王杰，孟祥波，高素然，吳冠約，郭靜

1.國家石油天然氣大流量計量站東營分站(山東東營257000)

2.中國石化勝利油田分公司油氣集輸總廠(山東東營257000)

體積管重復性的快速判定方法

王杰1，孟祥波1，高素然1，吳冠約1，郭靜2

1.國家石油天然氣大流量計量站東營分站(山東東營257000)

2.中國石化勝利油田分公司油氣集輸總廠(山東東營257000)

體積管的重復性是判定體積管是否合格最為重要的參數(shù)，但其計算過程相對比較復雜。基于合理的假設和公式推導得出了一種簡單、快速判定體積管重復性是否合格的方法，用于輔助現(xiàn)場工作人員快速判斷體積管的重復性。

體積管;現(xiàn)場檢定;重復性計算

為保證體積管標準容積值的準確，JJG 209-2010《體積管檢定》規(guī)程中要求體積管的重復性要優(yōu)于0.02%，對后續(xù)檢定體積管的復現(xiàn)性要優(yōu)于0.05%［1-2］。目前，檢定體積管最常用的方法是容積法，即通過標準金屬量器來確定體積管的容積。體積管現(xiàn)場檢定的過程為:檢定人員根據(jù)讀取到的標準量器計量頸的液位高度，通過換算得到量器中水的體積，進而確定體積管的容積。由于體積管重復性的計算相對比較復雜，導致檢定人員不能根據(jù)讀取數(shù)據(jù)直接判斷體積管的重復性，為此尋找一種合適的方法幫助現(xiàn)場工作人員快速判定體積管重復性的好壞是十分有必要的，通過合理的假設進行了公式的推導，得出了一種簡單、快捷判定體積管重復性的方法。

1 體積管標準容積值的確定

確定體積管標準容積值的水標系統(tǒng)如圖1所示，體積管內(nèi)的置換器在水的推動下，以一定的速度先后觸發(fā)體積管的2個檢測開關，將置換出的水推進標準金屬量器內(nèi)，然后根據(jù)標準量器的指示值經(jīng)換算求得體積管的標準容積值［3-5］。

2 數(shù)學模型的建立

根據(jù)JJG 209-2010《體積管檢定》中的規(guī)定，體積管的重復性采用以下公式進行計算。首先利用公式(1)計算體積管的標準容積值，然后利用貝塞爾公式(2)計算標準偏差σ，最后通過公式(3)得到體積管的重復性Er。

圖1 體積管檢定示意圖

式中:Vps為體積管標準容積的平均值，L;Vi為第i次檢定體積管的標準容積，L;n為檢定次數(shù)，

由于檢定規(guī)程中要求體積管的最小檢定次數(shù)為3次，以n=3時進行了公式推導，查表可知tp(2)=4.3，綜合公式(1)、(2)、(3)可得公式(4)。

假設3次檢定數(shù)據(jù)中體積管標準容積值的最大值與最小值之差為一常數(shù)C，即［V1，V2，V3］max-［V1，V2，V3］min=C，取V1近似作為，那么|V2-|和|V3-ps|的

極限最大值應為C/2，帶入公式(4)中可得公式(5)。

由公式(5)可知:體積管3次檢定數(shù)據(jù)中最大值與最小值之差的極限最大值為C。對于后續(xù)檢定的體積管而言，由于規(guī)程中要求體積管的復現(xiàn)性要優(yōu)于0.05%，公式(5)中右邊的可用上次檢定得到體積管的標準容積值近似代替。

體積管的標準體積是由標準金屬量器經(jīng)過換算得到的，20℃下標準金屬量器中液體的體積由公式(6)計算得到:

式中:V罐為標準金屬量器中液體的體積，L;V20為標準金屬量器在主標尺x0下的體積，L(由標準金屬量器檢定證書給出);Vf為標準金屬量器計量頸分度容積，mL/mm(由標準金屬量器檢定證書給出); x為標準金屬量器計量頸的實際讀數(shù)，mm。

由于體積管的標準容積值一般大于標準金屬量器的容積值，因此現(xiàn)場檢定過程是由2個標準金屬量器多次切換得到體積管的標準容積值。因此，單次體積管的標準容積值Vi可表示為:

式中:Vi為第i次檢定體積管的標準容積，L;VA1為1號標準金屬量器中液體的體積，L;VB1為2號標準金屬量器中液體的體積，L。

體積管在現(xiàn)場檢定過程水溫的變化不超過1℃(規(guī)程要求)，體積管出口的壓力也基本保持穩(wěn)定，忽略溫度和壓力的影響，由公式(5)、(6)、(7)可知，體積管3次檢定數(shù)據(jù)中最大值與最小值的體積差可簡單轉換為標準金屬量器的計量頸實際讀數(shù)和之差(Δx)，即

式中:C為體積管3次檢定數(shù)據(jù)中最大值與最小值之差的極限最大值，L;Δx1為1號標準金屬量器計量頸讀數(shù)和之差，mm;Δx2為2號標準金屬量器計量頸讀數(shù)和之差，mm;Vf1為1號標準金屬量器計量頸分度容積，mL/mm;Vf2為2號標準金屬量器計量頸分度容積，mL/mm。

如果現(xiàn)場使用的2個標準金屬量器的計量頸分度容積值相近，即Vf1和Vf2基本相等，那么3次檢定數(shù)據(jù)中計量頸實際讀數(shù)和之差應小于1 000C/Vf;若2個標準金屬量器的計量頸分度容積值相差較大，可使其中一個標準金屬量器的液位基本都保持在同一高度，那么3次檢定數(shù)據(jù)中計量頸實際讀數(shù)和之差也應小于1 000C/Vf1或1 000C/Vf2。

表1 某輸油站體積管檢定數(shù)據(jù)表

3 模型驗證

以某輸油站體積管的檢定數(shù)據(jù)為例，具體數(shù)據(jù)見表1。檢定所用標準金屬罐的信息如表2所示。

從表1可知，通過計算機計算得出的體積管的重復性為0.019 98%時，3次檢定數(shù)據(jù)中最大值與最小值的差值為0.270 97L，而通過公式(4)得出的理論值為0.278 44L，二者相差較小，僅7.47mL，故理論值可用于體積管現(xiàn)場檢定;由表2可知，2個標準金屬罐計量頸分度容積Vf基本相同，通過公式(8)可得，3次檢定數(shù)據(jù)中計量頸實際讀數(shù)和之差應小于1 000C/Vf，即0.278 44×1 000÷23.4=11.9mm。通過上述方法，檢定人員可根據(jù)標準罐計量頸讀數(shù)和之差快速判定體積管的重復性是否合格，若讀數(shù)和之差大于理論計算值則體積管重復性必定不合格，反之則體積管重復性能基本合格。

表2 標準金屬容器數(shù)據(jù)表

4 結論

通過建立數(shù)學模型簡化了體積管重復性的計算過程，檢定人員可根據(jù)標準罐計量頸讀取數(shù)值快速判斷體積管的重復性是否合格。體積管現(xiàn)場檢定過程中，把其中一個標準金屬量器的液位基本都保持在同一高度，若3次檢定數(shù)據(jù)中計量頸實際讀數(shù)和之差大于1 000C/Vf1或1 000C/Vf2，則體積管重復性不合格;反之，則體積管重復性基本合格。

［1］JJG 209-2010體積管檢定規(guī)程［S］.

［2］品王志學.提高體積管檢定的成功率［J］.計量技術，2001(2): 40-41.

［3］閆慶芳，連城.標準體積管現(xiàn)場檢定誤差分析［J］.油氣田地面工程，2006，25(5):30-31.

［4］金良.標準體積管檢定過程中的誤差來源［J］.油氣田地面工程，1996，15(3):50-51.

［5］范宗奎.標準體積管重復性的計算［J］.油氣儲運，2009，28 (2):74-76.

The repeatability of volume tube is an important parameter for determining whether the volume tube is qualified or not，but its computation is very complex.A method for rapidly determ ining the qualified repeatability of volume tube is derived based on reasonable assumptions，which can help on-siteworkers to rapidly determine the qualified repeatability of volume tube.

volume tube;on-site inspection;repeatability computation

攝影/徐志武

王杰(1985-)，男，工程師，現(xiàn)從事石油計量工作。n≥3;tp(v)為t分布系數(shù);v為自由度，v=n-1。

左學敏

2014-10-12