Научная статья на тему 'Концепция создания в Российской Федерации государственного первичного специального эталона единиц расхода природного газа высокого давления'

Концепция создания в Российской Федерации государственного первичного специального эталона единиц расхода природного газа высокого давления Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
158
29
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РАСХОД ГАЗА / ПЕРВИЧНЫМ ЭТАЛОН / ПРИРОДНЫМ ГАЗ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ / ПОРШНЕВОЙ ПРУВЕР / GAS FLOW RATE / PRIMARY STANDARD / HIGH-PRESSURE NATURAL GAS / PISTON PROVER

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Канцеров М. Р., Горчев А. И., Исаев И. А., Яковлев А. Б.

Все большее расширение газовых сетей приводит к увеличению точек передачи природного газа, и как следствие, растет спрос на надежные и стабильные эталонные значения величин для измерений расхода природного газа высокого давления. В связи с отсутствием в Российской Федерации государственного первичного специального эталона единиц расхода природного газа высокого давления счетчики газа на ключевых точках определения объема поставляемого природного газа получают объем в единицах измерений метрологических лабораторий стран - импортеров газа, что ставит российскую систему экспорта природного газа в зависимое положение. В настоящее время ФГуП «Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии» совместно с ПАО «Газпром» ведет разработку предложений по проекту создания государственного первичного специального эталона единиц расхода природного газа высокого давления на базе развитой инфраструктуры уральского регионального метрологического центра ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург». Эти предложения, включающие план мероприятий по реализации проекта, касаются также шагов по признанию центра в качестве национальной лаборатории в рамках государственно-частного партнерства, предусмотренного рекомендациями CIPM 2005-09. Основные планируемые мероприятия следующие: создание исходной эталонной установки, модернизация уральского регионального метрологического центра для сопряжения исходного эталона с существующей измерительной системой, дооснащение центра необходимым оборудованием для пошаговой передачи единицы расхода рабочим эталонам и средствам измерений от исходного эталона посредством эталонов-переносчиков. В качестве исходной эталонной установки может быть использован аналог хорошо зарекомендовавших себя трубопоршневых эталонных установок HPPP, являющихся первичными эталонами единиц расхода природного газа в Германии и китае. В случае применения HPPP в качестве исходной эталонной установки процедура передачи единицы расхода рабочим средствам измерений может быть исполнена также по аналогии со схемой, реализованной в Германии. При этом величина расширенной неопределенности калибровки рабочих средств измерений в диапазоне расхода природного газа - 20-70 000 м3/ч при давлении до 7,5 мПа - не должна превысить 0,23 %, что соответствует характеристикам ведущих мировых метрологических лабораторий воспроизведения единиц расхода природного газа высокого давления. Создание в РФ государственного первичного специального эталона единиц расхода газа высокого давления даст возможность решить целый ряд задач как на внутреннем рынке газопотребления, так и на рынке экспорта газа, укрепит энергетическую безопасность страны, усилит позиции отечественного топливно-энергетического комплекса в международном метрологическом сообществе в вопросах обеспечения единства измерений расхода природного газа.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Канцеров М. Р., Горчев А. И., Исаев И. А., Яковлев А. Б.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CONCEPT OF DEVELOPING A STATE PRIMARY SPECIAL STANDARD IN THE RUSSIAN FEDERATION, FOR THE UNITS OF HIGH-PRESSURE NATURAL GAS FLOW RATE

The growing expansion of gas networks leads to an increase of natural gas transfer points. As a result, demand grows for reliable and stable reference values for measurement of high-pressure natural gas consumption. As there is no state primary special standard for the units of high-pressure natural gas flow rate in the Russian Federation, the gas meters at key points of supplied natural gas volume determination use the same measurement units as standards rooms of natural gas importing countries, which makes the Russian natural gas export system dependent. Currently, Federal State Unitary Enterprise «All-Russian Research Institute of Flow Metering» together with Gazprom PJSC is developing proposals on a project dedicated to development of a state primary special standard for the units of high-pressure natural gas flow rate, based on the advanced infrastructure of the Ural Regional Metrology Center OOO «Gazprom transgaz Yekaterinburg». These proposals include an action plan for project implementation and also concern organizational steps to recognize the entity as a national laboratory within the public-private partnership framework envisaged by the recommendations of CIPM 2005-09. The main planned activities are: development of the reference standard; modernization of the Ural Regional Metrology Center to interface the reference standard with the existing measuring system, equipping the entity with facilities needed to transfer flow rate units step-by-step from the reference standard to working standards and measuring instruments via transfer standards. An analogue of the well-proven HPPP reference piston provers, which are primary standards for natural gas flow rate units in Germany and China, can be used as a reference standard. If HPPP are used as a reference standard, the procedure for transferring the gas flow rate unit to working measurement equipment can also be performed in line with the scheme implemented in Germany. Yet, the expanded uncertainty of working measuring equipment calibration in the range of natural gas flow rate 20-70,000 m3/h at pressure up to 7.5 MPa shall not exceed 0.23 %, which corresponds to world»s leading standards rooms» characteristics for reproducing the units of high-pressure natural gas flow rate. Developing a state primary special standard for the units of high-pressure natural gas flow rate in the Russian Federation will make it possible to resolve a number of issues related to domestic gas consumption market as well as gas export market. It will also enhance the country»s energy security and strengthen the position of domestic fuel and energy complex in the international metrological community, in terms of measurement uniformity assurance for natural gas flow rate.

Текст научной работы на тему «Концепция создания в Российской Федерации государственного первичного специального эталона единиц расхода природного газа высокого давления»

КОНЦЕПЦИЯ СОЗДАНИЯ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОГО ПЕРВИЧНОГО СПЕЦИАЛЬНОГО ЭТАЛОНА ЕДИНИЦ РАСХОДА ПРИРОДНОГО ГАЗА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

УДК 53.089.68

М.Р. Канцеров, ПАО «Газпром» (Санкт-Петербург, РФ), [email protected]

А.И. Горчев, к.т.н., ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии»

(Казань, РФ), [email protected]

И.А. Исаев, ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии», [email protected] А.Б. Яковлев, к.т.н., ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии»,

[email protected]

Все большее расширение газовых сетей приводит к увеличению точек передачи природного газа, и как следствие, растет спрос на надежные и стабильные эталонные значения величин для измерений расхода природного газа высокого давления. В связи с отсутствием в Российской Федерации государственного первичного специального эталона единиц расхода природного газа высокого давления счетчики газа на ключевых точках определения объема поставляемого природного газа получают объем в единицах измерений метрологических лабораторий стран - импортеров газа, что ставит российскую систему экспорта природного газа в зависимое положение. В настоящее время ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии» совместно с ПАО «Газпром» ведет разработку предложений по проекту создания государственного первичного специального эталона единиц расхода природного газа высокого давления на базе развитой инфраструктуры Уральского регионального метрологического центра ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург». Эти предложения, включающие план мероприятий по реализации проекта, касаются также шагов по признанию центра в качестве национальной лаборатории в рамках государственно-частного партнерства, предусмотренного рекомендациями С1РМ 2005-09. Основные планируемые мероприятия следующие: создание исходной эталонной установки, модернизация Уральского регионального метрологического центра для сопряжения исходного эталона с существующей измерительной системой, дооснащение центра необходимым оборудованием для пошаговой передачи единицы расхода рабочим эталонам и средствам измерений от исходного эталона посредством эталонов-переносчиков. В качестве исходной эталонной установки может быть использован аналог хорошо зарекомендовавших себя трубопоршневых эталонных установок НРРР, являющихся первичными эталонами единиц расхода природного газа в Германии и Китае. В случае применения НРРР в качестве исходной эталонной установки процедура передачи единицы расхода рабочим средствам измерений может быть исполнена также по аналогии со схемой, реализованной в Германии. При этом величина расширенной неопределенности калибровки рабочих средств измерений в диапазоне расхода природного газа - 20-70 000 м3/ч при давлении до 7,5 мПа - не должна превысить 0,23 %, что соответствует характеристикам ведущих мировых метрологических лабораторий воспроизведения единиц расхода природного газа высокого давления. Создание в РФ государственного первичного специального эталона единиц расхода газа высокого давления даст возможность решить целый ряд задач как на внутреннем рынке газопотребления, так и на рынке экспорта газа, укрепит энергетическую безопасность страны, усилит позиции отечественного топливно-энергетического комплекса в международном метрологическом сообществе в вопросах обеспечения единства измерений расхода природного газа.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: рАШД ГАЗА, ПЕрВИЧНЫй ЭтАЛОН, природный ГАЗ ВЫсОКОГО ДАВЛЕНИЯ, ПОршНЕВОй прувер.

Единая система газоснабжения (ЕСГ) РФ - крупнейшая в мире газотранспортная система, вклю-

чающая в себя объекты добычи, переработки, транспортировки, хранения и распределения газа в ев-

ропейской части России и Западной Сибири с общей протяженностью газопроводов на территории РФ

M.R. Kantserov, Gazprom PJSC (Saint Petersburg, Russian Federation), [email protected] A.I. Gorchev, Candidate of Sciences (Engineering), All-Russian Research Institute of Flow Metering (Kazan, Russian Federation), [email protected]

I.A. Isaev, All-Russian Research Institute of Flow Metering, [email protected]

A.B. Yakovlev, Candidate of Sciences (Engineering), All-Russian Research Institute of Flow Metering,

[email protected]

Concept of developing a state primary special standard in the Russian Federation, for the units of high-pressure natural gas flow rate

The growing expansion of gas networks leads to an increase of natural gas transfer points. As a result, demand grows for reliable and stable reference values for measurement of high-pressure natural gas consumption. As there is no state primary special standard for the units of high-pressure natural gas flow rate in the Russian Federation, the gas meters at key points of supplied natural gas volume determination use the same measurement units as standards rooms of natural gas importing countries, which makes the Russian natural gas export system dependent. Currently, Federal State Unitary Enterprise «All-Russian Research Institute of Flow Metering» together with Gazprom PJSC is developing proposals on a project dedicated to development of a state primary special standard for the units of high-pressure natural gas flow rate, based on the advanced infrastructure of the Ural Regional Metrology Center OOO «Gazprom transgaz Yekaterinburg». These proposals include an action plan for project implementation and also concern organizational steps to recognize the entity as a national laboratory within the public-private partnership framework envisaged by the recommendations of CIPM 2005-09. The main planned activities are: development of the reference standard; modernization of the Ural Regional Metrology Center to interface the reference standard with the existing measuring system, equipping the entity with facilities needed to transfer flow rate units step-by-step from the reference standard to working standards and measuring instruments via transfer standards. An analogue of the well-proven HPPP reference piston provers, which are primary standards for natural gas flow rate units in Germany and China, can be used as a reference standard. If HPPP are used as a reference standard, the procedure for transferring the gas flow rate unit to working measurement equipment can also be performed in line with the scheme implemented in Germany. Yet, the expanded uncertainty of working measuring equipment calibration in the range of natural gas flow rate 20-70,000 m3/h at pressure up to 7.5 MPa shall not exceed 0.23 %, which corresponds to world»s leading standards rooms» characteristics for reproducing the units of high-pressure natural gas flow rate. Developing a state primary special standard for the units of high-pressure natural gas flow rate in the Russian Federation will make it possible to resolve a number of issues related to domestic gas consumption market as well as gas export market. It will also enhance the country»s energy security and strengthen the position of domestic fuel and energy complex in the international metrological community, in terms of measurement uniformity assurance for natural gas flow rate.

KEYWORDS: GAS FLOW RATE, PRIMARY STANDARD, HIGH-PRESSURE NATURAL GAS, PISTON PROVER.

172,1 тыс. км [1]. По данным ПАО «Газпром», в 2017 г. поставки природного газа ЕСГ для внутреннего потребления составили 354 млрд м3, а поставки за пределы РФ осуществлены в размере 232,4 млрд м3 [1]. Основные импортеры российского газа - страны Европы и Турция. Газ экспортируется через несколько трубопроводов, основные из которых «Уренгой -Помары - Ужгород», «Ямал -Европа», «Голубой поток», «Северный поток». Кроме того, осуществляется строительство новых газопроводов: «Сила Сибири» для поставок газа в Китай, «Северный поток - 2» -в Западную Европу и «Турецкий поток» - в Турцию, Южную и Юго-Восточную Европу. Расширение газовых сетей, строительство новых газопроводов приводят к увеличению точек передачи природно-

го газа, и как следствие, растет спрос на достоверные эталонные значения величин для измерений расхода природного газа высокого давления.

В связи с этим важно отметить, что отсутствие в настоящее время государственного первичного специального эталона единиц расхода природного газа высокого давления вынуждает РФ получать единицу измерений в Национальных метрологических институтах (НМИ) США и европейских стран - импортеров российского газа (Германии, Дании, Нидерландов и Франции). Это, в свою очередь, ставит систему экспорта природного газа РФ в зависимое положение.

Национальные первичные эталоны являются высшим звеном системы метрологического обеспечения любого государства.

Наличие национальных первичных эталонов обеспечивает поддержку национальной экономики, защиту отечественных потребителей, экономическую и энергетическую безопасность, престиж государства в мире. В настоящее время только шесть метрологических лабораторий таких стран, как Германия, Дания, Нидерланды, Франция, США и Канада, имеют в своем составе национальные эталоны единиц расхода природного газа высокого давления, характеристики которых подтверждены международными сличениями и представлены в базе данных Международного бюро мер и весов [2].

Создание в РФ государственного первичного специального эталона единиц расхода природного газа высокого давления, в свою очередь, позволит РФ [3]:

- обеспечить выполнение положений «Доктрины энергетической безопасности России», а также Федерального закона № 102 «Об обеспечении единства измерений» в части обеспечения прослежи-ваемости к государственным первичным эталонам соответствующих единиц величин;

- стать полноправным участником международного проекта EuReGa по формированию единого гармонизированного кубического метра природного газа;

- реализовать положения Программы формирования общего рынка газа Евразийского экономического союза в части обеспечения точности измерений количества и параметров качества газа;

- повысить уровень точности измерений на внутреннем рынке потребления,снизить финансовую нагрузку при строительстве и эксплуатации высокоточных измерительных систем,связанную с необходимостью периодической калибровки расходомеров в реальных условиях эксплуатации.

Для организации воспроизведения и пошаговой передачи единицы расхода газа высокого давления рабочим средствам измерений требуется развитый комплекс метрологического обеспечения, который должен включать в себя следующее [3]:

- государственный первичный специальный эталон, воспроизводящий единицу объемного расхода газа высокого давления;

- источник газа высокого давления (газотранспортная система или локальные хранилища газа);

- измерительную систему для пошаговой калибровки рабочих средств измерений;

- лабораторию для проведения калибровки вспомогательных средств измерений (включая калибровку датчиков давления, температуры, показателей качества газа).

Необходимо отметить, что в РФ Уральский региональный метрологический центр (УРМЦ) ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» уже имеет необходимую ин-

фраструктуру для создания на его базе государственного первичного специального эталона единиц расхода природного газа высокого давления. Уральский региональный метрологический центр представляет собой комплекс, аттестованный как эталон 1-го разряда по ГОСТ Р 8.618-2014, воспроизводящий единицу расхода природного газа с давлением от 5,5 до 7,5 МПа. В его состав входят две поверочные установки: УРМЦ-10000 и УРМЦ-70000, обеспечивающие воспроизведение расхода до 10000 и 70000 м3/ч соответственно [4]. В качестве рабочих эталонов используются турбинные расходомеры-счетчики газа типа SM-RI-X-L различных типоразмеров (табл. 1), получившие единицу измерений в лаборатории Euroloop (Нидерланды).

В соответствии с Соглашением о сотрудничестве в области создания, хранения и эксплуатации эталонов единиц величин для воспроизведения и передачи единиц объемного и массового расхода природного газа и жидких углеводородных сред между ПАО «Газпром» и Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии(Рос-стандартом), в настоящее время ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии» как уполномоченный институт Росстандарта совместно с ПАО «Газпром» ведет разработку предложений по проекту создания государственного первичного специального эталона единиц расхода природного газа высокого давления на базе УРМЦ. Эти предложения, включающие в себя план мероприятий по реализации проекта, касаются также организационных шагов по признанию УРМЦ в качестве национальной лаборатории в рамках государственно-частного партнерства, предусмотренного рекомендациями Международного комитета мер и весов CIPM 2005-09 [5].

В соответствии с CIPM 2005-09 между НМИ или другим уполномоченным институтом и сторон-

Таблица 1. Применяемые в УРМЦ эталонные турбинные расходомеры -счетчики газа

Table 1. Reference turbine gas flow meters used in the URMC

Типоразмер Typical size Диапазон расхода, м3/ч Flow range, m3/h

G400 32-650

G1000 80-1600

G2500 200-4000

G6500 500-10 000

ней организацией (лабораторией), планирующей проводить измерения и калибровку, должен быть заключен договор субподряда. В договоре субподряда должно быть указано, кто из участников договора - владелец оборудования, кто - пользователь, кто и в каких работах участвует, как организован контроль результатов измерений и др. В общем случае при заключении такого договора субподряда между НМИ и сторонней организацией (лабораторией) должны быть выполнены следующие условия:

- НМИ должен получить документальное подтверждение соответствия указанных возможностей сторонней организации (лаборатории) положениям стандарта ISO 17025 и (или) аналогичных документов;

- НМИ должен взять на себя полную ответственность за выполнение сторонней организацией (лабораторией)работ по договору и их результаты;

- НМИ необходимо описать процесс заключения договора субподряда в системе менеджмента качества института;

- система менеджмента качества сторонней организации (лаборатории) должна содержать описание как минимум той части работ, которая выполняется по соответствующему договору субподряда;

- лаборатории, работающие по договору субподряда о сотрудничестве, могут использоваться НМИ только в том случае, если у лабораторий имеется оборудование/возможности, дополняющие

возможности НМИ в соответствующих областях деятельности;

- договор субподряда должен быть ограничен областью деятельности и статусом НМИ.

Основные планируемые мероприятия по созданию на базе УРМЦ государственного первичного специального эталона единиц расхода природного газа высокого давления следующие [3]:

- создание исходной эталонной установки воспроизведения и передачи единиц расхода природного газа высокого давления;

- модернизация УРМЦ для сопряжения исходного эталона с существующей измерительной системой (установка регуляторов давления и расхода,трубопровод-ной обвязки и т. п.);

- дооснащение УРМЦ необходимым оборудованием для реализации процедуры пошаговой передачи единицы расхода газа рабочим эталонам и средствам измерений от исходного эталона посредством эталонов-переносчиков различного диапазона расхода.

В качестве исходных установок первичных эталонов воспроизведения и передачи единиц расхода природного газа высокого давления в ведущих зарубежных метрологических лабораториях обычно применяют либо поршневые пруверы (трубопоршневые установки)различного типа,либо так называемые PVTt-установки. Принципы действия, преимущества и недостатки этих установок опи-

саны в работе [2]. Сравнительные характеристики исходных установок первичных эталонов единиц расхода природного газа высокого давления европейских метрологических лабораторий представлены в табл. 2.

В связи с реализацией крупных проектов «Северный поток - 2», «Сила Сибири» и «Турецкий поток» необходимо гармонизировать методы и средства воспроизведения и передачи единиц расхода природного газа высокого давления РФ и важнейших импортеров российского природного газа - Германии, Китая и ряда стран Юго-Восточной Европы. Важно отметить, что в качестве национального первичного эталона в Китайской Народной Республике также применен аналог установки HPPP германской

Таблица 2. Характеристики исходных установок первичных эталонов воспроизведения и передачи единиц объемного расхода природного газа высокого давления

Table 2. Characteristics of reference standards of flow rate units of high-pressure natural gas

Характеристика Characteristic С C тр o >ана untry

Г G ермания ermany Дания Denmark Нидерланды Netherlands Франция France

нми National Metrological Institute PTB FORCE VSL LNE-LADG

Лаборатория Laboratory Pigsar FORCE Euroloop CESAME-EXADEBIT

Тип исходной эталонной установки Type of reference standard Поршневой прувер высокого давления HPPP High pressure piston prover (HPPP) Активный поршневой прувер Active piston prover Газо-масляный поршневой прувер GOPP Gas-oil piston prover (GOPP) PVTt

Диапазон расхода, м3/ч Flow range, m3/h 3-480 5-400 5-230 10-250

Диапазон давления, МПа Pressure range, MPa 0,8-10 0,8-6,5 0,8-6,5 0,6-5,5

Неопределенность, % Uncertainty, % 0,065 0,07 0,08 0,1

Типы испытываемых устройств Types of devices tested Турбинные расходомеры, роторные расходомеры, критические сопла, ультразвуковые расходомеры Turbine flow meters, rotary flow meters, sonic nozzles, ultrasonic flow meters Специальные роторные расходомеры Special rotary flow meters Специальные роторные расходомеры Special rotary flow meters Критические сопла Sonic nozzles

лаборатории Pigsar (РТВ). По этим причинам целесообразно создать в РФ государственный первичный специальный эталон единиц расхода природного газа высокого давления с использованием в качестве исходной эталонной установки аналога трубопоршневого прувера НРРР.

НРРР отличается от исходных эталонных установок других типов более высокой точностью и широким диапазоном воспроизводимого расхода газа (табл. 2). Благодаря особенностям используемого принципа действия и конструкции [2] установка НРРР также имеет следующие важные преимущества:

- возможность передачи единицы расхода газа расходомерам-счетчикам газа различных типов, тогда как другие первичные эталоны совместимы только с определенными видами эталонов-переносчиков (табл. 2);

- относительно небольшие габариты;

- возможность транспортировки, мобильность;

- возможность подключения как к закольцованной газовой магистрали, так и по байпасной линии к действующему газопроводу без изменения в нем общей величины расхода газа в ходе измерений;

- нелимитированное время для стабилизации течения между моментом пуска газа и началом измерений за счет наличия переключающихся пусковых клапанов [2] при том, что в поршневых пруверах других типов это время существенно ограничено, а в PVTt-установках при измерениях всегда имеют место переходные процессы.

Кроме того, посредством НРРР проведено наибольшее количество калибровок эталонов-переносчиков, его динамические характеристики исследованы [6], а калибровочные и метрологические возможности неоднократно подтверждены результатами международных сличений [7, 8].

Основной модуль используемых в качестве первичных эталонов

Рис. 1. Схема трубопоршневой эталонной установки EP Engineering [9]:

1 - поршневой прувер высокого давления HPPP; 2 - система измерения диаметра

и длины; 3 - критические сопла; 4, 5 - опорные эталоны-переносчики

Fig. 1. Installation diagram of piston standard system EP Engineering [9]: 1 - high

pressure piston prover (HPPP); 2 - system for diameter and length measurement;

3 - critical flow nozzles; 4, 5 - reference transfer standards

в Германии и Китае установок HPPP, произведенных компанией EP Engineering [9] (рис. 1), - поршневой прувер высокого давления (рис. 2). Воспроизводимый прувером объемный расход газа определяется по времени вытеснения контрольного объема при движении поршня в трубе-цилиндре [2]. За поршне-

вым прувером последовательно установлены опорные эталоны-переносчики, получившие единицу расхода от НРРР, и пакет параллельно размещенных критических сопел для стабилизации объемного расхода и уменьшения пульсаций давления. Поскольку единица расхода газа в НРРР связана с единицей объема и про-

Рис. 2. Поршневой прувер высокого давления HPPP лаборатории Pigsar [6] Fig. 2. High pressure piston prover (HPPP) of Pigsar laboratory [6]

Диапазон расхода, м3/ч

Flow range, m3/h 3...480 20...400 20...1600 80...1600 80...10 000 500...10 000 500...70 000

Рис. 3. Предполагаемая схема передачи единиц расхода природного газа высокого давления Fig. 3. Estimated traceability chain for flow rate units of high-pressure natural gas

слеживается к единице длины, установка также комплектуется системой измерения диаметра и длины (рис. 1).

Важный момент при создании государственного первичного специального эталона - процедура пошаговой передачи единицы расхода от исходного эталона, воспроизводящего относительно малые расходы газа, рабочим эталонам и средствам измерений с большим диапазоном расхода (процедуры bootstrapping [2]). В случае применения HPPP в качестве исходной эталонной установки эта процедура может быть исполнена также по аналогии с алгоритмом, реализованным в лаборатории Pigsar (PTB) [10].

Предполагаемая схема передачи единицы расхода с использованием турбинных расходомеров-счетчиков газа в качестве эталонов-переносчиков и рабочих эталонов будет включать в себя семь шагов передачи (рис. 3):

1) калибровка HPPP посредством оптомеханической измерительной системы, прослеживаемой к единице длины;

2)калибровка опорного эталона-переносчика типоразмера G250 с диапазоном расхода 20-400 м3/ч;

3) поочередная калибровка посредством опорного эталона-переносчика четырех рабочих эталонов G250 с общим диапазоном расхода 20-1600 м3/ч;

4)калибровка эталона-переносчика G1000 посредством четырех

параллельно установленных рабочих эталонов G250;

5) поочередная калибровка посредством эталона-переносчика 61000 шести рабочих эталонов 61000 и одного рабочего эталона 6250 с общим диапазоном расхода 80-10 000 м3/ч;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

6)калибровка эталона-переносчика 66500 посредством параллельно установленных рабочих эталонов 61000 и 6250;

7) поочередная калибровка посредством эталона-переносчика 66500 семи рабочих эталонов 66500 с общим диапазоном расхода 500-70 000 м3/ч.

От рабочих эталонов единица измерения расхода газа передается непосредственно рабочим средствам измерений.

Стоит отметить, что шаги передачи с 3-го по 7-й (рис. 3) могут быть выполнены и другим образом с использованием необходимого количества эталонных расходомеров различных типоразмеров, что требует тщательной работы по выстраиванию оптимальной схемы передачи с учетом финансовых затрат, уже существующего в УРМЦ измерительного оборудования и величины неопределенности воспроизведения расхода. Кроме

тп

того, для минимизации случайных ошибок и повышения достоверности измерений на соответствующих шагах передачи единицы расхода газа могут быть использованы не один, а два последовательно установленных эталона-переносчика (рис. 1) [7].

Рост величины неопределенности калибровки расходомеров в процессе пошаговой передачи единицы расхода газа будет зависеть от повторяемости результатов измерений калибруемых расходомеров, стабильности температуры измеряемой среды, потерь давления и точности применяемых средств измерений параметров среды. При условии, что расширен-

ная неопределенность калибровки опорных эталонов-переносчиков составляет ~0,08 %, и при предположительном значении неопределенности, связанной с повторяемостью результатов измерений на используемых турбинных расходомерах, около 0,05 % величина расширенной неопределенности калибровки рабочих средств измерений по предложенной схеме при стабильных параметрах измеряемой среды не должна превысить 0,23 %, что соответствует характеристикам ведущих мировых метрологических лабораторий воспроизведения единиц расхода природного газа высокого давления [2].

Реализация вышеописанных мероприятий на базе развитой инфраструктуры метрологического обеспечения УРМЦ позволит создать в РФ государственный первичный специальный эталон единиц расхода газа высокого давления мирового уровня, что даст возможность решить целый ряд задач как на внутреннем рынке газопотребления, так и на рынке экспорта газа, укрепит энергетическую безопасность страны, усилит позиции отечественного топливно-энергетического комплекса в международном метрологическом сообществе по вопросам обеспечения единства измерений расхода природного газа. ■

литература

1. Транспортировка. Единая система газоснабжения России [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.gazprom.ru/about/production/transportation/ (дата обращения: 31.05.2019).

2. Горчев А.И., Исаев И.А., Яковлев А.Б. Первичные эталоны единиц расхода природного газа высокого давления // Газовая промышленность. 2018. № 10. С. 110-116.

3. Исаев И.А., Горчев А.И. Перспективы создания в Российской Федерации государственного первичного специального эталона расхода природного газа высокого давления // Законодательная и прикладная метрология. 2018. № 6. С. 17-19.

4. Уральский региональный метрологический центр [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://ekaterinburg-tr.gazprom.ru/ about/organization/urmc/ (дата обращения: 31.05.2019).

5. CIPM 2005-09. Subcontracting of measurements under the CIPM MRA [Электронный ресурс]. Режим доступа: https:// www.bipm.org/cc/CIPM/Allowed/94/SUBC0NTRACTCIPM09. pdf (дата обращения: 31.05.2019).

6. Von der Heyde M., Schmitz G., Mickan B. Modeling of the German National Standard for High Pressure Natural Gas Flow Metering in Modelica // Proceedings of the 11th International Modelica Conference. Versailles, France, 2015. P. 663-670.

7. Mickan B., Toebben H., Johnson A., Kegel T. Final results of bilateral comparison between NIST and PTB for flows of high pressure natural gas [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.bipm.org/utils/common/pdf/final_reports/M/FF-K5/CCM. FF-K5. a. 2. pdf (дата обращения: 31.05.2019).

8. Mickan B., Vallet J.-P., Li Ch., Wright J. Extended data analysis of bilateral comparisons with air and natural gas up to 5 MPa // Proceedings

of the 17th International Flow Measurement Conference, FLOMEKO 2016. Sydney, Australia, 2016. p. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https:// ws680. nist. gov/publication/get_pdf. cfm?pub_id=921644 (дата обращения: 31.05.2019).

9. EP Engineering. Datasheet catalogue. HPPP480 - High Pressure Piston Prover [Электронный ресурс]. Режим доступа: https:// www.ep-e.com/dms/frontend/downloadzip/16/cskvZJPay6 (дата обращения: 31.05.2019).

10. Van der Grinten J., Vieth D., Mickan B. The new Closed Loop pigsar calibration facility and its design uncertainty [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/fachabteilungen/abteilung_1/1.4_gase/Grinten-Vieth-Mickan_FullPaper_Koetter-2018_v6b. pdf (дата обращения: 31.05.2019).

references

(1) Gazprom PJSC. Transmission. Unified gas supply system of Russia. Available from: HYPERLINK "http://www.gazprom.ru/about/production/ transportation/" http://www.gazprom.ru/about/production/transportation/ [Accessed 31st May 2019]. (In Russian)

(2) Gorchev AI, Isaev IA, Yakovlev AB. The primary standards for the units of high-pressure natural gas flow rate. Gazovaya promyshlennost' = Gas Industry. 2018; 10; 110-116. (In Russian)

(3) Isaev IA, Gorchev AI. Prospects of creation in the Russian Federation the State primary special measurement standard for the flow rate units of high-pressure natural gas. Legal and Applied Metrology. 2018; 6; 17-19. (In Russian)

(4) OOO Gazprom transgaz Yekaterinburg. Ural Regional Metrology Center. Available from: http://ekaterinburg-tr.gazprom.ru/about/organization/urmc/ [Accessed 31st May 2019]. (In Russian)

(5) CIPM 2005-09. Subcontracting of measurements under the CIPM MRA. Available from: https://www.bipm.org/cc/CIPM/Allowed/94/ SUBC0NTRACTCIPM09.pdf [Accessed 31st May 2019]. (In Russian)

(6) Von der Heyde M, Schmitz G, Mickan B. Modeling of the German National Standard for High Pressure Natural Gas Flow Metering in Modelica. In: Fritzson P, Elmqvist H. (eds.) Proceedings of the 11th International Modelica Conference. Modelica Association and Linkoping University Electronic Press; 2015; 663-670.

(7) Mickan B, Toebben H, Johnson A, Kegel T. Final results of bilateral comparison between NIST and PTB for flows of high pressure natural gas. Available from: https://www.bipm.org/utils/common/pdf/final_reports/M/FF-K5/CCM.FF-K5.a.2.pdf [Accessed 31st May 2019].

(8) Mickan B, Vallet J-P, Li Ch, Wright J. Extended data analysis of bilateral comparisons with air and natural gas up to 5 MPa. In: Proceedings of the 17th International Flow Measurement Conference, FLOMEKO 2016. Available from: https://ws680.nist.gov/publication/get_pdf.cfm?pub_id=921644 [Accessed 31st May 2019].

(9) EP Engineering. Datasheet catalogue. HPPP480 - High Pressure Piston Prover. Available from: https://www.ep-e.com/dms/frontend/downloadzip/16/ cskvZJPay6 [Accessed 31st May 2019].

(10)Van der Grinten J, Vieth D, Mickan B. The new Closed Loop pigsar calibration facility and its design uncertainty. Available from: https://www.ptb.de/ cms/fileadmin/internet/fachabteilungen/abteilung_1/1.4_gase/Grinten-Vieth-Mickan_FullPaper_Koetter-2018_v6b.pdf [Accessed 31st May 2019].

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.