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| 标准编号 | GB/T 18604-2023 (GB/T18604-2023) | | 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 | 46,442 | | 发布日期 | 2023-05-23 | | 实施日期 | 2023-12-01 | | 旧标准 (被替代) | GB/T 18604-2014 | | 起草单位 | 中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司天然气研究院、中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司、中国石油工程建设有限公司西南分公司、大庆油田有限责任公司、国家石油天然气管网集团有限公司西气东输分公司、国家管网集团西部管道有限责任公司、美卓伦仪表(常州)有限公司、上海中核维思仪器仪表股份有限公司、中油国际管道有限公司、德闻仪器仪表(上海)有限公司 | | 归口单位 | 全国石油天然气标准化技术委员会(SAC/TC 355) | | 提出机构 | 全国石油天然气标准化技术委员会(SAC/TC 355) | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 18604-2023: 用气体超声流量计测量天然气流量
中华人民共和国国家标准
代替GB/T 18604-2014
用气体超声流量计测量天然气流量
2023-05-23发布
2023-12-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
1 范围
本文件规定了插入式传播时间差法气体超声流量计(以下简称“流量计”)的测量性能、流量计本体、
安装和维护、现场验证测试等要求,以及流量计算方法及测量不确定度估算。
本文件适用于集输装置、输气管线、储存设施、配气系统、用户计量系统、计量标准装置和其他应用
场所中的天然气流量测量。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文
件,仅该日期对应的版本适用于本文件;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。
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3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
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。见附录A。
4.2 测量准确度的影响因素
4.2.1 影响测量准确度的内部因素主要为:
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 影响测量准确度的内部因素主要为:
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;
g) 天然气组成。
5 工作条件
5.1 天然气气质
流量计所测量的天然气组分应在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。
当出现下列任一情况时,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。
注:总硫含量是指包括硫醇、硫化氢、硫醚在内的所有硫化合物的总含量。
5.2 压力
超声换能器的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,包括流量计表体、现场安装电
子装置,及其相关外部设备、电缆连接和超声换能器规定工作和环境温度范围。流量计的工作介质温度
宜为(-20~60)℃,且工作环境温度范围宜为(-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宜为(0.3~30)m/s。
用户应核实被测气体流速在制造厂声明的流量范围内,且流量计性能应符合第6章的规定。
由于存在温度梯度和非理想的速度分布,低于分界流量qt工作的超声流量计可能产生较大的测量
不确定度。
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
6.1 总体要求
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。
注:实流校准见附录B。
用户应按照第7章的规定对流量计进行检验,应按照第8章的规定进行安装,以保证流量计在满足
最低性能要求基础上提高测量准确度。
对每一结构尺寸的流量计,制造厂应声明流量界限值,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,在制造厂声明的流量范围内,流量计都应满足本章的测量性能要求。
6.2 多声道气体超声流量计测量性能要求
6.2.1 通则
在进行校准系数调整之前,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:
---重复性:≤0.2%(qt≤q≤qmax),≤0.4%(qmin≤q< qt);
---分辨力:0.001m/s;
---速度采样间隔:≤1s;
---零流量读数:对于每一声道:< 6mm/s;
---声速偏差:±0.2%;
---各声道间的最大声速差:0.5m/s。
注1:多声道气体超声流量计是指有两个或两个以上声道的流量计。
注2:速度采样间隔指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。
6.2.2 大口径流量计的准确度
在进行校准系数调整之前,口径等于或大于300mm的多声道气体超声流量计应满足图2及下列
测量准确度要求:
---最大误差:±0.7%(qt≤q≤qmax);±1.4%(qmin≤q< qt);
---最大峰间误差:0.7%(qt≤q≤qmax);1.4%(qmin≤q< qt)。
6.2.3 小口径流量计的准确度
在进行校准系数调整之前,口径小于300mm的多声道气体超声流量计应满足图2及下列测量准
确度要求:
---最大误差:±1.0%(qt≤q≤qmax);±1.4%(qmin≤q< qt);
---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。
6.3 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。
注:单声道气体超声流量计是指只有一个声道的流量计。
6.4 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满足6.1和6.2规定的测量性能要求。
当需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)时,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
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)。
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,其材料应满足流量计工作条件和计量
系统工艺要求。若用户有特殊要求,则应满足指定的安装条件。
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。出厂测试应符合附录C
的规定,具备的文件见附录D。
7.2 表体
7.2.1 最大工作压力
流量计的最大设计工作压力应为流量计表体、法兰、超声换能器部件及其安装连接件的最大工作压
力的最小值。
7.2.2 抗腐蚀要求
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。
流量计的外部零件应用抗腐蚀材料制造,或者用天然气工业典型大气环境中的抗腐蚀涂层进行
保护。
7.2.3 适应环境的能力
流量计外壳和各个组件应符合GB/T 4208的规定,且至少应达到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流量计口径。对等径流量计,任何位置测量得到的内径与平均内径的偏差应在
0.5% 以内,对缩径流量计,测量区域内得到的内径与平均内径的偏差应在0.5%以内。
注:内径与法兰内径相等的超声流量计称为“等径”流量计,内径小于法兰内径的则称为“缩径”流量计。
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
流量计表体上应有一个取压孔用以测量静压。每个取压孔的公称直径应在4m~10mm之间,当
流量计表体的壁厚小于20mm时,取压孔公称直径应为4mm,并且从流量计表体内壁起,至少在取压
孔公称直径2.5倍长度内为圆柱形,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。
每个取压孔应具有安装隔离阀的内螺纹和回转空间。内螺纹的规格宜为1/4″FNPT(FNPT为60°
锥管内螺纹)或1/2″FNPT。取压孔应设在流量计表体的顶部、左侧或右侧,缩径流量计的取压口应位
于缩径部分,取压口的连接管上应标注“Pm”。
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。当有多个“Pm”取压口,在最大流量下,各取压口压力读数的差值不应
超过100Pa。
7.2.7 流量计标记
流量计铭牌应包含以下内容:
a) 制造厂名称,流量计的型号、系列号和制造年月;
b) 公称压力和总质量;
c) 公称直径和内径;
d) 最高和最低储存温度;
e) 工作压力和工作温度范围;
f) 在工作状态下最大流量、最小流量及分界流量;
g) 气体流动的正方向;
h) 防爆等级。
为便于识别,每一个超声换能器端口应标有永久性的独特标志。当在流量计表体上采用压模标记
时,应使用低应力压模形式,即圆底印迹。
7.2.8 外观质量要求
外观质量满足以下要求:
a) 流量计的外表应整洁、美观,表面应有良好的处理,不应有毛刺、刻痕、裂纹、锈蚀、霉斑和涂层
剥落现象;
b) 所有文字和符号应鲜明、清晰;
c) 密封面应光滑,不应有损伤。
7.2.9 其他要求
流量计放置在坡度为10%的光滑平面上时应不能滚动,以防止在安装或维护期间将其临时放在地
面上时损坏突出的超声换能器和信号处理单元。
流量计还应设计成在运输和安装期间容易安全搬动,并应设计有吊孔和吊索放置的空间。
制造厂应提供流量计上下游法兰上的定位销,以保证流量计现场安装的正确定位。
7.3 超声换能器
7.3.1 技术要求
制造厂应给出超声换能器的一般技术指标,如:关键的尺寸、最大允许工作压力、工作压力范围、工
作温度范围、气体组分限制、换能器工作频率等。......
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