介绍一个天然气能量计量系统不确定度评定的一个典型示例,

发布时间: 2023-05-15 10:26:04  点击数:
关键词:天然气气相色谱仪,高端智能型气相色谱仪,色谱仪

    一.原理与流程根据JJF1059.1的规定,用GUM法评定测量不确定度的一般流程如图1所示该流程主要适用于以下技术条件:(1)可以假设输入量的概率分布呈对称分布;(2)可以假设输出量的概率分布近似为对称分布或t分布;(3)测量模型为线性模型、可以转化为线性模型或可用线性模型进行近似的模型。
    以气相色谱法分析天然气组成属分析化学计量范畴,其测量结果的不确定度评定应按国家计量技术规范JJF1135进行,不确定度评定流程如图2所示根据国家标准GB/T22723—2008《天然气能量的测定》的规定,按天然气能量计量的通用公式,可以推导出其相对标准不确定度的计算式:。
    式中 u(E)——能量计量(系统)的相对标准不确定度; uH——发热量值的相对标准不确定度; uQ——气体流量的相对标准不确定度JJF1059.1的规定,相对标准不确定度是指标准不确定度除以测得值的绝对值。
    在实际应用中,一般均采用相对不确定度的形式表示,简称不确定度.式(1)说明:天然气能量测定的(总)不确定度是由发热量测定的不确定度(uH)和体积流量测定的不确定度(uQ)两者以方和根方法计算出来的合成不确定度。
    二.示例系统的主要技术条件本示例中,能量计量系统的主要技术条件为:(1)超声或涡轮流量计通过串口或脉冲信号向流量计算机提供工况流量信号;每一个计量回路专用的压力与温度变送器也向流量计算机传送(相应的)压力与温度信号(4~20mA模拟信号)。
    (2)流量计算机利用上述信号,以工况和标况密度为基础,采用AGA-7/AGA-9报告的方法计算天然气的标况体积流量(3)流量计算机利用在线气相色谱仪提供的天然气组成分析数据,采用AGA-8报告的方法计算工况和标况密度。
    (4)在得到某时间周期中的标况体积流量(Q)及其相应的平均高位发热量(H)后,按上文式2-1可计算供出的总能量(E)三.A类标准不确定评定对被测量进行独立重复观测,通过得到的一系列观测值用统计方法方法获得实验标准偏差s(x),当用算术平均值x作为被测量估计值时,被测量的A类不确定度可以按式(2)估计:。
    A类标准不确定度评定的一般流程如图3所示最常用的评定方法为Bessel法和极差法;测量次数较少时Bessel法与极差之间的选择应根据具体情况而定通常在合成不确定度中A类不确定度占优势分量,且测量次数不大于9的情况下,极差法优于Bessel法。
    若在合成不确定度中A类不确定度不占优势分量的情况下,由于在合成不确定度时采用方差相加的方法,此时与测量次数无关当重复测量次数达到10次,两种方法计算得到的实验标准偏差的准确度几乎相同本示例中,对天然气能量计量系统的A类不确定度进行评定时,其实验标准偏差主要有以下5个来源:
    (1)气体流量校准的实验标准偏差(S1)在大多数此类校准中,随机误差均可控制在±0.2%以内,故取S1=0.1%(2)压力校准的实验标准偏差(S2)按制造厂商提供的数据,在压力变送器经校准的量程范围内,环境温度对准确度的影响为±0.15%,故取S2=0.15%。
    (3)温度校准的实验标准偏差(S3)按制造厂商提供的数据,温度变送器在0~100℃量程范围内,模拟信号的总误差为±0.1%,由此可计算出其随机误差为±0.1%,故取S3=0.1%(4)样品天然气分析数据的实验标准偏差(S4)。
    以连续5次进样标准气混合物(RGM)为基础进行计算,S4=0.02%(5)高位发热量的实验标准偏差(S5)高位发热量是以从气相色谱仪获得的气体样品组成(数据)为基础计算的;标准差是源于上述5组典型的气相色谱仪分析数据。
    本示例中,高位发热量是根据美国国家标准研究院/美国天然气协会标准ANSI/GPA2172《由组成分析数据计算天然气的高位发热量、相对密度和压缩因子》中所列出的单个组分的高位发热量为基础进行计算,故取S5=0.05%。
    四.B类标准不确定度的评定B类标准不确定度评定的一般流程如图4所示系统中的B类标准不确定度根据有关的信息或经验进行评定,判断被测量可能存在的区间[x–a,x+a]当设定被测量值的概率分布,并根据概率分布和要求的包含概率p确定k后,即可按式(3)评定B类标准不确定度:。
    式中 a——被测量可能值区间的半宽度B类不确定度评定的分量信息来源大致可分为由检定证书或校准证书提供和由其他各种资料得到两种类型评定的一般流程如图2-12所示本示例中,天然气能量计量系统的B类不确定度主要也有以下5个来源:。
    (1)流量校准的不确定度(B1)典型流量校准实验室的B类不确定度为0.23%;再加上超声流量计有0.0639%的典型零流速偏置对200mm(8in)流量计而言,当气体流速为17.4m/s时,其流量校准的B类不确定度可按下式计算:。
    B1=[(0.23)2+(0.0639)2]1/2=0.2387%(2)压力测量的B类不确定度(B2)用于校准压力变送器的设备有0.05%的系统不确定度,故取B2=0.05%。
    (3)温度测量的B类不确定度(B3)用于校准温度变送器的设备有0.05%的B类不确定度,故取B3=0.05%(4)由组分分析数据计算Z值导致的B类不确定度(B4)样品天然气分析数据的B类不确定度是以连续5次进样分析标准气混合物(RGM)为基准计算的。
    估计RGM的不确定度为0.2%,故取B4为0.2%(5)高位发热量测定的不确定度(B5)根据天然气分析溯源准则,高位发热量测量系统的B类不确定度可以按RGM的定值不确定度进行估计。
    本示例中,现场使用的RGM可以溯源至美国国家标准工艺研究院(NIST)保存的基准级RGM(PSM),故取B5=0.2%五.合成不确定度(在最大流速工况下)(1)A类标准不确定度的合成实验标准偏差(随机误差)的贡献值分别来源于超声流量计、压力、温度、高位发热量、标况体积流量和能量流量的测量。
    标况体积流量的合成A类标准不确定度(SQ)和标况能量流量的合成标准不确定度(SE)可分别计算如下:
    (2)B类标准不确定度的合成。标况体积流量的B类合成不确定度(BQ)和标况能量流量的B类不确定度(BE)可分别计算如下:
    六.体积流量与能量流量的合成不确定度当能量计量系统在操作压力为5.32MPa(绝)、操作温度为24℃、最大流速为20.02m/s的实流检定条件下,合成不确定度的评定结果如下(1)标况体积流量的合成不确定度。
    标况体积流量:35000m3/h;B类不确定度:0.3288%;A类不确定度:0.4915%(以2SQ计);合成不确定度:0.5914%(2)标况能量流量的合成不确定度标况能量流量:28840GJ/d;。
    B类不确定度:0.3849%;A类不确定度:0.5020%(以2SE计);合成不确定度:0.6322%。

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