中華人民共和國國家計量技術規范JJF1993—2022天然氣能量計量技術規范MetrologicalSpecificationfortheEnergyMeasurementofNaturalGas2022-09-26發布2023-03-26實施國家市場監督管理總局發布JJF1993—2022引言 1范圍 (1)2引用文件 (1)3術語和計量單位 (2)3.1術語 (2)3.2計量單位 (2)4計量特性 (2)5計量條件 (3)5.1天然氣 (3)5.2參比條件 (3)5.3計量器具配備 (3)6計量方法 (3)6.1天然氣流量 (3)6.2天然氣發熱量 (4)6.3天然氣能量 (7)6.4數據采集處理裝置 (8)6.5替代值的確定 (8)7計量結果的表達 (9)附錄A天然氣中常見組分的摩爾質量及物性參數 (10)附錄B天然氣能量計量系統不確定度評定示例 (11)附錄C天然氣能量計量系統的等級評定示例 (22)附錄D天然氣能量計量系統評價報告參考格式 (23)ⅠJJF1993—2022本規范根據我國天然氣能量計量的需要,結合我國能量計量技術水平及行業現狀制定。JJF1071《國家計量校準規范編寫規則》、JJF1001《通用計量術語及定義》和JJF1059.1《測量不確定度評定與表示》共同構成支撐本規范制定工作的基礎性規范。本規范參照GB/T18603《天然氣計量系統技術要求》GB/T22723《天然氣能量的測定》進行制定。本規范為首次發布。ⅡJJF1993—2022天然氣能量計量技術規范1范圍本規范規定了用于貿易計量的天然氣能量計量系統的評價、天然氣能量計量結果的核驗及其等級的評定方法。本規范適用于GB/T18603中規定的設計通過能力不低于100m3/h(計量參比條件下),工作壓力不低于0.1MPa(表壓)的管道輸送天然氣。其他計量參比條件,或其他天然氣能量計量系統也可參考執行。本規范不涉及與其應用有關的所有安全問題,用于天然氣能量計量的溫度變送器、壓力變送器、流量計等計量器具均應符合相應的防爆等安全要求。2引用文件本規范引用了下列文件:JJG700氣相色譜儀JJG1003流量積算儀JJG1055在線氣相色譜儀JJF1059.1測量不確定度評定與表示GB/T11062天然氣發熱量、密度、相對密度和沃泊指數的計算方法GB/T13609天然氣取樣導則GB/T13610天然氣的組成分析氣相色譜法GB/T17281天然氣中丁烷至十六烷烴類的測定氣相色譜法GB/T17747(所有部分)天然氣壓縮因子的計算GB17820天然氣GB/T18603天然氣計量系統技術要求GB/T22723天然氣能量的測定GB/T25476可調諧激光氣體分析儀GB/T27894(所有部分)天然氣在一定不確定度下用氣相色譜法測定組成GB/T28766天然氣分析系統性能評價GB/T30490天然氣自動取樣方法GB/T30491.1天然氣熱力學性質計算第1部分:輸配氣中的氣相性質GB/T30500氣體超聲流量計使用中檢驗聲速檢驗法GB/T35186天然氣計量系統性能評價GB/T35211天然氣發熱量的測量連續燃燒法GB/T37124進入天然氣長輸管道的氣體質量要求SY/T7433天然氣的組成分析激光拉曼光譜法凡是注日期的引用文件,僅注日期的版本適用于本規范;凡是不注日期的引用文1件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于本規范。3術語和計量單位3.1術語3.1.1計量系統measuringsystem用于實現專門計量的全套計量儀表和其他設備。3.1.2發熱量calorificvalue單位量的氣體在空氣中完全燃燒時所釋放出的熱量。發熱量分為體積發熱量、摩爾發熱量和質量發熱量。3.1.3干基drybasis含水蒸氣物質的量分數不大于0.00005的天然氣,其發熱量計算時,水的含量設定為零。3.1.4燃燒參比條件combustionreferencecondition燃料燃燒時,規定的氣體溫度、壓力和含水狀態。注:本規范使用的燃燒參比條件為t1=20℃、p1=101.325kPa、干基。3.1.5計量參比條件meteringreferencecondition燃料貿易交接計量時,規定的氣體溫度和壓力。注:本規范使用的計量參比條件為t2=20℃、p2=101.325kPa。3.1.6高位發熱量superiorcalorificvalue單位量的氣體在空氣中完全燃燒時所釋放出的熱量,其燃燒生成的水蒸氣冷凝為液體,其余產物均為氣態。注:本規范中的發熱量,均指燃燒生成的水蒸氣冷凝為液體的高位發熱量。3.1.7能量energy氣體完全燃燒所釋放出的熱量,等于氣體量(體積、質量或物質的量)與其發熱量在規定的條件下的乘積。3.1.8數據采集處理裝置dataacquisitionandprocessingdevice接收計量器具采集的數據、計算和指示參比條件下能量參數的裝置。3.2計量單位3.2.1流量立方米每時,符號m3/h;千克每時,符號kg/h。3.2.2發熱量兆焦每立方米,符號MJ/m3;兆焦每千克,符號MJ/kg。3.2.3能量焦耳及其倍數,如千焦、兆焦和吉焦,符號J、kJ、MJ、GJ;千瓦時,符號kW·h。在大宗和中上游貿易交接采用吉焦(GJ),下游發電、商業和民用貿易交接采用千瓦時(kW·h)。焦耳與千瓦時換算關系為:1J≈2.778×10-7kW·h。4計量特性本規范使用天然氣能量的最大允許誤差(MPE)表征天然氣能量計量系統的計量2JJF1993—2022特性,并按最大允許誤差的絕對值(MPEV)分為如下4個等級:A級:MPEV為1%;B級:MPEV為2%;C級:MPEV為3%;D級:MPEV為5%。5計量條件5.1天然氣天然氣氣體質量應符合GB17820的要求;進入天然氣長輸管道的氣體質量,還應符合GB/T37124的要求。5.2參比條件本規范采用的計量參比條件為:20℃,101.325kPa,干基,也可以采用合同規定的其他溫度和壓力作為計量參比條件。5.3計量器具配備天然氣能量計量系統的相應計量器具應符合GB/T18603的規定,并符合相應計量檢定規程或校準規范的技術要求,具有有效的檢定或校準證書。不同MPEV等級的溫度、壓力和流量計等計量器具的準確度應滿足表1的要求。表1天然氣能量計量系統的配備要求計量參數MPEVA級B級C級D級溫度0.5℃0.5℃1.0℃1.0℃壓力0.2%0.5%1.0%1.0%工作條件下體積流量0.7%1.2%1.5%—發熱量在線測定0.5%1.0%1.0%—離線測定或賦值0.6%1.25%2.0%—能量1%2%3%5%6計量方法6.1天然氣流量天然氣流量可以采用體積流量或質量流量。一段時間內通過貿易計量界面的天然氣的體積或質量可由流量積分計算得到,見式(1):Q=∫qdt(1)式中:Q—一段時間內通過貿易計量界面的計量參比條件下天然氣的體積或質量,m3或kg;q—計量參比條件下天然氣的體積流量或質量流量,m3/h或kg/h。36.1.1流量測量可使用速度式、差壓式、容積式、質量式等不同原理的流量計測量得到體積流量或質量流量,其測量不確定度或準確度等級應符合GB/T18603要求。流量計的上、下游直管段長度、內徑和內壁粗糙度,溫度套管插入長度和位置,取壓位置,流動調整器類型和位置,以及數據采集和處理方法等應符合流量計相應規范或標準要求。6.1.2溫度測量溫度測量使用溫度變送器,其測量不確定度或準確度等級應符合GB/T18603要求,安裝應符合流量計相應規范或標準要求。6.1.3壓力測量壓力測量使用壓力變送器或差壓變送器,其測量不確定度或準確度等級應符合GB/T18603要求,安裝應符合流量計相應規范或標準要求。6.2天然氣發熱量獲得。6.2.1直接測定發熱量直接測定法是以恒定流速流動的天然氣在足夠的空氣中燃燒,所釋放的能量被傳遞到熱交換介質,并使其溫度升高,氣體的發熱量與熱交換介質的升高溫度直接相關,可使用GB/T35211規定的方法測定。6.2.2間接測定發熱量間接測量方法通過測量天然氣各組分含量,乘以所對應純氣體的發熱量,將各項加和,同時考慮天然氣的可壓縮性,計算得到天然氣體積發熱量或質量發熱量。目前,天然氣組分含量的獲取方式主要分為3種:(1)天然氣組分含量在線測定;(2)天然氣組分含量離線測定(點樣、累積取樣);(3)天然氣組分含量賦值(單一及多氣源)。天然氣組分含量在線測定和離線測定1)計量器具a)分析儀器,在線色譜儀計量性能應符合JJG1055要求,離線色譜儀計量性能應符合JJG700要求。光譜分析儀計量性能應符合GB/T25476和SY/T7433要求。b)標準物質,色譜儀周期檢定/校準以及日常校準時應使用有證標準物質,且標準物質應在其證書規定的有效期內。c)計量系統投運后、檢定/校準期間和設備故障維修后的天然氣組分含量在線和離線分析系統性能評價可參照GB/T28766規定的方法開展。2)測量方法a)取樣天然氣取樣有直接取樣和間接取樣(點樣和累積取樣)2類共3種方法。天然氣直接取樣后用于在線分析組成;間接取樣后用于離線分析組成。取樣位置、取樣探頭、取樣管線、取樣容器(間接取樣)、樣品處理(直接取樣)和取樣數量等應4JJF1993—2022符合GB/T13609的要求;累積取樣時,取樣控制等還應符合GB/T30490的要求。為保證測量結果的準確度,取樣位置應盡量靠近流量計,并按照GB/T13609的方法計算特定周期內(如小時、日、周和月)的取樣數量,見式(2):(2)式中:n—特定周期內的取樣數量;t—t因子,從GB/T13609表A.1中查得;sr—特定周期內發熱量(使用組成分析數據計算)的相對標準偏差;d—計量系統發熱量要求的誤差限。b)組成分析天然氣中摩爾分數高于0.005%的組分均應被測量分析。所有組分含量原始測量結果的總和應在(99.0%~101.0%)范圍內。對每個組分含量的原始測量結果進行歸一化,獲得每個組分的歸一化摩爾分數。組分含量分析方法應符合GB/T13610或GB/T27894的要求;當對天然氣重組分進行分析時,分析方法還應符合GB/T27894.3、GB/T27894.6和/或GB/T17281的要求。天然氣組分含量賦值1)可變賦值安裝在線色譜儀的計量站根據計算出的賦值延遲時間對沒有安裝在線色譜儀的下游計量站進行賦值。延遲時間可根據賦值源到被賦值計量站距離、在線色譜儀分析周期內流入管道的天然氣量和管道中天然氣組分含量變化量、計算管道內天然氣平均流速等計算得到,式(3)供參考。(3)式中:p—壓力,Pa;ρ—氣體密度,kg/m3;λ—水力摩阻系數;x—管道軸向位置,m;D—管道內徑,m;v—管內氣體流速,m/s;g—重力加速度,m/s;s—高程,m。2)固定賦值固定賦值是在固定的時間內,把固定的組分含量或發熱量,賦值給下游計量站。計量站可通過對賦值期間上游在線色譜儀分析組成數據平均值作為固定賦值組分含量;可使用流量算數平均值或加權平均值進行固定賦值組分含量的計算,以使能量值滿足相應5計量等級要求,具體可參考GB/T22723的10.2。發熱量計算1)體積發熱量根據天然氣組分含量的測定結果,可計算得到計量參比條件下熱量。a)理想氣體體積發熱量已知天然氣的各組分含量,根據式(4)計算計量參比條件下天然氣理想氣體體積發熱量:式中:~HEQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up3(0),s)[t1,V(t2,p2)]—計量參比條件下天然氣混合物的理想氣體體積發熱量,MJ/m3或kW·h/m3;xj—天然氣混合物中組分j的摩爾分數;~HEQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up3(0),j)[t1,V(t2,p2)]—計量參比條件下混合物中組分j純氣體的理想氣體體積發熱量,MJ/m3或kW·h/m3。b)真實氣體體積發熱量根據理想氣體體積發熱量,按照式(5)計算真實氣體體積發熱量。式中:~Hs[t1,V(t2,p2)]—真實氣體體積發熱量,MJ/m3或kW·h/m3;Zmix(t2,p2)—計量參比條件下的壓縮因子。其中,壓縮因子Zmix按照式(6)計算:(6)式中:Zmix(t2,p2)—計量參比條件下的壓縮因子;—組分—組分j的求和因子,bj=1-Zj,Zj為組分j的壓縮因子。根據天然氣組分含量的測定結果,計算天然氣的質量發熱量。根據每種組分的含量和該組分純氣體發熱量,計算每種組分的發熱量貢獻,累加在一起得到天然氣的質量發熱量。具體方法如下:a)理想氣體質量發熱量已知天然氣的各組分含量,根據式(7)和式(8)計算計量參比條件下天然氣理想氣體質量發熱量:6JJF1993—2022-(7)(8)式中:EQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up3(0),s)—天然氣混合物的理想質量發熱量,MJ/kg或kW·h/kg;-HEQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up3(0),s)—天然氣混合物的理想摩爾發熱量,MJ/kmol或kW·h/kmol;M—天然氣混合物的摩爾質量,kg/kmol;Mj—天然氣混合物中組分j的摩爾質量,kg/kmol;xj—天然氣混合物中組分j的摩爾分數。b)真實氣體質量發熱量真實氣體質量發熱量與相應的理想氣體質量發熱量在數值上相等。計量參比條件下,天然氣中常見組分的摩爾質量、理想體積發熱量、理想摩爾發熱量、理想質量發熱量、壓縮因子和求和因子如附錄A所示。6.2.3發熱量關聯技術關聯技術是利用氣體的一個或多個物理性質與其發熱量之間的關系進行測定,也可基于化學計量燃燒原理進行測定。6.3天然氣能量6.3.1物性參數天然氣有工作條件下的物性參數和計量參比條件下的物性參數,適用于體積流量和能量的測定和狀態換算。目前,天然氣物性參數主要采用6.2.2間接測定方法測量得到的組分數據計算得到,或6.2.3關聯技術方法通過發熱量與多個物理性質之間的關系計算得到。1)工作條件下的壓縮因子和密度使用GB/T17747(所有部分)規定的方法計算。工作條件下的聲速、焓、熵、等熵指數等物性參數使用GB/T30491.1規定的方法計算。2)計量參比條件下的壓縮因子、密度和高位發熱量等物性參數使用GB/T11062規定的方法計算。6.3.2計量參比條件下體積流量當使用速度式、差壓式、容積式等原理的流量計測量流量時,測量得到的工作條件下的體積流量可按式(9)換算成計量參比條件下的體積流量:(9)式中:q—計量參比條件下的體積流量,m3/h;qa—工作條件下的體積流量,m3/h;pa—工作條件下的絕對靜壓力,MPa;Ta—工作條件下的氣體熱力學溫度,K;7JJF1993—2022Za—工作條件下的氣體壓縮因子;p2—計量參比條件下的絕對靜壓力,MPa;T2—計量參比條件下的氣體熱力學溫度,K;Z2—計量參比條件下的氣體壓縮因子。6.3.3計量參比條件下能量計量參比條件下天然氣能量流量按式(10)計算:e(t)=qHs(10)式中:e(t)—天然氣能量流量,MJ/h或kW;q—計量參比條件下的體積流量或質量流量,m3/h或kg/h;Hs—天然氣體積或質量發熱量,MJ/m3或MJ/kg,或kW·h/m3或kW·h/kg。對于管輸天然氣,將一段時間內,即t0~tn,單位時間dt內的能量流量e(t)積分可得到其能量。實際過程中,時間間隔細分為n個單位時間段(如:小時、天、周、月、年),單位時間段內的能量為流經管道的天然氣體積與其體積發熱量,或質量與其質量發熱量的乘積,貿易計量周期內全部時間段能量加和得到總能量。(11)式中:t—貿易計量周期,以合同雙方約定為準,確定用于計費目的的能量測定的最短周期可以為色譜儀的分析周期,或1h或其倍數(即天、周、月、年);t0—貿易計量周期內開始時間;tn—貿易計量周期內結束時間;E(t)—貿易計量周期內通過貿易計量界面的天然氣總能量,MJ或kW·h;Em—貿易計量周期內第m次測量天然氣發熱量期間內通過貿易計量界面的天然氣能量值,MJ或kW·h;Qm—貿易計量周期內第m次測量天然氣發熱量期間內通過貿易計量界面的天然氣在計量參比條件下的體積或質量,m3或kg;Hsm—貿易計量周期內第m次天然氣體積發熱量或質量發熱量,MJ/m3或kW·h/m3,或MJ/kg或kW·h/kg。6.4數據采集處理裝置在現場工作條件下,應在計量系統中配置數據采集處理裝置(如流量積算儀,流量計算機等),其性能應符合JJG1003規定的相應要求,輸出的天然氣物性參數、計量參比條件下體積流量、計量參比條件下能量等參數,可按照GB/T11062、GB/T17747、GB/T18603、GB/T22723中的相關公式開展計算核查。6.5替代值的確定對于沒有冗余的計量系統,當系統設備無法正常提供準確值時,應該使用替代值。GB/T22723附錄G給出了替代值的獲得方式,應根據實際情況確定最佳的解決方案。 87計量結果的表達天然氣能量計量結果為天然氣能量值及其相對擴展不確定度Ur和MPEV,詳見附錄B、附錄C。9JJF1993—2022附錄A天然氣中常見組分的摩爾質量及物性參數計量參比條件(20℃、101.325kPa)下天然氣中常見組分的摩爾質量及物性參數見表A.1。表A.1計量參比條件(20℃、101.325kPa)下天然氣中常見組分的摩爾質量及物性參數序號組分摩爾質量Mjkg/kmol理想體積發熱量~HEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up4(0),j)MJ/m3理想摩爾發熱量-HEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up4(0),j)MJ/kmol理想質量發熱量EQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up2(0),j)MJ/kg壓縮因子Zj求和因子 bj1C116.04337.044891.0955.5450.99810.04362C230.07064.911561.4151.930.99200.08943C344.09792.292220.1350.350.98340.12884n-C458.123119.662878.5749.530.96820.17835i-C458.123119.282869.3849.370.97100.17036n-C572.150147.043537.1749.030.94500.23457i-C572.150146.763530.2448.930.95300.2168872.150146.163516.0148.730.95900.20259C686.177174.464196.5848.700.91900.284610N228.01350000.99970.017311He4.00260001.00050.000012CO244.0100000.96500.187113Ar2.015911.889285.99141.871.0006-0.005114H2S34.08223.37562.1916.500.99000.100015H2O18.01531.8444.2242.450.95200.2191注:C1,甲烷;C2,乙烷;C3,丙烷;n-C4,正丁烷;i-C4,異丁烷;n-C5,正戊烷;i-C5,異戊烷;neo-C5,新戊烷;C6,己烷;N2,氮氣;He,氦氣;CO2,二氧化碳;Ar,氬氣;H2S,硫化氫;H2O,水。10附錄B天然氣能量計量系統不確定度評定示例根據式(10)、式(11),天然氣能量E(t)等于貿易計量周期內若干個時間段內天然氣能量Em之和,每個時間段內的能量等于該時間段內流過貿易計量界面的天然氣體積流量和體積發熱量的乘積,或質量流量和質量發熱量的乘積見式(B.1)。流量及發熱量通過各自的溯源鏈溯源至國家基準,如圖B.1所示。圖B.1天然氣能量量值溯源框圖由于天然氣能量和各個時間段內的天然氣能量測量所使用的計量儀器設備相同,測量結果間存在正相關,因此,天然氣能量的相對標準不確定度等于各個時間段內的天然氣能量的相對標準不確定度。基于式(B.1),天然氣能量的不確定度可由體積流量和體積發熱量,或質量流量和質量發熱量的不確定度合成得到,即:(B.1)ur(E)=ur(Em)=ur(q)2+ur(Hs)2(B.2)式中:ur(E)—天然氣能量的相對標準不確定度,%;ur(q)—天然氣體積或質量流量的相對標準不確定度,%;ur(Hs)—天然氣體積或質量發熱量的相對標準不確定度,%。以下為3個應用場景天然氣能量不確定度評定示例:111)1#計量站,運行溫度為20℃、運行壓力為6.0MPa。第一路安裝速度式流量計,流量計1.0級檢定合格;第二路安裝質量流量計,流量計1.0級檢定合格;壓力變送器量程為10MPa,0.2級檢定合格;溫度變送器經校準不確定度為0.5℃;安裝在線氣相色譜儀,經檢定合格;標氣組分含量及各組分含量不確定度見表B.1,甲烷為平衡氣。2)2#計量站,運行溫度為20℃、運行壓力為6.0MPa。安裝速度式流量計,流量計1.0級檢定合格;壓力變送器量程為10MPa,0.2級檢定合格;溫度變送器經校準不確定度為0.5℃;每周取樣進行離線組分含量分析。3)3#計量站,運行溫度為20℃、運行壓力為6.0MPa。安裝速度式流量計,流量計1.0級檢定合格;壓力變送器量程為10MPa,0.2級檢定合格;溫度變送器經校準不確定度為0.5℃;每月使用1#計量站氣質組分含量進行賦值。B.1天然氣流量的不確定度評定B.1.1計量參比條件下體積流量的不確定度評定按照式(9),計量參比條件下的體積流量計算如下:(B.3)根據式(B.3),體積流量的相對標準不確定度可表示為:式中:ur(q)—計量參比條件下體積流量的相對標準不確定度,%;ur(qa)—工作條件下體積流量的相對標準不確定度,%;ur(pa)—工作條件下絕對靜壓力的相對標準不確定度,%;ur(Ta)—工作條件下氣體熱力學溫度的相對標準不確定度,%;ur(Za)—工作條件下氣體壓縮因子的相對標準不確定度,%;ur(Z2)—計量參比條件下氣體壓縮因子的相對標準不確定度,%。B.1.1.1工作條件下的體積流量不確定度體積流量測量的流量計的準確度等級為1.0級,按均勻分布,即:(B.5)B.1.1.2工作條件下的壓力不確定度計量站運行壓力為6.0MPa,壓力變送器為(0~10)MPa,0.2級(引用誤差),按均勻分布,則其壓力測量的相對標準不確定度為:(B.6)B.1.1.3工作條件下的溫度不確定度計量站配置的溫度變送器最大允許誤差±0.5℃,平均溫度為20℃,即293.15K,按均勻分布,則其溫度測量的相對標準不確定度為:12JJF1993—2022(B.7)B.1.1.4工作條件下的壓縮因子不確定度當使用GB/T17747計算工作條件下的壓縮因子,輸入的組成、溫度和壓力數值在管輸氣范圍內,并且其不確定度在輸入參數不確定度限內時,壓縮因子的相對標準不確定度為:ur(Za)=0.05%(B.8)如果天然氣組成分析使用二級標準氣體,分析的重復性符合GB/T13610要求,使用GB/T11062計算的計量參比條件下物性參數的相對標準不確定度可取:ur(Z2)=0.03%(B.9)B.1.1.5計量參比條件下體積流量不確定度基于式(B.4),計量參比條件下體積流量的相對標準不確定度為:ur(q)=0.58%2+0.20%2+0.10%2+0.05%2+0.03%2=0.63%(B.10)計量參比條件下體積流量相對標準不確定度也可參考GB/T35186中附錄B.2進行評定。B.1.2質量流量的不確定度評定質量流量測量的流量計的準確度等級為1.0級,按均勻分布,即:(B.11)對于標準孔板或標準噴嘴,天然氣質量流量測量相對擴展不確定度可按GB/T35186中附錄B.5規定的方法計算。B.2天然氣體積或質量發熱量的不確定度評定天然氣體積或質量發熱量不確定度可采用GB/T11062提供的方法進行評定,主要來源包括:基礎數據、物性參數計算方法和測量方法,如式(B.12)所示:(B.12)式中:ur,db(Hs)—基礎數據的相對標準不確定度,%,基于GB/T11062取0.025%;ur,m(Hs)—物性參數計算方法的相對標準不確定度,%,基于GB/T11062取0.0075%;ur,c(Hs)—測量方法引入的相對標準不確定度,%。B.2.1天然氣體積發熱量的不確定度評定當燃燒參比條件與計量參比條件相同,天然氣混合物的理想體積發熱量如式(4)所示,可簡化為式(B.13):(B.13)將式(B.13)作為不確定度評定的測量模型,分別評定天然氣各組分含量的相對標準不確定度ur(xj)和各組分含量對應的純氣體發熱量的相對標準不確定度13JJF1993—2022~~ur(HEQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up3(0),j)),合成得到理想體積發熱量的相對標準不確定度ur(HEQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up3(0),s)),并最終基于式(5)~計算得到實際體積發熱量的相對標準不確定度ur(Hs)。以下分別對在線測定、離線測定及賦值3種測量方法得到的體積發熱量的不確定度進行評定。B.2.1.1在線測定B.天然氣各組分含量的不確定度1#計量站天然氣中各組分含量由色譜分析儀測量得到,其不確定度由色譜分析儀測量結果的重復性和標準物質各組分含量的不確定度兩部分組成。a)測量結果的重復性天然氣中除甲烷外少量組分含量測量結果的重復性基于在線氣相色譜計量檢定規程相關規定,其相對標準偏差不超過2%,考慮其為均勻分布,則:(B.14)式中:EQ\*jc3\*hps19\o\al(\s\up8(xj),甲)EQ\*jc3\*hps22\o\al(\s\up10(天然氣中除甲烷外),量測量結果的重復)EQ\*jc3\*hps22\o\al(\s\up10(第),性)EQ\*jc3\*hps22\o\al(\s\up8(j),優)EQ\*jc3\*hps22\o\al(\s\up10(組),于)EQ\*jc3\*hps22\o\al(\s\up10(分含量),少量組)EQ\*jc3\*hps22\o\al(\s\up8(j),分)EQ\*jc3\*hps22\o\al(\s\up9(2~),量)EQ\*jc3\*hps22\o\al(\s\up9(1),其)EQ\*jc3\*hps22\o\al(\s\up9(%),相)考慮其為均勻分布,則:(B.15)式中:x1—甲烷組分含量,%。b)標準物質各組分含量的不確定度根據標物證書,甲烷為平衡氣;天然氣的乙烷、丙烷和二氧化碳含量的相對標準不確定度ur,2(xj)為0.25%;其他組分含量的ur,2(xj)為0.5%。氣體標準物質中甲烷含量x1由氣體總含量(100%)扣除全部少量組分含量后得到,如式(B.16)。(B.16)以式(B.16)為測量模型,對氣體標準物質中甲烷含量的標準不確定度u2(x1)進行評定。根據不確定度傳播定律,u2(x1)可由各少量組分含量的標準不確定度u2(xj)分量合成得到,即式(B.17)。(B.17)式中:u2(x1)—甲烷組分含量的標準不確定度,%;u2(xj)—天然氣中除甲烷外第j組分含量的標準不確定度,%。基于標準物質中甲烷含量的標準不確定度及甲烷含量可計算得到其相對標準不確定14JJF1993—2022分含量的相對合成標準不確定度ur(xj),詳見表B.1。度,即ur,分含量的相對合成標準不確定度ur(xj),詳見表B.1。表B.1天然氣理想體積發熱量的不確定度評定組分xj%~HEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up4(0),j)MJ/m3ur,1(xj)%ur,2(xj)%ur(xj)%u(xj)%~u(HEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up3(0),j))MJ/m3~xEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up3(2),j)u2(HEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up3(0),j))~(HEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up3(0),j))2u2(xj)C193.7337.0440.170.0130.1740.16280.00937.53E-053.64E-03C22.1764.9810.02560.01621.24E-072.77E-04C30.7192.2810.00840.02312.68E-085.99E-05n-C40.10119.661.160.501.2580.00130.02998.95E-102.27E-06i-C40.10119.281.160.501.2580.00130.02988.89E-102.25E-06n-C50.05147.041.160.501.2580.00060.03683.38E-108.56E-07i-C50.05146.761.160.501.2580.00060.03673.37E-108.53E-070.0601.2580.00080.03654.81E-101.22E-06C60.05174.461.160.501.2580.00060.04364.76E-101.20E-06N22.1301.160.501.2580.0268CO21.4810.0167總和7.55E-053.98E-03B.理想體積發熱量的不確定度~以式(B.13)為測量模型評定理想體積發熱量的不確定度u(HEQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up3(0),s))。假定各輸入量~的不確定度間不相關,根據不確定度傳播律,合成得到u(HEQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up3(0),s))。式中:~u(HEQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up3(0),s))—理想體積發熱量的標準不確定度,MJ/m3或kW·h/m3;~~u(HEQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up3(0),1))~u(HEQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up3(0),9))—甲烷~己烷體積發熱量的標準不確定度,MJ/m3或kW·h/m3;u(x1)~u(x9)—甲烷~己烷組分含量的標準不確定度,%。式(B.18)中靈敏度系數為:……15……將上述靈敏度系數代入式(B.18),得到發熱量不確定度的計算式如下:表B.1列出了各組分對應的純氣體發熱量的標準不確定度貢獻xEQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up3(2),j)u2(HEQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up3(0),j))和各個~組分含量的標準不確定度貢獻(HEQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up3(0),j))2u2(xj),代入式(B.19)。天然氣的理想體積發熱量為37.35MJ/m3,標準不確定度為0.0637MJ/m3,因此:(B.20)B.實際體積發熱量的相對標準不確定度已知天然氣的理想體積發熱量和壓縮因子,可以根據式(5)計算實際體積發熱量~Hs。實際體積發熱量的相對標準不確定度可以由理想體積高位發熱量的相對標準不確定度和壓縮因子的相對標準不確定度合成得到。根據文獻,壓縮因子的相對標準不確定度ur(Zmix)約為0.026%。因此:式中:~ur(HEQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up3(0),s))—理想體積發熱量的相對標準不確定度,%;ur(HEQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up3(0),s))—實際體積發熱量的相對標準不確定度,%;ur(Zmix)—壓縮因子的相對標準不確定度,%。天然氣體積發熱量的不確定度也可使用GB/T35186中附錄B.2方法進行評定。B.2.1.2離線測定在氣源發熱量波動范圍小于0.5%的情況下,可采用取得有代表性的樣品,離線測定的方式獲取發熱量數值。~當天然氣組分含量使用離線測定時,基于式(B.12),發熱量不確定度ur(Hs)可合并為兩部分:~1)離線測定裝置測得的體積或質量發熱量的不確定度,ur,3(Hs):包含基礎數據,16JJF1993—2022物性參數計算方法,和裝置測量結果的不確定度;~2)離線測定方法的不確定度,ur,c(Hs):以取樣周期內發熱量的穩定性(可使用距離離線測定計量站最近的在線測定計量站在取樣周期內的發熱量穩定性作為離線測定取樣周期的穩定性)作為估計。因此:(B.22)式中:~ur(Hs)—離線測定實際體積發熱量的相對標準不確定度,%;~ur,3(Hs)—離線測定裝置測得的體積或質量發熱量的相對標準不確定度,計算同B.2.1.1,%;~ur,c(Hs)—離線測定方法的相對標準不確定度,%。天然氣離線取樣可使用點樣或累積樣兩種取樣方式。示例中2#計量站使用體積流量計量,每周取點樣進行天然氣組成離線測定,距離其最近的在線測定計量站半年內每周發熱量統計結果見表B.2。表B.2離線測定取樣周期內發熱量統計表第周周發熱量最大值MJ/m3周發熱量最小值MJ/m3周發熱量平均值MJ/m3周發熱量標準偏差%第1周38.20037.84938.0040.32第2周38.17137.87738.0180.31第3周38.03937.89437.9710.13第4周38.24237.93338.0420.25第5周38.16438.05138.1190.10第6周38.10937.62337.8990.61第7周38.09237.69337.9590.48第8周38.07038.02338.0520.04第9周38.18437.98038.0920.21第10周38.07537.90137.9820.15第11周38.08838.01038.0440.08第12周38.08637.98338.0120.09第13周38.07837.87337.9490.20第14周38.11937.90238.0420.20第15周38.10537.92238.0190.1817JJF1993—2022表B.2(續)第周周發熱量最大值MJ/m3周發熱量最小值MJ/m3周發熱量平均值MJ/m3周發熱量標準偏差%第16周37.50937.41437.4550.10第17周37.64137.33037.4620.33第18周37.69937.58937.6240.10第19周37.60737.54337.5770.07第20周37.72337.52137.6200.22第21周37.73637.68537.7040.05第22周37.76037.51137.6390.30第23周37.71437.45137.5490.30第24周37.72137.65937.6870.06第25周38.14537.73438.0020.41第26周38.21537.95238.0100.24第27周38.06137.96337.9890.09根據表B.2,第6周的發熱量標準偏差最大,為0.61%,在每周取點樣離線測定的情況下,該值為離線測定方法的不確定度。本例中離線測定裝置與在線測定裝置能力相當,實際體積發熱量的相對標準不確定度采用B.中計算得到的0.175%。因此,由式(B.22)可得,離線測定計量站實際體積發熱量不確定度為:(B.23)如果天然氣采用累積取樣,則以其累積取樣設置的自動取樣周期作為取樣周期計算其穩定性作為取樣引入的標準不確定度。B.2.1.3賦值賦值結果與實際情況可能存在偏差,該偏差受氣源與被賦值站點之間的管道長度、管網結構、氣源數量等因素影響。通常,賦值距離越遠、管網結構越復雜、氣源數量越多,則賦值結果的偏差可能越大。天然氣組分含量使用賦值方法獲取時,與B.2.1.2離線測定類似,其不確定度分~為兩部分:賦值源測定裝置測得的體積或質量發熱量的不確定度ur,3(Hs),和賦值方~法不確定度ur,c(Hs)。3#計量站每月使用上游1#計量站實時氣質組分進行一次賦值,對其賦值計量站半年每月發熱量進行統計,結果見表B.3。18JJF1993—2022表B.3賦值計量站每月發熱量統計表月份月發熱量最大值MJ/m3月發熱量最小值MJ/m3月發熱量平均值MJ/m3月發熱量標準偏差%1月38.23837.84738.0150.262月38.14937.62138.0150.433月38.08437.87137.9960.164月38.11537.33237.7480.785月37.73637.52237.6410.186月38.14437.45337.7610.58根據表B.3,4月份的發熱量標準偏差最大,為0.78%,在月賦值情況下,該量值為賦值方法的不確定度。本例中賦值源1#計量站實際體積發熱量不確定度為B.中計算得到的0.175%,由式(B.22)可得,被賦值計量站實際體積發熱量不確定度為:當賦值源組分波動較大,按原有的賦值周期無法滿足發熱量不確定度要求時,可以縮短賦值時間間隔。B.2.2天然氣質量發熱量的相對標準不確定度評定天然氣混合物的理想質量發熱量的計算公式作為相對標準不確定度評定的測量模型,見式(7)、式(8),氣體質量發熱量相對標準不確定度評定為:式中:ur(s)—氣體質量發熱量的相對標準不確定度,%; ur(HEQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up3(0),s))—理想摩爾發熱量的相對標準不確定度,%;ur(M)—混合物摩爾質量的相對標準不確定度,%;其中,ur(HEQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up4(0),s))=u(HEQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up4(0),s))/HEQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up4(0),s)(B.26) 式中: u(HEQ\*jc3\*hps12\o\al(\s\up3(0),s))—理想摩爾發熱量的標準不確定度,MJ/kmol。ur(M)=u(M)/M(B.27)式中:u(M)—混合物摩爾質量的標準不確定度,kg/kmol。1#計量站的質量發熱量和體積發熱量計算取自相同在線氣相色譜儀分析結果,結合B.2.1.1計算結果,進行天然氣質量發熱量的不確定度分量及不確定度合成計算,結果見表B.4。19表B.4天然氣質量發熱量的不確定度分量組分xj%Mjkg/kmol HEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up4(0),j)MJ/kmolxjMjkg/kmol xjHEQ\*jc3\*hps10\o\al(\s\up4(0),j)MJ/kmolu(xj)%MJ/kmolMju(xj)kg/kmolMJ/kmolC193.7316.043891.0915.04835.220.16280.00930.02611.4510C22.1730.071561.410.6533.880.02560.01620.00770.4003C30.7144.0972220.130.3115.760.00840.02310.00370.1862n-C40.158.1232878.570.062.880.00130.02990.00070.0362i-C40.158.1232869.380.062.870.00130.02980.00070.0361n-C50.0572.153537.170.041.770.00060.03680.00050.0223i-C50.0572.153530.240.041.770.00060.03670.00050.02220.0672.153516.010.042.110.00080.03650.00050.0265C60.0586.1774196.580.042.100.00060.04360.00050.0264N22.1328.01350.000.600.000.02680.00750.0000CO21.4144.010.000.620.000.01770.00780.0000u(M)=0.0558,ur(M)=0.32%。因此1#計量站,質量發熱量的相對標準不確定度為:基于表B.5u(M)=0.0558,ur(M)=0.32%。因此1#計量站,質量發熱量的相對標準不確定度為:離線測定、賦值質量發熱量的不確定度評定參考B.2.1.2、B.2.1.3。B.3天然氣能量的不確定度評定基于發熱量的不確定度和體積或質量流量的不確定度,根據式(B.2),計算得到天然氣能量的相對標準不確定度ur(E)。B.3.1基于體積流量和體積發熱量的能量不確定度B.3.1.1在線測定對B.1.1和B.2.1.1在線測定算例進行合成,測量體積流量的計量站使用天然氣組分含量在線測定方式計算發熱量,其能量不確定度為:Ur(E)=1.4%(k=2)(B.30)B.3.1.2離線測定對B.1.1和B.2.1.2離線測定算例進行合成,測量體積流量的計量站使用天然氣組分含量離線測定方式計算發熱量,其能量不確定度為:20Ur(E)=1.8%(k=2)(B.32)B.3.1.3賦值對B.1.1和B.1.3算例進行合成,測量體積流量的計量站使用天然氣組分含量賦值方式測定發熱量,其能量不確定度為:Ur(E)=2.1%(k=2)(B.34)B.3.2基于質量流量和質量發熱量的能量不確定度對B.1.2和B.2.2算例進行合成,測量質量流量的計量站使用天然氣組分含量在線測定方式計算發熱量,其能量不確定度為:UrUr(E)=1.5%(k=2)(B.36)21附錄C天然氣能量計量系統的等級評定示例基于附錄B天然氣能量的不確定度分析結果,按照Ur<MPEV的原則,評定天然氣能量計量系統的等級。C.1基于體積流量和體積發熱量的能量計量系統等級評定C.1.1在線測定由表1和式(B.30),1#計量站第一路能量計量系統等級評定為B級。C.1.2離線測定由表1和式(B.32),2#計量站能量計量系統等級評定為B級。C.1.3賦值由表1和式(B.34),3#計量站能量計量系統等級評定為C級。C.2基于質量流量和質量發熱量的能量計量系統等級評定由表1和式(B.36),1#計量站第二路能量計量系統等級評定為B級。22JJF1993—2022附錄D天然氣能量計量系統評價報告參考格式天然氣能量計量系統評價報告客戶名稱:客戶地址:計量系統:評價結果:符合級計量系統要求檢測檢測日期年月本站地址:郵政編碼:服務電話:投訴電話:E-mail:23JJF1993—2022一、計量系統配置項目資料數據用戶數據1)上月總用氣量為:m3,計算平均流量為:m3/h。2)上月輸氣總能量為,平均發熱量為:。3)輸氣條件:壓力:(.00~.00)MPa,溫度:(