石油與天然氣化工第44卷第1期CHEMICAL ENGINEERING OF OIL gas本期我天然氣能量計量的技術(shù)進(jìn)展陳賡良中國石油西南油氣田公司天然氣研究院摘要我國自2008年底發(fā)布GB/T22723-2008《天然氣能量的測定》以來,開展了大量實(shí)驗(yàn)研究與現(xiàn)場測定工作,取得了一系列成果。但由于近年來國際上發(fā)布的一系列重要標(biāo)準(zhǔn)在我國尚未轉(zhuǎn)化并貫徹,故在溯源準(zhǔn)則建立、分析系統(tǒng)測量誤差及其不確定度評估,以及蒙特卡洛模擬及其在能量計量中的應(yīng)用等方面尚存在缺陷。最后對今后能量計量的技術(shù)開發(fā)提出了4點(diǎn)建議關(guān)鍵詞天然氣能量計量測量誤差分析偏差不確定度蒙特卡洛模擬中圖分類號:TE863.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼:ADOI:10.3969ss.10073426.2015.01.001Progress of natural gas energy measurement technologyChen gengliang(Research Institute of Natural Gas TechnologyPetro China Southwest Oil Gasfield Company, Chengdu 610213, China)Abstract: Since GB/T 22723-2008 Energy Determination for Natural Gas was issued, a lot of laboratory researches and field tests have been developed as well as many scientific and technological achievements are acquired. Because a series of IsO and foreign advanced standards are not transformedso far, there are some flaws in our technological development of natural gas energy measurement system, such as establishing traceability guideline of natural gas analysis evaluating measurement errorand uncertainty for analysis system, and Monte-Carlo simulation for uncertainty evaluation. Foursuggestions about technological development in future are presenteKey words: natural gas, energy measurement, measurement error, analy tical bias, uncertainty,Monte- Carlo simulation發(fā)展背景確定度對能量結(jié)算有重大影響,且流量Q測定結(jié)果不天然氣能量計量過程中,分析系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與確定度的影響也是同樣的。因此,進(jìn)人新世紀(jì)以來,國致性關(guān)系到巨大的經(jīng)濟(jì)利益。根據(jù)英國 EffecTech公際法制計量組織(OML)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織天然氣技司估計,座規(guī)模為50MW的燃?xì)怆娬?當(dāng)電價為術(shù)委員會(SO/TC193)和氣體分析技術(shù)委員會0.06歐元W,h時,如果能量計量系統(tǒng)的擴(kuò)展不確S0TC158)分別發(fā)布或修訂了一系列重要標(biāo)準(zhǔn)。定度(U)為1%,對年產(chǎn)值的影響將達(dá)到270000歐例如,TH中國煤化工建議》(以下簡稱《國際元(見圖1)。根據(jù)天然氣供出能量計算公式E=H建議》CNMH⑤發(fā)熱量與沃泊指數(shù)的Q,不僅測定發(fā)熱量H的分析系統(tǒng)測量誤差及其不測定》、SO15796:2005《氣體分析分析偏差的調(diào)查和作者簡介:陳賡良(1940—),男,教授級高工。1961年畢業(yè)于山東大學(xué)化學(xué)系,原任中國石油西南油氣田公司天然氣研究院院長,現(xiàn)任全國天然氣標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會顧問,已發(fā)表論文170余篇,專著8部。E- mail: Chengengliang@ petrochina,com.cr陳賡良天然氣能量計量的技術(shù)進(jìn)展2015處理》、ISO6974-2:2012《天然氣在一定不確定度下用評價與不確定度評價結(jié)合一體氣相色譜法測定組成第2部分:測量系統(tǒng)的特性和統(tǒng)(3)能量計量系統(tǒng)不確定度評定的核心問題是偏計》、IsO16664:2004《氣體分析校準(zhǔn)氣體及校準(zhǔn)氣體差型誤差分析與評定,且此類評定并非針對個別系統(tǒng)混合物的處理指南》與2012年發(fā)布的新版ⅠSO而是針對整個體系10723:2012《天然氣在線分析系統(tǒng)的性能評定》等。這(4)在測量模型不宜進(jìn)行線性近似的場合,以蒙些標(biāo)準(zhǔn)在大量工業(yè)實(shí)踐基礎(chǔ)上,對能量計量涉及測量特卡洛模擬法替代GUM法( ISO/IEC Guide98方法的溯源準(zhǔn)則、測定系統(tǒng)的操作性能評價、測定結(jié)果2008《測量不確定度表示指南》進(jìn)行不確定度評定。的誤差處理及不確定度評定等重大技術(shù)關(guān)鍵均作出了2計量系統(tǒng)的分級及其準(zhǔn)確度明確規(guī)定,并針對天然氣能量計量系統(tǒng)存在大量非線性輸入的特點(diǎn),規(guī)定了以概率密度傳播法(即蒙特卡洛國際法制計量組織發(fā)布的《國際建議》對天然氣計模擬, Monte Carlo simulation)評定整個系統(tǒng)不確定量系統(tǒng)的分級及其配置要求可以歸納為以下4個方度的原則與程序,從而奠定了按《國際建議》規(guī)定的以最大允許誤差(MPE)表示能量計量系統(tǒng)擴(kuò)展不確定(1)計量系統(tǒng)的分級:《國際建議》將天然氣計量度的技術(shù)基礎(chǔ)。當(dāng)前,國外正在根據(jù)本國具體情況試系統(tǒng)按準(zhǔn)確度分為A、B、C三個等級,每個等級的最驗(yàn)和/或驗(yàn)證上述國際標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)要求與規(guī)定,并據(jù)大允許誤差(MPE)又分為能量計量及體積(或質(zhì)量)此制定或修訂本國天然氣能量計量的有關(guān)法規(guī)規(guī)范計量兩種情況(見表1)與標(biāo)準(zhǔn)表1計量系統(tǒng)的最大允許誤差(MPE)Table 1 MPE for measurement system4500.004500典型燃?xì)怆娬咀畲笤试S誤差(MPE)計量系統(tǒng)3500.00電量輸出:500MW電價:60歐元/Mw·hA級B級C級300.0025000能量計量系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為體積計量轉(zhuǎn)換典型為質(zhì)量計量或直接進(jìn)±0.%±1.5%±2.0%6行質(zhì)量計量1000.00500.000.20.40.60.81.01.21.41.6(2)有關(guān)功能模塊的MPE:根據(jù)表1規(guī)定的MPEU(能量)/%要求,系統(tǒng)中各功能模塊(子系統(tǒng))MPE見表2。表圖1能量計量存在的風(fēng)險Figure 1 Risk i2中所列數(shù)據(jù)僅應(yīng)用于定型實(shí)驗(yàn)和初次檢定。我國自2008年底發(fā)布GB/T22723-2008《天然表2計量系統(tǒng)中各功能模塊的MPETable 2 MPE of functional modul es in measurement system氣能量的測定》以來,開展了大量實(shí)驗(yàn)研究與現(xiàn)場測定功能模塊最大允許誤差(MPE)工作取得了一系列成果。但由于上述一系列國際(子系統(tǒng))標(biāo)準(zhǔn)在我國大多數(shù)迄今尚未轉(zhuǎn)化并貫徹,故嚴(yán)重影響了實(shí)施能量計量有關(guān)的若干基礎(chǔ)研究與技術(shù)開發(fā)工作工況條件下的體積±0.7%6±1.20%±1.50%6(或質(zhì)量)的完成。與國外的技術(shù)進(jìn)展相對照,下列4個方面的參比中國煤化工±1.006±1.50問題尤其重要CNMHG±1.00±1.00(1)《國際建議》規(guī)定,以能量測定值的最大允許誤差(MPE)作為天然氣計量站分級的基準(zhǔn),并據(jù)此進(jìn)有代表性的發(fā)熱量測定066±1.25%±2.00(發(fā)熱量間接測定)行計量系統(tǒng)的儀器儀表配置。轉(zhuǎn)換為能量實(shí)際計算實(shí)際計算實(shí)際計算(2)ISO10723:2012規(guī)定能量計量系統(tǒng)的精密度值的0.05%值的0.05%值的0.05%石油與天然氣化工第44卷第1期CHEMICAL ENGINEERING OF OIL gas在工況條件下,體積測量的MPE(計算出的絕對GBT18603-2001《天然氣計量系統(tǒng)技術(shù)要求》值)應(yīng)大于或等于規(guī)定的(量值)最小偏差(Em),即應(yīng)附錄A中的表A.1和表A.2是根據(jù)1998年OIML滿足式(1)發(fā)布的《國際建議草案》制定的,與本文摘自《國際建Em=2×MMQ×MPE(1)議》的表1~表4相對照就可看出,能量計量現(xiàn)已替代式中,MMQ為相關(guān)測量的最小測定值;MPE為表2體積計量成為當(dāng)前發(fā)展的主流,主要反映于以下方(或表1)中所列值面(3)有關(guān)測量儀表的MPE(不包括發(fā)熱量測定儀(1)從表1可以看出,《國際建議》是把能量測定器):為了滿足上述計量系統(tǒng)及其功能模塊的準(zhǔn)確度要作為天然氣計量站的基準(zhǔn),即天然氣計量系統(tǒng)的分級求,計量系統(tǒng)中除發(fā)熱量測定儀器外的所有測量儀表及其儀表配置均以能量計量為基礎(chǔ)而做出相應(yīng)規(guī)定單獨(dú)進(jìn)行檢定時,其MPE必須滿足表3所列要求)《國際建議》中把配套儀表的準(zhǔn)確度用最大允許誤差(MPE)表示。測量儀表的MPE雖然與測量不表3有關(guān)測量儀表的MPETable 3 MPe of related measurement instruments確定度有所不同,但它給出的儀表示值誤差合格區(qū)間參數(shù)最大允許誤差(MPE)可以作為評定測量不確定度的依據(jù)。當(dāng)直接采用儀表A級計量系統(tǒng)B級計量系統(tǒng)C級計量系統(tǒng)示值作為測量結(jié)果時,由測量儀表引入的不確定度分溫度±0.5℃0.5℃±1℃壓力士1%量可根據(jù)該儀表的MPE按B類方法評定得到密度±0.35%±0.7%±1(3)將標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的設(shè)計流量由原來的(分壓縮因子為)三檔修改為四檔,增加的第四檔建議采用“遠(yuǎn)距離注:①天然氣每一種特性量值測量的MPE可按表3所列值的1/5估計。發(fā)熱量測定”(4)將發(fā)熱量(參數(shù))分為兩類:直接測定發(fā)熱量(4)計量系統(tǒng)各功能模塊的最低設(shè)計要求:按的MPE分別為0.56(A級)1.0(B級)和1.0《國際建議》規(guī)定的設(shè)計準(zhǔn)則,結(jié)合技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的考C級);而有代表性的發(fā)熱量測定(間接測定)的MPE慮,提出的計量系統(tǒng)各功能模塊的最低設(shè)計要求如表則分別降低為0.60%6(A級)1,356(B級)和2.04所列。C級)。根據(jù)《國際建議》,英國現(xiàn)行法規(guī)《輸氣管網(wǎng)準(zhǔn)入?yún)f(xié)表4計量系統(tǒng)各功能模塊的最低設(shè)計要求Table 4 Minimum design requirements of functional定(NEA)》規(guī)定用戶接受天然氣的計算發(fā)熱量les in measurement system(COTE應(yīng)與其支付的賬單相一致;用戶得到的天然標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的氣發(fā)熱量必須與供氣公司的聲明值相符。因此,天然最大設(shè)計流量1000>1000>10000>100000Qm/(m3,h-)氣必須達(dá)到規(guī)定的發(fā)熱量值才允許進(jìn)入國家輸氣管計量曲線的誤差校正網(wǎng)分析系統(tǒng)的MPE不得超過0.1MJ/m3。就地檢定(校準(zhǔn))系統(tǒng)溫度轉(zhuǎn)換3能量計量系統(tǒng)的精密度與不確定度壓力轉(zhuǎn)換據(jù)文獻(xiàn)報導(dǎo),2007年分別在川渝管網(wǎng)和西氣東Z值轉(zhuǎn)換就地發(fā)熱量和密度測定程發(fā)熱量測定√√√√√√√√√√輸一線進(jìn)行的能量計量現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果表明:“高位發(fā)熱量中國煤化工1%左右,達(dá)到GB/T(采樣或賦值)CNMHG確度要求(見圖2)”,單位時間間隔的此結(jié)論明顯欠妥流量記錄密度測量(替代溫度首先,上述現(xiàn)場試驗(yàn)執(zhí)行的是1995版ISO10723壓力和Z值轉(zhuǎn)換的有關(guān)規(guī)定,后者只能應(yīng)用于精密度評定,不涉及不確準(zhǔn)確度等級C(3%)B(2%)B~2%)A%)定度評定問題。其次,目前我國用于能量計量分析系4陳賡良天然氣能量計量的技術(shù)進(jìn)展2015統(tǒng)質(zhì)量控制的標(biāo)準(zhǔn)氣體混合物(RGM)是由英國國家度的比例關(guān)系;二是各組分在不同濃度條件下的響應(yīng)物理實(shí)驗(yàn)室(NPL)進(jìn)口的認(rèn)證級標(biāo)氣,RGM公稱不值與(儀器出廠時的)假定值相一致確定度為0.5%。2012年3月,NPL為鋼瓶編號NG但在實(shí)際操作過程中,分析儀器響應(yīng)值的測量不356頒發(fā)的證書中標(biāo)出的各組分的不確定度如表5所確定度將隨組分濃度變化而變化。對天然氣組成中的列,其中不確定度最大的兩個組分為正己烷(0.43%)多數(shù)組分而言,其測量不確定度是隨摩爾分?jǐn)?shù)的增加和正戊烷(0.45%)。因此,圖2數(shù)據(jù)僅表明分析結(jié)果而增加,但也有些組分的不確定度在整個組成范圍內(nèi)之間的相對偏差較小,管輸天然氣的氣質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定,分固定不變析儀器與方法的精密度較好。對在用的能量計量天然大多數(shù)在線分析儀在出廠時,其默認(rèn)設(shè)置為按內(nèi)氣組成分析系統(tǒng)進(jìn)行測量誤差及其不確定度(的整體)置數(shù)學(xué)模型計算的假定響應(yīng)函數(shù)為一條通過原點(diǎn)的直評定,必須執(zhí)行ISO10723:2012的有關(guān)規(guī)定。線。如此設(shè)置所采用的響應(yīng)值與組分濃度之比為常0.6數(shù),并允許以一種標(biāo)準(zhǔn)氣混合物(RGM)應(yīng)用于較寬范口A站2007-04-08·B站2008-03-10.5}A站2007-04-18B站52008-07-11圍的被測組分濃度,這樣就導(dǎo)致偏差的產(chǎn)生(見圖3)。站2008-06-03·B站2008-07-12但在多數(shù)情況下,這一假定值與響應(yīng)真值之差不是很0.4}=A站200-06-05C站208-03站2008-08-16口C站2008-0大,由此產(chǎn)生的偏差(相對)較小,般通過單點(diǎn)校準(zhǔn)后口A站2008-08-17C站2008-03-27B站2007-12-18C站2008-07-1B站2007-12-19口C站2008-07-14的測定值大體上可以接受。但對濃度很高的大組分B站2007-12-20口C站2008-07-150.2B站2008-03-1口GB/T18603規(guī)定尤其是甲烷組分,有時產(chǎn)生的誤差則可能相當(dāng)可觀,從而使偏差超出(法規(guī)、范圍或標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的)不確定度范圍驗(yàn)站點(diǎn)30000圖2西氣東輸3個計量站點(diǎn)發(fā)熱量測定值不確定度圖校準(zhǔn)氣體Figure 2 Uncertainty of determining calorific value in響應(yīng)值3 measurement stations for West-East NG Pipeline Project15000N樣品值表5進(jìn)口RGM中各組分的不確定度5000樣品誤校準(zhǔn)誤差摩爾分?jǐn)?shù)/%Table 5 Uncertainty of measuring component concentrationin imported RGM摩爾分?jǐn)?shù)/%摩爾分?jǐn)?shù)/假定響應(yīng)值‘真實(shí)’響應(yīng)值氮?dú)?0.680±0.042異丁烷4.963±0.021圖3偏差型誤差的來源正丁烷4.988±0.021Figure 3 Sources of bias error二氧化碳20.041士0.045異戊烷999+0.009正戊烷2.001±4.2響應(yīng)函數(shù)的類型己烷0.9853士0.004IsO10723:2012要求使用高質(zhì)量的RGM來評注:①不確定度為標(biāo)準(zhǔn)不確定度乘以包含因子k=2,包含概率為價分析儀器的性能。不同實(shí)驗(yàn)用RGM中被測組分的濃度不同,以便適應(yīng)預(yù)定的測量范圍。不論測量不確定度在整個預(yù)定的濃度范圍內(nèi)是否有變化,都可以通4分析系統(tǒng)的偏差及其不確定度過對v中國煤化工進(jìn)行評定。啊應(yīng)函數(shù)4.1偏差(型誤差)的來源的類型CNMHG方程,多項(xiàng)式級別愈高在天然氣能量計量系統(tǒng)中,如果分析儀器(一般為則應(yīng)用就愈復(fù)雜。對每種組分,需要涵蓋測量范圍內(nèi)氣相色譜儀)正確地按使用目的進(jìn)行了配置,其性能可的7個不同濃度來定義三次方程,如果經(jīng)驗(yàn)知識表明以由以下兩個特性來表征:是以重復(fù)性表示的測量不可能是三次方程時,也可以5個不同濃度來定義二不確定度,以便能很好地確定分析儀器響應(yīng)值/組分濃次方程,或以3個不同濃度來定義一次方程。然而,大石油與天然氣化工第44卷第1期CHEMICAL ENGINEERING OF OIL gas多數(shù)情況下并不存在此類信息,故一般都傾向于使用規(guī)范專門應(yīng)用于測量模型不宜進(jìn)行線性近似的場合,7個不同濃度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以確定合適級別的響應(yīng)函因?yàn)樵诖藞龊舷掳碕F1059.1—2012《測量不確定度數(shù)。每個組分的真實(shí)校準(zhǔn)函數(shù)Fm[x]的表達(dá)式評定與表示》規(guī)定的GUM法確定輸出量的估計值和如式(2)所示,式中a表示校準(zhǔn)函數(shù)方程中的各項(xiàng)有標(biāo)準(zhǔn)不確定度可能變得不可靠。同時,對于象我國這關(guān)參數(shù)。樣每年表觀消費(fèi)量已經(jīng)達(dá)到約1500×10m3的天然x=a+ax+ax2+ax(2)氣消費(fèi)大國,其輸配系統(tǒng)涉及數(shù)量十分龐大的、用于發(fā)同樣,真實(shí)分析函數(shù)Gm[y]的表達(dá)式如式(3)熱量間接測定的氣相色譜儀,且儀器型號眾多,如此巨所示,式中b表示分析函數(shù)方程中的各項(xiàng)有關(guān)參數(shù)。大的樣本數(shù)量也無法以GUM法進(jìn)行測量不確定度評大多數(shù)情況下儀器出廠時均設(shè)定b=b=b=0定。因此,SO10723:2012規(guī)定了以CMC模擬評定x=G.m[y]=b+by+by2+by2(3)氣相色譜分析系統(tǒng)不確定度的方法及其程序在式(2)和式(3)中,y是分析儀器對組分i響應(yīng)CMC模擬的基本原理是:可通過測量無窮多個值的平均值;x是天然氣樣品中組分i的摩爾分?jǐn)?shù)組成位于規(guī)定操作范圍內(nèi)的參比氣體混合物,對由儀根據(jù)JF1059.1一2012《測量不確定度評定與表器引起的誤差和不確定度進(jìn)行完整評估,但實(shí)際上這示》的規(guī)定,校準(zhǔn)氣體混合物(RGM)中組分i的摩爾是不可能實(shí)現(xiàn)的。通常采用的做法是:在預(yù)定的濃度分?jǐn)?shù)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度(x)可由儀器制造廠提供的范圍內(nèi)測量少量RGM,據(jù)此確定每種組分響應(yīng)函數(shù)包含因子k通過式(4)計算,式中Um[x,]表示的數(shù)學(xué)表達(dá)式。然后,用這些真實(shí)響應(yīng)函數(shù)、儀器數(shù)據(jù)RGM中x組分測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度。系統(tǒng)假定的響應(yīng)函數(shù)及儀器所用工作校準(zhǔn)氣體混合物(4)(wMS)的參考數(shù)據(jù)等信息模擬儀器的性能特征。最4.3誤差與不確定度的計算后,再用試算方法對氣體混合物進(jìn)行大量的離線模擬大多數(shù)情況下儀器出廠時設(shè)定的分析函數(shù)如式測量從而確定測量系統(tǒng)固有的性能基準(zhǔn),建立數(shù)學(xué)模(5)所示。同樣,進(jìn)行操作評價時由RGM得到的真實(shí)型。根據(jù)分析系統(tǒng)的具體情況,測量偏差及其不確定校準(zhǔn)函數(shù)則如式(6)所示。這兩條函數(shù)曲線在圖3所度(即偏差的分布范圍)評定大致需經(jīng)過以下步驟示的校準(zhǔn)點(diǎn)相交,據(jù)此可以由式(7)求得未經(jīng)歸一化的(1)確定商品天然氣組成及其組分變化范圍。組分i的摩爾分?jǐn)?shù)x:m。所有組分經(jīng)歸一化后的絕(2)在離線分析器上確定響應(yīng)函數(shù)類型。對誤差δx可以由式(8)與式(9)計算。(3)確定校準(zhǔn)氣體混合物(wMS)組成及其不確定度Gi asm (yi(5)Fi true(xi)(4)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計。(6)Gi.asm[ Fi tme(xi.true)(5)計算測量結(jié)果的偏差及其分布(不確定度)。Gi asm F; true(xi eal)(7)具體實(shí)驗(yàn)方案為構(gòu)建一個至少應(yīng)包括10000個i,meas2i. mea(8)隨機(jī)樣品氣組成的數(shù)據(jù)集,其中各組分摩爾分?jǐn)?shù)皆位∑x℃z,meas于整個輸配系統(tǒng)所考慮的全部計量站可能出現(xiàn)的天然氣組成范圍內(nèi)。嚴(yán)格地講,模擬中所選用的組成也并,, mens -x(9)不完全是隨機(jī)的,而是根據(jù)長期工業(yè)經(jīng)驗(yàn)得到的某種5蒙特卡洛( Monte-Caro,CMC)模擬組分中國煤化工分濃度的已知關(guān)系確定5.1基本原理CNMH氣(模擬組成)發(fā)生器根據(jù) ISO/IEC Guide98-3/ Suppl.1:2008《用蒙對有關(guān)丁烷和戊烷異構(gòu)體與正構(gòu)體的關(guān)系就是采用這特卡洛法傳播概率分布》的有關(guān)規(guī)定,我國于2012年些經(jīng)驗(yàn)規(guī)則。由于采用了這些經(jīng)驗(yàn)規(guī)則,實(shí)際樣品中發(fā)布了國家計量技術(shù)規(guī)范JF1059.2一2012《用蒙特不存在的非自然界生成的天然氣組分就不會出現(xiàn)于?？宸ㄔu定測量不確定度技術(shù)規(guī)范》。此項(xiàng)計量技術(shù)擬樣品組成之中6陳賡良天然氣能量計量的技術(shù)進(jìn)展201552計算公式值在CMC模擬過程中,每進(jìn)行一次試算就能得到U(P)=k×l(6P)(14)組x的真值和測定值,將兩者分別代入式(10)就可5.3模擬結(jié)果以按IS06976:1995《天然氣熱值、密度和相對密度的文獻(xiàn)[5報導(dǎo)了英國 Effectech公司按英國國家計算》規(guī)定的方法計算出該天然氣樣品的體積基高位輸氣管網(wǎng)中商品天然氣組成情況,進(jìn)行整個能量計量發(fā)熱量真值CVm與測定值CVm。然后,就可以得到分析系統(tǒng)不確定度評定的一個實(shí)例。確定試驗(yàn)氣體組高位發(fā)熱量測量誤差的表達(dá)式,見式(11)。式(11)也成范圍,并據(jù)此確定7個不同的試驗(yàn)氣體組成后,在離同樣可應(yīng)用于氣體密度等測量誤差的計算。線氣相色譜儀上進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn),每種組分取得的測定CV= Hs [a, V(t,p2)]結(jié)果按ISO6143:2001《氣體分析標(biāo)定用混合氣體成Hs(t,P)]分的測定比較方法》的規(guī)定,用最小二乘法對該組分Zmix(t p2進(jìn)行回歸分析而分別求得校準(zhǔn)函數(shù)中的參數(shù)a和分xXH[×R,析函數(shù)中的參數(shù)∑x×、b表6列出了由10000個隨機(jī)樣品進(jìn)行CMC模擬式中,為氣體燃燒溫度,K;t為氣體計量溫度,K;p而求得的典型組成范圍內(nèi)組分濃度和高位發(fā)熱量測量結(jié)果的平均誤差δP。CMC模擬的另一個特點(diǎn)是可以為氣體計量壓力,kPa;H[t]為在燃燒溫度為t時將測量結(jié)果不確定度的概率密度函數(shù)分布可視化(見組分i的理想氣體摩爾基高位發(fā)熱量,kJ/ml,參見圖4)。由于甲烷是商品天然氣中濃度最高的組分,在SO6976:995的表3;R為摩爾氣體常數(shù),831472本例中其設(shè)定的濃度范圍為63.81%~98.49%,故以J/mol·K;b為規(guī)定溫度與壓力下的求和因子。甲烷濃度為變量而得到的高位發(fā)熱量測定值的平均誤oCVmeas=CVmeas-CV(11)差分布范圍最具代表性。圖4所示數(shù)據(jù)表明,RGM由于CMC模擬過程中假定的組分濃度及其計算而得的高位發(fā)熱量不存在不確定度,故模擬結(jié)果得到表6典型組分的組成范圍及平均誤差Table 6 Composition range and average error的組分濃度及其計算出的高位發(fā)熱量測量偏差的不確of typical components定度u(δx)和u(δP),就分別等于組分濃度測定值及組分y(校準(zhǔn)氣體)y(組成范圍)平均誤差其計算而得的高位發(fā)熱量的不確定度u(x,mcm)和E(xu(Pm)。因此,根據(jù)CMC模擬結(jié)果,可由式(12)計4.4950.000~10.0000.015算組分濃度及其計算的高位發(fā)熱量的平均測量偏差氧化碳0.000~7.0000.012δP,式中δP則表示在總數(shù)為n次的模擬測量過程中甲烷78.000~97.960-0.041第t次測量結(jié)果的測量偏差。求得δP后,可由式(13)乙烷6,9780,000~12.0000,013計算測量平均偏差的不確定度度l(GP);并可由式丙烷3.2790.000~6.890(14)計算其擴(kuò)展不確定度U(6P),式中h為合適的包異丁烷0.000~1.000含因子,目前使用包含因子k=2,包含概率為0.95正丁烷0.50120.000~1.0000,001∑δP6P=(12)中國煤化工異000~0.350CNMHG(6P)=[6PH+u(6P)(13)正0.10920.000~0.3500.000式中,u(6P)為由n個組成中每個組成計算出的高位正己烷0.10990.000~0.3500,00發(fā)熱量的偏差的方差;[GP]為n個組成中每個組成發(fā)熱量/31.6~40.0061的測量偏差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度平方n2[6P]的算術(shù)平均(MJ·石油與天然氣化工第44卷第1期CHEMICAL ENGINEERING OF OIL gas中甲烷濃度約為82%時接近測量誤差擴(kuò)散的最小點(diǎn),6建議RGM中甲烷濃度愈高則測量誤差分布范圍愈大,即(1)參照ISO14111-1997《天然氣分析溯源性準(zhǔn)其測量不確定度也愈大。圖5所示數(shù)據(jù)則表明,平均則》與IsO15971-2008有關(guān)規(guī)定,盡快建立我國商品誤差δP的不確定度數(shù)據(jù)絕大多數(shù)分布在紅色區(qū)域內(nèi),天然氣分析和熱量計測定的溯源準(zhǔn)則及其配套RGM由此估計最大平均誤差(MPE)的分布區(qū)間為-0.1的分級與命名。0.08MJ/m3,符合英國《輸氣管網(wǎng)準(zhǔn)入?yún)f(xié)定(NEA)》(2)在修訂GB/18603-2001《天然氣計量系統(tǒng)的規(guī)定。同時,從圖5中模擬數(shù)據(jù)的分布可以確定被技術(shù)要求》的過程中,考慮采用國際建議中以MPE表測量為正態(tài)分布,故對應(yīng)的包含因子k=2,包含概率示計量系統(tǒng)準(zhǔn)確度的有關(guān)規(guī)定,以利于對我國輸氣管為0.95,MPE的分布區(qū)間即為其包含區(qū)間。網(wǎng)能量計量系統(tǒng)的不確定度作整體評價。0.15(3)參照ISO10723:2012的有關(guān)規(guī)定,盡快開展0.10(在用)天然氣能量計量系統(tǒng)測量偏差及其不確定度整體評估的相關(guān)技術(shù)開發(fā)(4)盡快開展蒙特卡洛模擬及其在能量計量中的應(yīng)用研究。0.10參考文獻(xiàn)勤.天然氣能量計量在我國應(yīng)用的可行性與實(shí)踐[].天然氣工880828486889092949698(甲烷)/%業(yè),2014,34(2):123-1294以甲烷濃度為變量的測量誤差分布圖[2]黃黎明,陳賡良,張福元,等.天然氣能量計量的理論與實(shí)踐[MFigure 4 Change curve of measuring error with北京:石油工業(yè)出版社,2010:39methane concentration[3]BASIL M, PAPADOPOULS C, SUTHERIAND D, et 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