中國計量院服務西氣東輸——精準計量“氣”連東西

圖為中國石油西氣東輸安徽定遠站。 宋衛星 攝

    8月25日，在甘肅省瓜州縣腰占子村，西氣東輸三線瓜州站完成最后一道焊口，標志著西氣東輸三線西段全線貫通。西段工程建成投產后，來自中亞的天然氣和新疆煤制天然氣將通過中衛站向西氣東輸一線和二線、陜京系統和中貴線輸送，長三角、珠三角、京津環渤海和川渝地區數億民眾將因此受益。
    我國西部地區的塔里木盆地、柴達木盆地蘊藏著8萬億立方米的天然氣資源，約占全國陸上天然氣資源的22%。2000年2月，國務院批準啟動“西氣東輸”工程，這是僅次于長江三峽工程的又一重大投資項目。西氣東輸工程是我國距離最長、口徑最大的輸氣管道，東西橫貫新疆、甘肅、寧夏、陜西、山西、河南、安徽、江蘇、上海9個省區，全長達4200公里。
    隨著西氣東輸工程的實施，長三角地區的用氣量激增，為提升天然氣計量的準確度，中國石油從2000年開始，在南京籌建天然氣計量站。該站建設了完整的天然氣量值傳遞體系，包括MT法原級標準裝置、音速噴嘴法次級標準裝置和渦輪流量計法工作標準裝置。2012年初，該站完成建標考核，正式對外開展工作。
    在天然氣計量站正式投入使用后，天然氣計量方面陸續暴露出不少問題，與計量站有著多年合作的中國計量院熱工所流量室副研究員李春輝給出了解釋。首先，國內天然氣計量站原級標準裝置的不確定度水平與國外先進水平存在一定差距。“目前，德國物理技術研究院天然氣原級標準的測量能力處于世界領先水平，其測量不確定度為0.06%；而南京天然氣計量站的MT法原級標準裝置的不確定度為0.10%。”測量不確定度水平對天然氣的輸送和消費到底有多大影響？李春輝算了一筆賬：“我國每年輸送和消費的天然氣量超過1000億立方米，原級裝置的測量不確定度直接影響到貿易交接用流量計的準確度，其測量不確定度每降低0.01%，都會對天然氣貿易產生數以億計的經濟影響。”因此，進一步研究MT法原級標準的不確定度影響因素，并在此基礎上提升整個天然氣計量體系的不確定度具有重要的經濟和社會意義。
    其次，隨著天然氣使用量持續增加，中石油在成都建立了天然氣計量站，中石化正在武漢建設天然氣計量站，中海油也正在籌建自己的天然氣計量站。但由于對傳遞流量計研究的不足，國內各天然氣計量站之間未進行計量比對，國內天然氣計量的量值還未實現統一，容易造成天然氣計量的混亂，影響天然氣的交易和消費。
    作為我國計量科學研究最高機構，中國計量院從2012年開始與國內各天然氣計量站陸續開展合作，主要目的就是解決以上兩個問題。
    通過分析及實驗，李春輝和同事們確認了影響MT法原級標準裝置不確定度的最大分量。“我們從現有天然氣MT法原級標準裝置的不確定度分析模型出發，重點降低占標準裝置不確定度較大分量的浮力及時間測量不確定度分量。通過稱量容器外施加保溫材料可降低浮力影響；在旁通管路上安裝可高速測量壓力的儀表及壓力調節閥門，通過壓力調節閥門調節旁通管路所需的壓力，基于進氣閥門開、關過程中高速壓力測量儀表采集的壓力數據，可選擇合理的測量時間，使進氣閥門開、關時附加容積內的質量相同，該方法不僅可以消除附加體積內的測量不確定度，并可極大地降低時間測量不確定度。”目前，南京天然氣計量站正在依照中國計量院的研究成果進行相應的技術改造，完成后，有望提升MT法原級標準裝置的不確定度水平。成都天然氣計量站新建的MT法原級標準裝置已采用了相應的研究成果。
    渦輪流量計是目前廣泛使用的傳遞流量計，國內通常依據檢定規程只進行一些固定流量點的檢測。但渦輪流量計在使用時，所使用的流量點和檢定的流量可能并不一致，即存在非定點使用的情況。以往，國內多采用線性內插對渦輪流量計的性能予以評估，由于該方法引入較大的不確定度，極大地降低了渦輪流量計的準確度。“我們針對不同壓力下渦輪流量計的測試結果，基于國外同行的研究經驗，在國內首次采用曲線擬合法對其計量特性進行合理評估，提升了其準確度。”李春輝和同事們的研究成果有效地促進了國內天然氣量值的統一。
    中國計量院與相關天然氣計量站的合作，促進了國內現有MT法天然氣流量原級標準裝置水平的提升，在次級標準、工作標準領域內的合作研究更直接地促進了現場工作流量計流量測量不確定度的降低，提升了我國天然氣流量量值傳遞的水平和計量的準確度水平。  《中國質量報》

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