路径: 主页 > GB/T > 第545页 > GB/T 18604-2014 | 标准编号 | GB/T 18604-2014 (GB/T18604-2014) | | 中文名称 | 用气体超声流量计测量天然气流量 | | 英文名称 | Measurement of natural gas flow by gas ultrasonic flow meters | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | E98 | | 国际标准分类 | 75.180.30 | | 字数估计 | 44,467 | | 发布日期 | 2/19/2014 | | 实施日期 | 6/1/2014 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 18604-2001 | | 引用标准 | GB 3836.1; GB 3836.2; GB 3836.4; GB/T 4208; GB/T 11062-1998; GB/T 13610; GB/T 17747.1; GB/T 17747.2; GB/T 17747.3; GB/T 21446-2008; SY/T 0599-2006; JJG 1030-2007; ISO 5167-1-2003; AGA REPORT NO.10 | | 标准依据 | 国家标准公告2014年第2号 | | 发布机构 | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会 | | 范围 | 本标准规定了气体超声流量计的测量性能要求、流量计本体要求、安装和维护、现场验证测试要求, 以及流量计算方法及测量不确定度估算。本标准适用于插人式传播时间差法气体超声流量计(以下简称流量计), 一般用于集输装置、输气管线、储存设施、配气系统和用户计量系统中的天然气流量测量。外夹式气体超声流量计的使用可参考本标准。 | GB/T 18604-2014
Measurement of natural gas flow by gas ultrasonic flow meters
ICS 75.180.30
E98
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 18604-2001
用气体超声流量计测量天然气流量
2014-02-19发布
2014-06-01实施
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会发布
目次
前言 Ⅲ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 量、术语和定义 1
4 测量原理 4
4.1 基本原理 4
4.2 测量准确度的影响因素 4
5 工作条件 5
5.1 天然气气质 5
5.2 压力 5
5.3 温度 5
5.4 流量范围及流动方向 5
5.5 速度分布 5
6 测量性能要求 6
6.1 多声道气体超声流量计测量性能要求 6
6.2 单声道气体超声流量计测量性能要求 7
6.3 工作条件对测量性能的影响 7
7 流量计要求 7
7.1 组成和基本规定 7
7.2 流量计表体 8
7.3 超声换能器 9
7.4 电子部件 10
7.5 流量计算机 11
8 安装要求及维护 12
8.1 安装影响因素 12
8.2 管道配置 12
8.3 维护 14
9 现场验证测试要求 14
9.1 测试内容及步骤 14
9.2 测试报告 14
10 流量计算方法及测量不确定度估算 14
10.1 标准参比条件下的流量计算 14
10.2 标准参比条件下的流量测量值的确定 15
10.3 工作条件下的流量计算 16
10.4 流量测量不确定度估算 16
附录A(资料性附录) 基本原理 18
附录B(规范性附录) 流量计组件的实流校准 25
附录C(规范性附录) 出厂测试要求 29
附录D(资料性附录) 具备的文件 31
附录E(资料性附录) 声学噪声的产生及防治措施 33
附录F(资料性附录) 流量计和流动调整器的性能验证测试 36
附录G(资料性附录) 流量计现场测量性能的监测和保证 37
前言
本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本标准代替GB/T 18604-2001《用气体超声流量计测量天然气流量》。与GB/T 18604-2001相
比,除编辑性修改外主要技术变化如下:
---增加了一个声道失效时测量误差的最大偏移、声速偏差和流量计组件3个定义(见3.2.17、
3.2.18和3.2.19);
---修改了测量准确度的影响因素,将影响因素分为内因和外因两类(见第4章);
---工作温度范围进一步明确为介质温度和环境温度(见5.3);
---提高了多声道气体超声流量计零流量读数要求,增加了声速偏差和最大声速差两个干标技术
要求。修改了分界流量以上的最大峰间误差要求(见6.1);
---增加了根据环境条件和工作条件,对流量计组件(包括上下游直管段、流量计及流动调整器、取
温孔和取样孔)采取必要的隔热、防冻等措施的要求,以及声学噪声、脉动的相关要求(见
8.1.1、8.1.4、8.1.5和附录E);
---修订了管道安装上游直管段和流动调整器安装位置、测温孔和取样孔插入深度、流动调整器的
相关要求(见8.2.2、8.2.5和8.2.7和附录F);
---增加了日常维护中为保证超声流量计现场测量性能的要求(见8.3.1和附录G);
---增加了理论声速按AGAReportNo.10《天然气和其他相关烃类气体中的声速》提供的方法或
其他相关与其计算结果相同的方法计算的要求(见9.1.3);
---增加了质量流量和能量流量计算方法和不确定度估算(见第10章);
---将实流校准修订为流量计组件的实流校准,并对温度、压力的稳定度要求,测试流量点进行了
修改(见B.2.2和B.3.3.3);
---删除了原附录E“上、下游直管段长度要求”;
---增加了“声学噪声的产生及防治措施”技术要求(见附录E);
---增加了“流量计和流动调整器的性能验证测试”技术要求(见附录F);
---增加了“流量计现场测量性能的监测和保证”技术要求(见附录G)。
本标准使用重新起草法参考AGAReportNo.9:2007《用多声道超声流量计测量天然气流量》进行
修订。
本标准由全国石油天然气标准化技术委员会(SAC/TC355)提出并归口。
本标准起草单位:国家石油天然气大流量计量站成都分站、中石油西南油气田分公司、中石油集团
工程设计有限责任公司西南分公司。
本标准主要起草人:段继芹、何敏、文代龙、任佳、黄和、刘勇明、陈荟宇、王强、陈琦、倪锐。
用气体超声流量计测量天然气流量
1 范围
本标准规定了气体超声流量计的测量性能要求、流量计本体要求、安装和维护、现场验证测试要求,
以及流量计算方法及测量不确定度估算。
本标准适用于插入式传播时间差法气体超声流量计(以下简称流量计),一般用于集输装置、输气管
线、储存设施、配气系统和用户计量系统中的天然气流量测量。外夹式气体超声流量计的使用可参考本
标准。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB 3836.1 爆炸性环境 第1部分:设备 通用要求
GB 3836.2 爆炸性环境 第2部分:由隔爆外壳“d”保护的设备
GB 3836.4 爆炸性环境 第4部分:由本质安全型“i”保护的设备
GB/T 4208 外壳防护等级(IP代码)(IEC 60529)
GB/T 11062-1998 天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法
GB/T 13610 天然气的组成分析 气相色谱法
GB/T 17747(所有部分) 天然气压缩因子的计算
GB/T 21446-2008 用标准孔板流量计测量天然气流量
SY/T 0599-2006 天然气地面设施抗硫化物应力开裂和抗应力腐蚀开裂的金属材料要求
JJG1030-2007 超声流量计
ISO 5167-1:2003 用安装在充满流体的圆形截面管道中的差压装置测量流量 第1部分:总则和
3 量、术语和定义
3.1 量
本标准所用量和单位的名称及符号见表1。
表1 量和单位的名称及符号
量的符号 量的名称 量 纲 单位符号
D 流量计内径 L m
kc 速度分布校正系数 1
L 声道长度 L m
P 静压 ML-1T-2 Pa
qv 体积流量 L3T-1 m3/s
qm 质量流量 MT-1 kg/s
qe 能量流量 L3T-1 J/s
qt 分界流量 L3T-1 m3/h
Qn 标准参比条件下一段时间内的体积累积量 L3 m3
T 气流热力学温度 Θ K
t 时间 T s
V 气体轴向平均流速 LT-1 m/s
V 气体沿声道的平均流速 LT-1 m/s
X 声道距离 L m
Z 压缩因子 1
φ 倾斜角 1 rad
注1:量纲中:符号L为长度,符号T为时间,符号 M为质量,符号Θ为热力学温度。
注2:表中未列符号在文中出现处加以说明。
3.2 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.2.1
传播时间差法 transit-timedifferencemethod
在流动气体中的相同行程内,用顺流和逆流传播的两个超声信号的传播时间差来确定沿声道的气
体平均流速所进行的气体流量测量方法。
3.2.2
超声换能器 ultrasonictransducer
把声能转换成电信号和反过来把电信号转换成声能的组件,一般都是成对安装,并同时工作。
3.2.3
信号处理单元 signalprocessingunit
流量计的一部分,由电子组件和微处理器系统组成。
3.2.4
流量计表体 meterbody
安装超声换能器和测压接头等部件,并经过特殊制造,在各方面都符合有关标准规定的被测气体通
过的管段。
3.2.5
声道 acousticpath
在一对发射和接受超声换能器间的超声信号的实际路径。
3.2.6
声道长度 pathlength
一对超声换能器端面之间的直线长度(见图1)。
3.2.7
声道距离 axialdistance
声道长度在管道轴线的平行线上的投影长度(见图1)。
图1 插入式气体超声流量测量的简化几何关系示意图
3.2.8
倾斜角 pathangle
声道与管道轴线间的夹角(见图1)。
3.2.9
在声道和流动方向所决定的平面内的气体流速。
3.2.10
流量与测量横截面面积之比。
3.2.11
kc
气体轴向平均流速与沿声道的平均流速之比。
3.2.12
由一对超声换能器或声道进行相邻两次气体流速测量的时间间隔。
3.2.13
零流量读数 zero-flowreading
在气体静止状态下的最大允许流速读数。
3.2.14
分界流量 transitionflowrate
qt
在最大流量和最小流量之间的流量值,它将流量范围分割成允许误差不同的两个区,即“高区”和
“低区”(见图2)。
3.2.15
最大峰间误差 maximumpeak-to-peakerror
上限最大误差点和下限最大误差点之间的差值(见图2)。
3.2.16
将流量计进行实流校准,并将测试结果按一定修正方法得出的流量计系数,以下简称校准系数。
3.2.17
在同一流量下,全部声道工作时的测量误差与其中任一声道失效时的测量误差之间的最大差值。
3.2.18
流量计测量得到的气体中的平均声速与理论声速间的最大相对偏差。
3.2.19
流量计组件 meteringpackage
由流量计、配套使用的上下游直管段、测温孔、取压孔以及流动调整器共同组成的组件。
4 测量原理
4.1 基本原理
传播时间差法气体超声流量计是通过测量高频声脉冲传播时间得出气体流量的速度式流量计。传
播时间是通过在管道外或管道内成对的换能器之间传送和接收到的声脉冲进行测量的。声脉冲沿斜线
方向传播(见图1),顺流传送的声脉冲被气流加速,而逆流传送的声脉冲则会被减速。其传播时间差与
气体的轴向平均流速有关,从而使用数值计算技术计算出在工作条件下通过气体超声流量计的气体轴
向平均流速和流量。只有一个声道的流量计称为单声道气体超声流量计,有两个或两个以上声道的流
量计称为多声道气体超声流量计。超声换能器与气体直接接触时,称为插入式。超声换能器不与气体
直接接触时,称为外夹式。
更详细的内容参见附录A。
4.2 测量准确度的影响因素
4.2.1 内部因素,包括:
a) 流量计表体几何尺寸和超声换能器位置参数的准确度及稳定性;
b) 用于传播时间测量的超声换能器和电子部件的质量和准确度(包括电子时钟的稳定性);
c) 用于传播时间检测和平均流速计算的采样周期和积分计算方法;
d) 校准(包括对电子部件和超声换能器信号滞后的补偿)。
4.2.2 外部因素,包括:
a) 气流速度分布;
b) 温度梯度;
c) 气流脉动;
d) 声学和电磁噪声;
e) 固体和液体沉积;
f) 几何尺寸随时间推移的变化。
5 工作条件
5.1 天然气气质
流量计所测量的天然气组分一般应在GB/T 17747(所有部分)所规定的范围内,天然气的相对密
度为0.55~0.80。
如果出现下列任一情况,应向制造厂咨询流量计的材质、超声换能器的选型,以及流量计计量准确
度是否满足要求:
a) CO2 含量超过10%;
b) 在接近天然气混合物临界密度的条件下工作;
c) 总硫含量超过460mg/m3,包括硫醇、硫化氢和元素硫。
正常输气工作条件下,在流量计表体内的附着物(如凝析液或带有加工杂质的油品残留物、灰和砂
等)会减少流量计的流通面积而影响计量准确度,同时附着物还会阻碍或衰减超声换能器发射和接收超
声信号,或者影响超声信号在流量计表体内壁的反射,因此对流量计应定期检查清洗。
5.2 压力
超声换能器对气体的最小密度(它是压力的函数)有一定要求,最低工作压力应保证声脉冲在天然
气中能正常传播。
5.3 温度
制造厂应根据用户的实际工况要求提供满足温度范围要求的流量计。流量计的工作介质温度为
-20℃~60℃,工作环境温度范围为-40℃~60℃。
5.4 流量范围及流动方向
流量计的流量测量范围由气体的实际流速确定,被测天然气的典型流速范围一般为0.3m/s~30m/s。
用户应核实被测气体流速在制造厂规定的流量范围内,其相应的测量准确度应符合第6章的规定。
流量计具有双向测量的能力,且双向测量的准确度相同。用户应当指出是否需要双向测量,以便制
造厂适当组态信号处理单元参数。
5.5 速度分布
理想条件下,进入流量计的天然气流态应是对称的充分发展的紊流速度分布。上游管路配置(即各
种上游管道配件、调压阀以及直管段的长度等)会影响进入流量计的气体速度剖面,从而影响测量准确
度,影响的大小和正负在一定程度上与流量计的补偿能力相关。
6 测量性能要求
本章规定了流量计应满足的一组最低测量性能要求。在进行实流校准系数调整之前,流量计就应
满足这些性能要求,以保证不因进行校准系数调整而掩盖了流量计自身的问题和缺陷。
用户应根据第7章和附录B的规定,要求对流量计进行检验和实流校准,并应遵守第8章的安装要
求,以保证在满足最低性能要求基础上提高流量计的测量准确度。
对每一结构尺寸的流量计,制造厂应规定流量界限值,即最小流量qmin、分界流量qt和最大流量
qmax。不论是否经过实流校准,在制造厂规定的流量范围内,流量计都应满足本章的测量性能要求。
6.1 多声道气体超声流量计测量性能要求
6.1.1 通则
在进行任何校准系数调整之前,所有多声道气体超声流量计的一般测量性能应满足下列要求:
a) 重复性:
0.2%,qt≤q≤qmax;
0.4%,qmin≤q< qt;
注:q为被测流量,下同。
b) 分辨力:0.001m/s;
c) 速度采样间隔:≤1s;
d) 零流量读数:对于每一声道:< 6mm/s;
e) 声速偏差:±0.2%;
f) 各声道间的最大声速差:0.5m/s。
6.1.2 大口径流量计的准确度
在进行任何校准系数调整之前,口径等于或大于300mm的多声道气体超声流量计应满足下列测
量准确度要求(见图2):
a) 最大误差:
±0.7%,qt≤q≤qmax;
±1.4%,qmin≤q< qt;
b) 最大峰间误差:
0.7%,qt≤q≤qmax;
1.4%,qmin≤q< qt。
6.1.3 小口径流量计的准确度
在进行任何校准系数调整之前,口径小于300mm的多声道气体超声流量计应满足下列测量准确
度要求(见图2):
a) 最大误差:
±1.0%,qt≤q≤qmax;
±1.4%,qmin≤q< qt;
b) 最大峰间误差:
1.0%,qt≤q≤qmax;
1.4%,qmin≤q< qt。
注:当声道长度较短时,在紊流气体中测量声波传播时间比较困难,因此对小口径流量计的要求较低。
图2 多声道气体超声流量计测量性能要求汇总
6.2 单声道气体超声流量计测量性能要求
单声道气体超声流量计的测量性能可比多声道气体超声流量计的测量性能要求低,具体指标由制
造厂提供。
6.3 工作条件对测量性能的影响
在第5章规定的工作条件下,流量计不需任何人工调整就应当满足6.1和6.2规定的测量性能要
求。如果需要人工输入物性参数来确定天然气流动条件下的物性参数(密度和黏度等),制造厂应给出
流量计受这些参数影响的敏感程度,以便当工作条件改变时,用户可确定这些改变所带来的影响是否可
以接受。
7 流量计要求
7.1 组成和基本规定
7.1.1 组成
流量计主要由以下两部分组成:
a) 流量计表体、超声换能器及其安装部件。
b) 由电子组件和微处理器系统组成的信号处理单元(SPU),它接受超声换能器信号,且具有处
理测量信号和显示、输出及记录测量结果等功能。位于现场的电信号处理及转换部分安装在
转换器内。
7.1.2 基本规定
流量计表体和其他所有部件,包括承压构件和外部电子组件,应当用适合于流量计工作条件的材料
进行设计和制造,并满足所在计量系统工艺要求。若用户有特殊要求,则应符合适用于用户所指定的每
一特定安装条件的相应规范或规定。
在流量计出厂前,制造厂应对其进行出厂测试,并向用户提供出厂测试报告。出厂测试要求见附录
C。并应具备相应的文件,参见附录D。
7.2 流量计表体
7.2.1 最大工作压力
流量计的最大设计工作压力应当是下列部件的最大工作压力中的最小者:流量计表体、法兰、超声
换能器部件及其安装连接件。
流量计表体的连接法兰应当符合通用的行业标准、国家标准或国际标准。
7.2.2 抗腐蚀要求
流量计所有与介质接触的部件应使用适用于天然气的材料制造。用于含 H2S、CO2 等腐蚀性介质
的流量计材料应符合SY/T 0599的规定。
流量计的所有外部零件应当用抗腐蚀材料制造或者用适合在天然气工业典型大气环境中使用的抗
腐蚀涂层进行保护。
7.2.3 适应环境的能力
流量计外壳、铭牌和各个组件应能符合GB/T 4208的规定,至少应达到IP65的等级要求。
7.2.4 长度和口径
制造厂应给出各个压力等级和口径下的流量计表体的标准长度。为了与已有的管路相匹配,用户
可指定不同的长度和口径。
7.2.5 超声换能器端口
天然气中可能含有杂质(如:凝析液或粉尘),所设计的超声换能器端口应尽量减少液体或固体在其
上停留的可能性,根据用户要求可设置带压拆装超声换能器的阀。
7.2.6 取压孔
流量计表体上应至少有一个取压孔用以测量静压。每个取压孔的公称直径应在4mm~10mm之
间,若流量计表体的壁厚小于20mm,取压孔公称直径为4mm,并且从流量计表体内壁起,至少在
2.5倍取压孔直径的长度内为圆柱形,且取压孔轴线应垂直于测量管轴线。流量计表体内壁取压孔边
缘应为直角,且无毛刺和卷边。
每个取压孔应具有装隔离阀的内螺纹,并且具有能将隔离阀直接装在取压孔上的回转空间。内螺
纹的规格宜为1/4″NPTF或1/2″NPTF。取压孔应设在流量计表体的顶部、左侧或右侧。必要时可增
设取压孔,以便为用户提供安装压力变送器的灵活性,并利于维护和将压力变送器导压管内的凝液排回
流量计表体内。
7.2.7 流量计标记
在流量计上应设置至少含有下列内......
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