Estimation of uncertainty using the example of measurements of the mass fraction of sulfur in the oil flow
Authors: Дьяченко Андрей Юрьевич 
Published: April 2022

В условиях увеличения добычи высоковязких нефтей возрастающую значимость имеет постоянный мониторинг содержания массовой доли серы в нефти для решения задач обеспечения заданного качества продукции, сдаваемой на отечественные нефтеперерабатывающие заводы и на экспорт. Для определения массовой доли серы в потоке нефти применяются поточные анализаторы серы. При этом требования к точности измерений составляют сотые доли процента. Как правило, калибровка серомера осуществляется только один раз: при вводе в эксплуатацию на этапе проведения пусконаладочных работ. В рамках поверки в условиях производства осуществляется подтверждение характеристик анализатора установленным метрологическим требованиям (соответствие величины фактической погрешности допустимому диапазону погрешностей, указанному в описании типа средства измерения). Таким образом, поверка позволяет подтвердить соответствие серомера нормативным требованиям, но не дает возможность повысить точность измерений. По результатам анализа научно-технической литературы установлено, что большинство исследований в области измерений массовой доли серы ограничиваются сравнением точности существующих методов, но не рассматривают вопрос о факторах, влияющих на результаты измерений. В настоящей работе проанализированы факторы, оказывающие влияние на точность измерений массовой доли серы в потоке нефти. Сформирован бюджет неопределенности, позволяющий с помощью математической модели оценить влияние каждого фактора на точность измерений. Определены перспективные направления уменьшения неопределенности измерений: повышение точности лабораторных методов при калибровке поточных анализаторов и совершенствование методик калибровки.
In conditions of increasing production of high-viscosity oils, constant monitoring of the mass fraction of sulfur in oil is of increasing importance to solve the problems of ensuring the specified quality of products delivered to domestic refineries and for export. In-line sulfur analyzers are used to determine the mass fraction of sulfur in the oil flow. At the same time, the requirements for measurement accuracy are hundredths of a percent. As a rule, the calibration of sulfur-meter is carried out only once: during commissioning at the stage of startup and adjustment works. As part of the verification in production conditions, the characteristics of analyzer are confirmed to the established metrological requirements (compliance of the true accuracy value with the permissible range of errors specified in the description of the type of a specific measuring instrument). Thus, the verification allows to confirm the compliance of sulfur-meter with regulatory requirements, but does not make it possible to increase the accuracy of measurements. Based on the results of the analysis of scientific and technical literature, it was found that most studies in the field of measurements of the mass fraction of sulfur are limited to comparing the accuracy of existing methods, but do not consider the factors affecting the measurement results. In the framework of this work, the factors influencing the accuracy of measurements of the mass fraction of sulfur in oil flow were analyzed. An uncertainty budget has been drawn up, which allows using a mathematical model to estimate the impact of each factor on the accuracy of measurements. Promising directions for reducing measurement uncertainty have been identified: improving the accuracy of laboratory methods in the calibration of in-line analyzers and improving calibration techniques.