Точность калибровочного коэффициента расходомера

27 февраля 2017 г.

Национальным институтом стандартов и технологий

В прошлом году потребителям в США было поставлено более 25 триллионов кубических футов природного газа, а когда он перешел к другому владельцу, почти каждый кубический фут измерялся с помощью газовых расходомеров. Точность этих расходомеров имеет огромное коммерческое значение, и NIST имеет давнюю исследовательскую программу по улучшению калибровки расходомеров. Масштабы этой программы теперь буквально расширились за счет недавно появившегося испытательного стенда, неофициально известного как «Большой синий шар».

Обычно калибровка расходомеров предполагает пропускание потока газа через испытуемый счетчик, а затем в сборный резервуар в течение измеренного интервала времени. Точность калибровочного коэффициента расходомера зависит от низкой погрешности измерения массы, собранной в резервуаре. Количество собранного газа обычно определяется с использованием: (1) точно известного объема резервуара, умноженного на (2) изменение плотности газа в резервуаре для сбора до и после процесса наполнения. Определение плотности требует измерения давления и средней температуры собранного газа.

К сожалению, среднюю температуру собранного газа определить сложно. Когда газ под давлением поступает в большой резервуар, поток создает неравномерное распределение температуры по всему резервуару для сбора. Вскоре после прекращения потока самый теплый газ оказывается в верхней части резервуара, а самый холодный газ — внизу. Такая ситуация затрудняет измерение средней температуры обычными способами. Быстрое показание нескольких термометров по своей сути неточно, а температурные градиенты в больших резервуарах сохраняются часами или днями.

Чтобы обойти проблему температурного градиента, NIST калибрует множество небольших расходомеров по одному, а затем использует их параллельно для калибровки более крупных расходомеров. Маленькие счетчики калибруются с использованием небольшого сборного резервуара, который термостатируется для быстрого устранения температурных градиентов. Однако множественные калибровки отнимают много времени и труда и, следовательно, дороги.

Два года назад ученые из Лаборатории физических измерений NIST успешно решили эту проблему, разработав и продемонстрировав использование «акустической термометрии» для точного и быстрого измерения средней температуры. Они доказали свои принципы, используя чистый газ аргон в небольшом резервуаре. Теперь они расширяют масштабы акустической термометрии, используя большой сферический сосуд высокого давления в качестве объема для сбора. Поскольку термин «большой сферический сосуд высокого давления» является слишком громким, его ласково переименовали в «Большой синий шар».

«Мы работаем над созданием способа калибровки счетчиков для больших расходов при высоких давлениях, таких как те, которые используются для измерения потока природного газа внутри межштатных трубопроводов», — говорит Майкл Молдовер, руководитель группы метрологии жидкостей NIST. «Большой синий шар позволяет нам увеличить масштабы контрольных испытаний по давлению в 20 раз — с 0,35 МПа до 7 МПа (от 3,5 атмосфер до 70 атм) и в 6 раз по объему — с 300 литров до 1800 литров. объем увеличится еще в 3 или даже в 10 раз».

Синий шар предоставлен в аренду кампусу NIST в Гейтерсбурге, штат Мэриленд, благодаря Соглашению о совместных исследованиях и разработках (CRADA) с Colorado Engineering Experiment Station, Inc. (CEESI). CEESI — независимая лаборатория, занимающаяся калибровкой расходомеров, в том числе используемых на газопроводах.

В конечном итоге, как ожидает группа Молдовера, CEESI и другие калибровочные лаборатории будут использовать свою технику на своих объектах для гораздо более крупных резервуаров и счетчиков.

«Я сомневаюсь, что в мире найдется другая организация, которая могла бы сделать то, что делает NIST», — говорит Эрик Харман, инженер CEESI Natural Gas/Multiphase. «Выгода для газовой отрасли будет огромной. Крайне важно, чтобы большие счетчики природного газа были точно откалиброваны и каждый доллар за энергию учитывался с использованием лучших доступных технологий. Молдовер и его группа пересматривают этот стандарт в пользу лучших технологий. - возможно. Это меняет правила игры».