原油外输计量装置不确定度的评估方法

第３１卷第４期（２０１２．０４）（生产管理）　

原油外输计量装置不确定度的评估方法　

林洪科　葛军　郭慧娟　北京华油惠博普科技股份有限公司　

摘要：影响外输计量准确度的因素主要有：流量计自身性能和质量，计量介质的黏度、温　度、压力及流态，附加装置、检定装置的准确度和检定周期，受检定、使用时条件的变化程　度。外输计量装置的整体不确定度是流量计计量过程中产生的不确定度与量值传递的标准体积　管不确定度的合成。以实际工程设计为例，分析外输计量装置中影响测量结果的不确定度来源　因素，按照国际通用标准规范的要求，对所设计工程装置进行了不确定度评估。本工程业主提　出的设计指标为外输计量装置整体精度不低于０．２５％。根据对装置的不确定度分析计算可知，仪　表配置及装置设计完全符合要求。　关键词：原油计量；不确定度；评估；流量计；置信概率；重复性　

ｄｏｉ：ｌＯ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－６８９６．２０１２．４．０３１　

以管输为主的原油输送方式，其计量门站或末　站，大部分是采用流量计动态计量方式。所配置的　流量计多数为容积式流量计，直接测量原油体积流　量。计量精度偏低是目前生产中存在的实际问题之　

一…。因此，最大限度地减少人为因素的影响，提　高计量的准确度，提高计量器具的运行可靠性和技　术管理水平，在设计中采用先进的计量配套技术是　解决精度问题的出路和方法　。　

１　外输计量装置的设计　

某Ｔ程外输计量装置设计的基础参数见表１，　仪表设备选型配置见表２。　

表１　某工程外输计量装置的基础参数　

表２某工程外输计量装置仪表设备选型配置　

２不确定度的来源分析　

压力、温度、脉冲数以及检定装置中置换器置　换容积所需要的时间，这些数据是计算机可采集到　的，根据标准参比条件（　。　和户　）下体积管两个检　

测开关之间的容积　及检定装置中置换器置换该　

容积所需要的时间丁　，可得计算体积流量计算公　式为　Ｑ　：３．６×Ｖ【】／Ｔｔ［１＋Ｃ　ｆ　（ｚ—　。【））＋　，　、　

Ｃｐｐ（　一　１Ｉ】　式中　为体积管的压力修正系数；（　为体　

积管的温度修正系数。　影响外输计量准确度的主要因素有：流量计自　身性能和质量，计量介质的黏度、温度、压力及流　态，附加装置、检定装置的准确度和检定周期，受　

检定、使用时条件的变化程度。外输计量装置的整　体不确定度是流量计计量过程中产生的不确定度与　

量值传递的标准体积管不确定度的合成。　

３　评估方法　

测量结果的不确定度一般包含若干个分量，根　据其数值计算方法的不同分为Ａ类和Ｂ类。Ａ类是　

用对被测量重复观测并根据测量数据进行统计分析　

的方法计算，用实验标准偏差表征。Ｂ类是用非统　

油气田地面工程（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｙｑｔｄｍｇｃ．ｃ。ｍ）　

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计方法进行计算，根据已有的经验或相关技术文件　

资料及假设的概率分布估计的标准偏差表征。　仪表厂商提供的仪表精度或有关技术部门给出　的具有法律效应的仪表检定证书参数，只能以一定　的置信度问接地确定仪表的不确定度范围，不能给　

出其具体误差值。有了这个误差范围，就能知道误　差的区间，虽不知道真值的具体大小，也不知道其　偏差是正是负，但计算不确定度时，就能以一定的　置信概率计算出不确定度范围。本文所有仪表基本　误差不确定度均按照国际惯例，假设其符合正态分　布，将置信概率水平取ｐ＝９５％，ＫＰ＝２。评估　

包括以下几方面。　

（１）压力测量的不确定度。考虑温度变化等因　素在内的影响，压力变送器的整体精度为Ｏ．１５％。　

因此压力测量的标准不确定度Ｉ　）为：Ｕｐ＝　

０．１　５％／２＝０．０７５％。　（２）温度测量的不确定度。根据厂商（Ｅｍｅｒ—　ｓｏｎ）提供的资料，３１４４温度变送器的技术数据如　

下：数字精度为±０．１。Ｃ，模数转换Ｄ，Ａ精度　为±０．０２。Ｃ。环境温度影响的数字精度：　Ｅ００１５￣Ｃ／。Ｃ　Ｘ　０ｏ。Ｃ－２０　ｏ０＝０．０１５。Ｃ　０．００１　５。Ｃ／。Ｃ　

为厂商给出的温漂系数，变送器标定时的温度为　２０　ＤＣ，变送器实际工作时的环境温度假设为　３０　０Ｃ。环境温度对Ｄ／Ａ精度的影响：［０．０１％／。Ｃ　Ｘ　１００］×（３０。Ｃ一２０。Ｃ）＝０．０１。Ｃ。环境温漂系数为　

０．０１％／。Ｃ，变送器的量程为１００　ＤＣ。温度变送器的　不确定度在传感器和变送器组合以后，根据ＲＳＳ概　率计算方法，合成不确定度为：合成不确定度＝　

（数字精度。＋模数转换精度　＋环境温度影响精度　＋　环境温度对模数转换精度。）　＝（０．１　＋０．Ｏ２。＋　０．０１５　＋０．０１　）　＝０．１０３　５６。Ｃ。标定温度变送器的量　程是０～１００。Ｃ，因此温度测量的标准不确定度为：　

＝０．１０３　６％／２＝０．０５０　８％。　（３）密度测量的不确定度。密度计厂商（ＳＯ－　

ＬＡＲＴＲＯＮ）提供的密度计技术参数如下。精度　０．０００　１５　ｇ／ｃｃ；重复性：０．０００　０２　ｃｃ；测量中的温　度影响为０．０００　００５　ｇ・ｃｃ　／。Ｃ，假设温度的最大偏差　

为１５。Ｃ，温度影响的测量不确定度为０．０００　０７５　ｇ／ｃｃ；　密度测量中的压力影响系数为０．０００　００３　ｇ・ｃｃ～／ｂａｒ，　

考虑压力的最大偏差为２５　ｂａｒ，压力影响的测量不　确定度为０．０００　０７５　ｅｄｃｃ。因此根据ＲＳＳ概率计算方　法，密度计测量的合成不确定度为：合成不确定度：　

（变送器精度　阜重复性　＋压力影响。＋温度影响　）　＝　（０．０００　１５。＋０．０００　０２　＋０．０００　０７５　＋０．０００　０７５　）“　＝　０．０００　１８４　７９７　２　ｇ／ｃｃ＝０．１８４　７９７　２　ｋ　ｍ。。因此密度　测量在８２０　ｋｄｍ。时的标准不确定度　Ｕａ　＝（０．１８４　７９７　２／８２０）／２＝０．０１１　２７％。　（４）体积管的压力影响材料变化的不确定度　（ＣＰＳＰ）计算（体积管的压力影响系数）。根据ＡＰＩ　

ＭＰＭＳ　１２．１－ｌ部分规定：ＣＰＳＰ＝ｌ＋（ＰＰ—Ｐ　）×　１Ｄ／Ｅｔ　。Ｐ　为体积管内部操作压力（２５　ｂａｒ　（ｇ））；Ｐ　ｌ为体积管标定压力（０　ｂａｒ（ｇ））；皿为　体积管内径（３１１．１５　ｍｍ）；Ｅ为材质的弹性模量系　数（２　０６８　０００）；　为壁厚（２２．２２　ｍｍ）。忽略内　

径（　）尺寸测量与厚度（ｔ　）测量的不确定度影　

响，体积管的压力测定不确定度满足方程：　ａ　ＳＰ／ａ。＝　Ｄ／（Ｅ×ｔ　）＝６．７７１　３５Ｅ一０６；压力测　

量的标准不确定度为：　：０．０７５％，根据ＡＰＩ　

ＭＰＭＳ　１３．１，１２．２＿２可计算出压力因素影响的体积　管标准不确定度为：　＝６．７７１　３５　Ｅ一０６×　

０．０７５％＝０．０００　０００　５１％。此外，还包括体积管的温　度影响不确定度ＣＴＳ　、不确定度ＣＴＬｍ（流量计　在标定条件下温度引起的液体膨胀测量误差）和　ＣＴＬＰ（在标定条件下温度引起的体积管体积膨胀　测量误差）、ＣＰＬ　和ＣＰＬ。不确定度、基准体积　

管不确定度、流量计的脉冲接收装置的不确定度、　Ｋ因子不确定度、毛体积的不确定度以及标准体积　不确定度的计算。　

４　结诸　

结合国内、国际规范标准，对原油外输计量装　置进行了不确定度评估。本工程业主提出的设计指　标为外输计量装置整体精度不低于０．２５％。根据对　装置的不确定度分析计算可知，该仪表配置及装置　设计完全符合要求。　参考文献　［１】符长梅，曾冠鑫，方伟卓．基于ＧＬＣＣ高效分离技术的分离计　量撬．油气田地面工程，２０１１，３０（１２）：７３—７４．　【２】耿作孝，郑琦．大庆油田地面工程科技创新五十年【ｊ］．油气田　地面工程，２０１０，２９（９）：１—５．　．　【第一作者简介】林洪科：高级工程师，从事石油天　然气仪表自动化工程设计工作２２年，现就职于华　油惠博普科技股份有限公司。　

（０１０）８２８０９８０７—８２０、ｌｉｎｈｏｎｇｋｅ＿ｈｂｐ＠１２６．ｃｏｍ　

（栏目主持焦晓梅）　

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