中國計量院利用先進(jìn)研究成果服務(wù)西氣東輸
圖為中國石油西氣東輸安徽定遠(yuǎn)站。 宋衛(wèi)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(biāo)志著西氣東輸三線西段全線貫通。西段工程建成投產(chǎn)后，來自中亞的天然氣和新疆煤制天然氣將通過中衛(wèi)站向西氣東輸一線和二線、陜京系統(tǒng)和中貴線輸送，長三角、珠三角、京津環(huán)渤海和川渝地區(qū)數(shù)億民眾將因此受益。
我國西部地區(qū)的塔里木盆地、柴達(dá)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(wù)院批準(zhǔn)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(qū)，全長達(dá)4200公里。
隨著西氣東輸工程的實施，長三角地區(qū)的用氣量激增，為提升天然氣計量的準(zhǔn)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(shè)了完整的天然氣量值傳遞體系，包括MT法原級標(biāo)準(zhǔn)裝置、音速噴嘴法次級標(biāo)準(zhǔn)裝置和渦輪流量計法工作標(biāo)準(zhǔn)裝置。2012年初，該站完成建標(biāo)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(xù)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(nèi)天然氣計量站原級標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度水平與國外先進(jìn)水平存在一定差距。“目前，德國物理技術(shù)研究院天然氣原級標(biāo)準(zhǔn)的測量能力處于世界領(lǐng)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(biāo)準(zhǔn)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(mào)易交接用流量計的準(zhǔn)確度，其測量不確定度每降低0.01%，都會對天然氣貿(mào)易產(chǎn)生數(shù)以億計的經(jīng)濟影響。”因此，進(jìn)一步研究MT法原級標(biāo)準(zhǔn)的不確定度影響因素，并在此基礎(chǔ)上提升整個天然氣計量體系的不確定度具有重要的經(jīng)濟和社會意義。
其次，隨著天然氣使用量持續(xù)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(shè)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(nèi)各天然氣計量站之間未進(jìn)行計量比對，國內(nèi)天然氣計量的量值還未實現(xiàn)統(tǒng)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(xué)研究最高機構(gòu)，中國計量院從2012年開始與國內(nèi)各天然氣計量站陸續(xù)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(rèn)了影響MT法原級標(biāo)準(zhǔn)裝置不確定度的最大分量。“我們從現(xiàn)有天然氣MT法原級標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度分析模型出發(fā)，重點降低占標(biāo)準(zhǔn)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(diào)節(jié)閥門，通過壓力調(diào)節(jié)閥門調(diào)節(jié)旁通管路所需的壓力，基于進(jìn)氣閥門開、關(guān)過程中高速壓力測量儀表采集的壓力數(shù)據(jù)，可選擇合理的測量時間，使進(jìn)氣閥門開、關(guān)時附加容積內(nèi)的質(zhì)量相同，該方法不僅可以消除附加體積內(nèi)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(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造，完成后，有望提升MT法原級標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)裝置已采用了相應(yīng)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(nèi)通常依據(jù)檢定規(guī)程只進(jìn)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(nèi)多采用線性內(nèi)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(zhǔn)確度。“我們針對不同壓力下渦輪流量計的測試結(jié)果，基于國外同行的研究經(jīng)驗，在國內(nèi)首次采用曲線擬合法對其計量特性進(jìn)行合理評估，提升了其準(zhǔn)確度。”李春輝和同事們的研究成果有效地促進(jìn)了國內(nèi)天然氣量值的統(tǒng)一。
中國計量院與相關(guān)天然氣計量站的合作，促進(jìn)了國內(nèi)現(xiàn)有MT法天然氣流量原級標(biāo)準(zhǔn)裝置水平的提升，在次級標(biāo)準(zhǔn)、工作標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域內(nèi)的合作研究更直接地促進(jìn)了現(xiàn)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(zhǔn)確度水平。
