HPPP法檢定高壓天然氣流量計
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關鍵字： HPPP氣體流量標準裝置；量值溯源
天然氣作為一種優質、高效、潔凈的能源和化工原料，已經成為世界三大能源支柱之一。進入21世紀，我國天然氣工業得到了迅速發展。天然氣貿易交接計量在天然氣作為商品的流通環節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、跨國界的天然氣輸氣干線工程的實施和建設，天然氣貿易量每年在成倍增長。因此，隨著天然氣貿易交接計量工作量的增加，天然氣流量計量的準確性愈加成為關注的焦點[1]。由此針對校準氣體流量計準確度的檢定標準裝置的研究工作也愈發顯得重要。
1 常見氣體流量標準裝置
氣體流量標準裝置是能夠提供確定準確度，用于校準工作流量計或流量計量系統，并在國家計量部門授權的檢定裝置上檢定（或校準）其準確度的成套裝置。氣體流量標準裝置結構各異，但至少應具備壓源、測試管路、流量計量標準器具、流量調節閥及控制設備五個部分。通用的氣體流量計量標定裝置一般以空氣為介質，而天然氣流量計量標準是以天然氣為介質。
氣體流量標準裝置的主要作用如下：
（1）作為流量量值統一與傳遞的標準設備，復現氣體流量標準值；
（2）進行流量儀表的性能測試，確定儀表的準確度、穩定性等計量性能；
（3）開展氣體流量計量技術、檢定方法等有關的試驗研究。
根據原理、準確度等級和現場條件等的不同，檢定天然氣流量計的氣體流量標準裝置的主要形式有鐘罩式氣體流量標準裝置，PVTt法氣體流量標準裝置和HPPP法氣體流量標準裝置。
1.1 鐘罩式氣體流量標準裝置
鐘罩式氣體流量標準裝置在國內外較常采用。它是一個上部有頂蓋下部開口的容器。液槽內由于盛滿不易揮發的油（或水）而形成液封，因而鐘罩內形成了一個密封的、可儲氣的容器空間。為了避免晃動，鐘罩兩邊和鐘罩內下部都裝有導軌，立柱上也有導軌，通過滑輪配重物來平衡鐘罩內的壓力。當鐘罩下降時，隨著鐘罩侵沒在液體中深度的增加，鐘罩所受浮力也增大。鐘罩計量器上一般都有一個補償機構使鐘罩內的余壓不隨鐘罩侵入水中或油中的深度而改變，保證鐘罩計量器內氣體的流動為定常流動。這樣便可由鐘罩下降距離求得與之對應排出氣體的體積ΔV，再由下降這段距離所需要的時間Δt計算出通過流量計的流量。
鐘罩式氣體流量標準裝置具有精度高、流量范圍適中，原理和結構簡單等優點，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合的要求。目前，世界上最大的鐘罩裝置的標準容積可達64m3，國內鐘罩的最大容積為20m3。鐘罩裝置的氣體國家基準的流量范圍是（0.13～120）m3/h，不確定度為0.12%。
1.2 PVTt法氣體流量標準裝置
PVTt法氣體流量標準裝置是指某一段時間間隔Δt內，氣體流入或流出容積為V的容器，根據容器內壓力P和熱力學溫度T的變化，求得氣體流量的標準裝置，其結構簡圖如圖1所示。
圖1 PVTt法氣體流量標準裝置結構簡圖
PVTt法氣體流量標準裝置的關鍵是如何精確標定標準容器的容積。使用氣標法標定容器的容積，不確定度可以控制在0.105%以內。PVTt法裝置的準確度優于0.11級，其國家基準的流量范圍是（0.11～1300）m3/h，不確定度為0.105%（k=2）[2]。
2 HPPP法氣體流量標準裝置原理
HPPP法氣體流量標準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制置換的方式在其內往復運動，根據活塞通過該管段所需時間可得到氣體的標準體積流量。檢測開關可確定活塞進入和離開標準管段的時間間隔，標準管段的容積采用水驅法由標準量器確定。
原級標準采用HPPP法首次應用于德國的Pigsar檢定站，其裝置的不確定度為0.01%[3]。HPPP法氣體流量標準裝置的工作介質可以為空氣、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準管段的容積及其壓力等級。在裝置工作時，要確保活塞在標準管段內平穩移動，以獲得較為穩定的標準氣體流量，其結構簡圖如圖2所示。 熱式質量流量計相關文章:熱式質量流量計原理 流量計相關文章:流量計原理
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