4天然氣質(zhì)量發(fā)熱量的不確定度分量C193.7316.043891.0915.04835.220.16280.00930.02611.4510C22.1730.071561.410.6533.880.02560.01620.00770.4003C30.7144.0972220.130.3115.760.00840.02310.00370.1862n-C40.158.1232878.570.062.880.00130.02990.00070.0362i-C40.158.1232869.380.062.870.00130.02980.00070.0361n-C50.0572.153537.170.041.770.00060.03680.00050.0223i-C50.0572.153530.240.041.770.00060.03670.00050.02220.0672.153516.010.042.110.00080.03650.00050.0265C60.0586.1774196.580.042.100.00060.04360.00050.0264N22.1328.01350.000.600.000.02680.00750.0000CO21.4144.010.000.620.000.01770.00780.0000u(M)=0.0558,ur(M)=0.32%。因此1#計量站,質(zhì)量發(fā)熱量u(M)=0.0558,ur(M)=0.32%。因此1#計量站,質(zhì)量發(fā)熱量的相對標準不確定度為:離線測定、賦值質(zhì)量發(fā)熱量的不確定度評定參考B.2.1.2、B.2.1.3。B.3天然氣能量的不確定度評定基于發(fā)熱量的不確定度和體積或質(zhì)量流量的不確定度,根據(jù)式(B.2),計算得到天然氣能量的相對標準不確定度ur(E)。B.3.1基于體積流量和體積發(fā)熱量的能量不確定度B.3.1.1在線測定對B.1.1和B.2.1.1在線測定算例進行合成,測量體積流量的計量站使用天然氣組分含量在線測定方式計算發(fā)熱量,其能量不確定度為:~ur(E)=ur(q)2+ur(Hs)2=0.63%2+0.175%2=0.66%(B.29)Ur(E)=1.4%(k=2)(B.30)B.3.1.2離線測定對B.1.1和B.2.1.2離線測定算例進行合成,測量體積流量的計量站使用天然氣組分含量離線測定方式計算發(fā)熱量,其能量不確定度為:~ur(E)=ur(q)2+ur(Hs)2=0.63%2+0.63%2=0.89%(B.31)JJF1993—202221Ur(E)=1.8%(k=2)(B.32)B.3.1.3賦值對B.1.1和B.1.3算例進行合成,測量體積流量的計量站使用天然氣組分含量賦值方式測定發(fā)熱量,其能量不確定度為:Ur(E)=2.1%(k=2)(B.34)B.3.2基于質(zhì)量流量和質(zhì)量發(fā)熱量的能量不確定度對B.1.2和B.2.2算例進行合成,測量質(zhì)量流量的計量站使用天然氣組分含量在線測定方式計算發(fā)熱量,其能量不確定度為:UrUr(E)=1.5%(k=2)(B.36)22附錄C天然氣能量計量系統(tǒng)的等級評定示例基于附錄B天然氣能量的不確定度分析結(jié)果,按照Ur<MPEV的原則,評定天然氣能量計量系統(tǒng)的等級。C.1基于體積流量和體積發(fā)熱量的能量計量系統(tǒng)等級評定C.1.1在線測定由表1和式(B.30),1#計量站第一路能量計量系統(tǒng)等級評定為B級。C.1.2離線測定由表1和式(B.32),2#計量站能量計量系統(tǒng)等級評定為B級。C.1.3賦值由表1和式(B.34),3#計量站能量計量系統(tǒng)等級評定為C級。C.2基于質(zhì)量流量和質(zhì)量發(fā)熱量的能量計量系統(tǒng)等級評定由表1和式(B.36),1#計量站第二路能量計量系統(tǒng)等級評定為B級。JJF1993—202223附錄D天然氣能量計量系統(tǒng)評價報告參考格式天然氣能量計量系統(tǒng)評價報告客戶名稱: 客戶地址: 計量系統(tǒng): 評價結(jié)果:符合級計量系統(tǒng)要求 檢測檢測日期年月本站地址:郵政編碼:服務(wù)電話:投訴電話:E-mail:JJF1993—202224一、計量系統(tǒng)配置項目資料數(shù)據(jù)用戶數(shù)據(jù)1)上月總用氣量為:m3,計算平均流量為:m3/h。2)上月輸氣總能量為,平均發(fā)熱量為:。3)輸氣條件:壓力:(.00~.00)MPa,溫度:(.00~.00)℃流量計臺品牌DN流量計,用備,流量計編號分別為:,流量范圍為(~)m3/h或(~)kg/h,準確度等級或不確定度:核查系統(tǒng)采用管路串聯(lián)核查的方式。溫度測量臺變送器,用備,編號分別為:測量范圍:(