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陳赓良 的個人博客

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天然氣分析的溯源准則:實施天然氣能量計量的思考之二

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根據被測量的特性,化學計量分爲物理化學計量和分析化學計量兩大類;在能量計量領域中,以熱量計法(直接)測定天然氣發熱量屬于前者,而以氣相色譜分析天然氣組分含量並據此(間接)計算其發熱的方法則屬于後者。

爲使計量結果准確一致,所有同種量值都必須由同一個計量基准傳遞而來,這就是所謂的溯源性;它是同一性和准確性的技術歸宗,也是所有化學測量的基本屬性。溯源性的內涵是能使(化學計量)測量結果通過連續的比較鏈(溯源鏈),以相應的不確定度與國家或國際計量標准聯系起來。大多數情況下,化學計量的量值溯源(或傳遞)是通過正確使用標准物質、標准方法和標准數據等手段來實現的。圖1是國際標准化組織標准物質委員會(ISO/REMCO)發布的化學計量溯源性示意圖,扼要地闡明了不同層級的RGM在(測量結果)溯源過程的作用;圖2則示出了在化學計量過程中實現量值溯源的3種主要方式:

1執行檢定規程或溯源規範,用標准物質進行比較測量實現溯源;

2)以測量方法加上標准物質進行溯源,此溯源過程也可以理解爲用標准物質評價一種新開發的分析方法;

3)實驗室循環比對以實現國家或地區測量標准向國際標准的溯源。



根據圖1和圖2所示内容,结合天然气组成气相色谱分析的技术特点,国际标准化组织天然气技术委员會(ISO/TC193)于1997年發布國際標准“天然氣分析的溯源性准則”(ISO14111),該標准的要點可歸納如下:

1)以SI制基本單位摩爾(mol)爲計量單位,以摩爾比表示計量結果;

2)物質量的單位摩爾目前尚難以複現,故建議溯源至另一個SI制基本單位質量(kg),再利用被測組分的相對摩爾質量與其質量之間的關系進行換算;

3)天然氣的組成及氣相色譜儀的操作均非常複雜,實際上不可能采用(如天然氣體積流量計量溯源所用的)分等級傳遞的方式實現量值溯源(或傳遞);

4ISO14111建議:將分析化學計量測量結果的溯源還原爲標准氣混合物(RGM)的溯源;並按國際法制計量組織2007年發布的文件“氣體燃料計量系統”(OIML R140)規定的技術要求,構建了如表3所示的天然氣分析溯源鏈。

ISO14111的規定,天然氣分析用RGM分爲3個層級。第1層級稱爲基准級標准氣混合物(PSM),是實現組分(i)測量結果溯源的最終基准,必須保證最佳的准確度和穩定性。第2層級使用的RGM稱爲有證標准氣混合物(CRM);其目標不確定度取決于其用途,應用于天然氣能量計量實驗室質量控制的RGM的擴展不確定度(U)應優于0.5%k=2)。現場檢測使用的工作級RGM的不確定度一般爲2.5~3.0%。不同層級之間以具有相應不確定度的測量方法相聯系。


必須指出:ISO14111是一個對天然氣組成分析及其應用于(能量計量實驗室)發熱量間接測定過程極爲重要的基礎標准,但此ISO標准迄今尚未轉化爲我國國家標准,導致當前在能量計量實驗室的質量控制及間接法(測定天然氣發熱量)測量結果的不確定度評定中,RGM的應用由于無標准可循而産生混亂。


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