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陈赓良 的个人博客

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天然气分析的溯源准则:实施天然气能量计量的思考之二

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根据被测量的特性,化学计量分为物理化学计量和分析化学计量两大类;在能量计量领域中,以热量计法(直接)测定天然气发热量属于前者,而以气相色谱分析天然气组分含量并据此(间接)计算其发热的方法则属于后者。

为使计量结果准确一致,所有同种量值都必须由同一个计量基准传递而来,这就是所谓的溯源性;它是同一性和准确性的技术归宗,也是所有化学测量的基本属性。溯源性的内涵是能使(化学计量)测量结果通过连续的比较链(溯源链),以相应的不确定度与国家或国际计量标准联系起来。大多数情况下,化学计量的量值溯源(或传递)是通过正确使用标准物质、标准方法和标准数据等手段来实现的。图1是国际标准化组织标准物质委员会(ISO/REMCO)发布的化学计量溯源性示意图,扼要地阐明了不同层级的RGM在(测量结果)溯源过程的作用;图2则示出了在化学计量过程中实现量值溯源的3种主要方式:

1执行检定规程或溯源规范,用标准物质进行比较测量实现溯源;

2)以测量方法加上标准物质进行溯源,此溯源过程也可以理解为用标准物质评价一种新开发的分析方法;

3)实验室循环比对以实现国家或地区测量标准向国际标准的溯源。



根据图1和图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会(ISO/TC193)于1997年发布国际标准“天然气分析的溯源性准则”(ISO14111),该标准的要点可归纳如下:

1)以SI制基本单位摩尔(mol)为计量单位,以摩尔比表示计量结果;

2)物质量的单位摩尔目前尚难以复现,故建议溯源至另一个SI制基本单位质量(kg),再利用被测组分的相对摩尔质量与其质量之间的关系进行换算;

3)天然气的组成及气相色谱仪的操作均非常复杂,实际上不可能采用(如天然气体积流量计量溯源所用的)分等级传递的方式实现量值溯源(或传递);

4ISO14111建议:将分析化学计量测量结果的溯源还原为标准气混合物(RGM)的溯源;并按国际法制计量组织2007年发布的文件“气体燃料计量系统”(OIML R140)规定的技术要求,构建了如表3所示的天然气分析溯源链。

ISO14111的规定,天然气分析用RGM分为3个层级。第1层级称为基准级标准气混合物(PSM),是实现组分(i)测量结果溯源的最终基准,必须保证最佳的准确度和稳定性。第2层级使用的RGM称为有证标准气混合物(CRM);其目标不确定度取决于其用途,应用于天然气能量计量实验室质量控制的RGM的扩展不确定度(U)应优于0.5%k=2)。现场检测使用的工作级RGM的不确定度一般为2.5~3.0%。不同层级之间以具有相应不确定度的测量方法相联系。


必须指出:ISO14111是一个对天然气组成分析及其应用于(能量计量实验室)发热量间接测定过程极为重要的基础标准,但此ISO标准迄今尚未转化为我国国家标准,导致当前在能量计量实验室的质量控制及间接法(测定天然气发热量)测量结果的不确定度评定中,RGM的应用由于无标准可循而产生混乱。


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