(高清版)GBT 21391-2022 用气体涡轮流量计测量天然气流量

GB/T21391—2022代替GB/T21391—2008用气体涡轮流量计测量天然气流量Measurementofnaturalgasflowbyturbinegasmeters2022-04-15发布I 1范围 2规范性引用文件 3术语、定义和符号 13.1术语和定义 3.2符号 4工作原理 4.1结构和原理 34.2影响测量准确度的因素 45计量性能 45.1通则 45.2准确度要求 45.3重复性 5.4峰间误差 5.5短期过载 5.6工作温度范围 55.7安装条件 5.8最大允许压损 6流量计要求 56.1通则 56.2耐压强度及严密性 66.3流量计的连接和长度 66.4取压口 6.5可拆卸的流量计测量芯 66.6润滑 6.7电气安全 76.8输出和显示 76.9流量计标志 6.10外观质量 86.11适应环境的能力 86.12运输和储存 86.13流量积算 6.14智能流量计 87安装要求、使用及维护 7.1安装环境 7.2管道配置 Ⅱ 7.4维护和检查 8流量计算方法及测量不确定度估算 8.1标准参比条件 8.2体积流量计算 8.3质量流量计算 8.4能量流量计算 8.5测量不确定度估算 附录A(规范性)实流校准 附录B(资料性)流量计的其他性能特性 附录C(资料性)流量计的现场检验 附录D(资料性)天然气流量计算实例 参考文献 图1带机械式转换器的涡轮流量计结构示意图 3图2带电子式转换器的涡轮流量计结构示意图 图3带辅助设备的典型计量管路推荐安装方式 图4短管安装方式 图5紧凑连接安装方式 图6内置流动调整器的尺寸参数 表1准确度等级及最大允许误差 5表2分界流量(q) 5表A.1校准流量点 表B.1依赖于最小流速及公称直径的最大流量的额定值 表B.2在qmx下用常压下的空气作介质进行测试时，流量计的最大压损 表D.1流量计算实例用天然气组成 Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件代替GB/T21391—2008《用气体涡轮流量计测量天然气流量》,与GB/T21391—2008相比，除结构调整和编辑性修改外，主要技术变化如下：——增加了气体组成在GB/T37124范围内的要求，更改了标准参比条件所在章条(见第1章和8.1,2008年版的第1章和第8章);——更改了规范性引用文件，所有文件为现行有效文件(见第2章，2008年版的第2章);——更改了量程比、K系数和分界流量的定义(见3.1.2、3.1.6和3.1.7,2008年版的3.1.2、3.1.6和3.1.7);——增加了测量芯、峰间误差、智能流量计和实流校准的定义(见3.1.8～3.1.11);——更改了流量计结构原理，增加了不同类型的典型涡轮流量计结构示意图(见4.1,2008年版的4.1);——更改了一体化流量计重复性要求(见5.3,2008年版的5.3);——增加了峰间误差要求(见5.4);——将气流温度范围更改为工作介质和环境条件温度范围(见5.7,2008年版的5.6);——更改了流量计输出和显示(见6.8,2008年版的6.8);——更改了一体化流量计相关产品技术要求，增加了能量计量的功能(见6.14,2008年版的6.14);——更改了推荐安装方式，将直通式推荐安装方式与带辅助设备的直通式推荐安装方式合并，删除了受限空间和紧凑安装方式中测温孔位置安装建议，并将这两种安装方式限定为一体化流量计(见7.2.1,2008年版的7.2.1);——更改了不确定度估算中各标准不确定度的表达，以及发热量标准不确定度、标准参比条件下压缩因子和密度标准不确定度取值(见8.5,2008年版的8.4);——更改了附录A中对校准用标准装置不确定度的要求(见A.2.1,2008年版的A.2.1)。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国石油天然气标准化技术委员会(SAC/TC355)提出并归口。本文件起草单位：国家石油天然气大流量计量站成都分站、中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司、中国石油天然气股份有限公司天然气销售分公司、国家管网集团新疆煤制天然气外输管道有限责任公司湖广分公司、中国石油工程建设有限公司西南分公司、国家管网集团西气东输管道分公司、国家管网集团西南管道有限责任公司油气计量中心、天信仪表集团有限公司。本文件于2008年首次发布，本次为第一次修订。1用气体涡轮流量计测量天然气流量本文件规定了用于天然气流量测量的气体涡轮流量计(以下简称流量计)的工作原理、计量性能、安装和使用维护、流量计算和测量不确定度评定、实流校准和现场检查等。本文件适用于组成在GB17820和GB/T37124界定范围内，且真实相对密度为0.55～0.80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。GB/T3836.1爆炸性环境第1部分：设备通用要求GB/T3836.2爆炸性环境第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备GB/T3836.4爆炸性环境第4部分：由本质安全型“i”保护的设备GB/T4208外壳防护等级(IP代码)GB/T11062天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法GB/T13384机电产品包装通用技术条件GB/T13610天然气的组成分析气相色谱法GB/T17747.1天然气压缩因子的计算第1部分：导论和指南GB/T17747.2天然气压缩因子的计算第2部分：用摩尔组成进行计算GB/T17747.3天然气压缩因子的计算第3部分：用物性值进行计算GB17820天然气GB/T18603—2014天然气计量系统技术要求GB/T21446—2008用标准孔板流量计测量天然气流量GB/T25480仪器仪表运输、贮存基本环境条件及试验方法GB/T35186天然气计量系统性能评价3.1术语和定义下列术语和定义适用于本文件。气体涡轮流量计turbinegasmeter在流体作用下叶轮受力旋转，其转速与流体体积流量成函数关系的流量计。注：通过流量计的流体体积流量是基于叶轮旋转数得到的。量程比rangeability/turndownratio范围度在最大允许误差范围内流量计的最大流量和最小流量之比。2满足流量计计量性能要求的压力范围。工作温度范围workingtemperaturerange满足流量计计量性能要求的温度范围。管路中由涡轮流量计引起的不能恢复的压降。单位体积流体流过流量计时流量计发出的脉冲数。在最大流量和最小流量间的流量值，它将流量范围分割成最大允许误差不同的两个区，即“高区”和流量计内部组件，可以从流量计体中拆卸下来，包括内置流动调整器(如适用)、叶轮和轴承等用于计量的部件。分界流量以上，最大示值误差与最小示值误差间的差值。集流量、温度、压力检测功能于一体，并能进行温度、压力、压缩因子自动补偿和流量积算的流量计。以天然气、空气或水等为介质所进行的流量计校准。3.2符号下列符号适用于本文件。c流量计类型所代表的压损系数D流量计的公称通径E相对示值误差H、标准参比条件质量发热量H、标准参比条件体积发热量3KK系数摩尔质量流量计系数P绝对静压力能量流量体积流量质量流量质量流量T热力学温度u标准不确定度U扩展不确定度Z天然气压缩因子P天然气密度ψ测量范围ξ静压测量仪表或温度测量仪表的准确度等级4工作原理4.1结构和原理涡轮流量计主要由传感器和转换器组成，传感器主要包括测量芯、壳体、前后导向件，转换器分为机械式和电子式两种，其典型结构分别见图1和图2。流动流体的动力驱使叶轮旋转，其旋转速度与体积流量近似成比例。通过流量计的流体体积是基于叶轮的旋转数得到的。a)带机械式转换器的正视图b)带机械式转换器的侧视图标引序号说明：1——机械表头；2—-壳体；3——前导向件；4——叶轮；5——润滑油泵；6——轴承；7——后导向件。图1带机械式转换器的涡轮流量计结构示意图4a)带电子转换器的正视图标引序号说明：1——电子表头；2——壳体；3——前导向件；4——叶轮；5——润滑油泵；6——轴承；7——后导向件。b)带电子转换器侧视图图2带电子式转换器的涡轮流量计结构示意图4.2影响测量准确度的因素流量计的测量准确度主要受下列因素影响：——轴承的摩擦力变化；——气体黏度变化；——气体密度变化：气体密度变化可能带来流量计的范围度、压力损失以及准确度的变化；——流体温度、压力的变化：当工作时流体的温度、压力与校准或检定时的温度、压力有显著不同 气流中固液杂质；——管道安装结构；——气体流态变化；——过载；——管线振动；——射频干扰或电磁干扰，流量计应远离电机等强电磁干扰的区域；——脉动流的影响，应把流量计设置在远离脉动的地方，或者在脉动源后附加脉动衰减器。5计量性能5.1通则每一台流量计应符合第6章和第7章的技术要求。为保证流量计使用中的计量性能，宜按附录A进行实流校准。5.2准确度要求操作条件下流量计的准确度应符合表1的要求，不同量程比的流量计分界流量见表2。5表1准确度等级及最大允许误差准确度等级最大允许误差q₁≤qv≤9mxqmin≤qy<g,士2.0%表2分界流量(q)量程比0.20gmay20:10.20qmax0.15qmax0.10qmax5.3重复性重复性应不大于准确度等级对应最大允许误差绝对值的1/3。5.4峰间误差分界流量以上峰间误差应不大于1.0%。5.5短期过载在额定的压力和温度范围内，流量计应在1.2qmax流量下运行至少30min不损坏，并且不影响流量计的性能。5.6工作温度范围生产厂家给出的流量计测量介质温度范围和工作环境温度范围应满足流量计性能要求，并至少应为-10℃~40℃。5.7安装条件安装条件对流量计的影响应不大于表2规定的最大允许误差的1/3。安装条件对流量计的影响试验见GB/T18940—2003附录E。5.8最大允许压损生产厂家应提供各种类型和口径的流量计或流量计组件的压损数据。压损计算方法及典型压损值见附录B。6流量计要求6.1通则流量计一般应满足以下要求：6GB/T21391—2022——相同型号、相同压力等级和相同类型的流量计和部件应能互换；——流量计应具备防雨水、抗腐蚀和外力冲击等能力；——与气流直接接触的流量计轴承和机械驱动装置应具备防止气体中杂质进入的保护措施；——流量计的所有部件应选用几何尺寸稳定的材料制造，材料表面应进行防腐处理。以上的要求应根据相关标准评定，必要时宜通过仪器进行检测。6.2耐压强度及严密性6.2.1耐压强度流量计出厂前，其承压部件应按有关标准进行强度试压，并由生产厂家提供合格证书。6.2.2严密性生产厂家应提供组装好的流量计按相关标准进行严密性试验合格的证书。6.3流量计的连接和长度流量计的入口和出口连接应符合相关标准。流量计的入口连接端和出口连接端之间的长度应不大6.4取压口6.4.1总则取压口的设计应确保连接端不伸入气流中。流量计上任何压力测试点或取压口均应配置适当的密封件。6.4.2测量取压口流量计上通常应至少提供一个测量取压口，以便能在测量条件下测量涡轮叶轮处的静压。该取压口用“pm”标识，如果流量计上有多个“pm”取压口，用常压下(±10kPa)的空气作测试时，各取压口压力读数的差值应不超过50Pa。6.4.3其他取压口流量计上用于其他目的的取压口应用“p”标识。圆形取压口直径应在3mm～10mm,其最小深度应不小于孔径。此外，其他均应符合GB/T21446的规定。槽形取压口在流动方向上尺寸应至少为2mm,横截面积应为10mm²~80mm²,其深度最小应等于流动方向上槽形尺寸。6.5可拆卸的流量计测量芯6.5.1完整性测量芯的完整性应符合以下要求。——具有可拆卸测量芯的流量计，其拆装和更换应不影响流量计的结构和完整性，并应符合6.2.2的严密性要求。——流量计的可拆卸测量芯应有唯一的编号，该编号应被清晰地标在流量计外表面。——每一种流量计的可拆卸测量芯应能密封。7流量计的可拆卸测量芯在同型号和同口径的流量计上反复更换或拆装后，仍应保证其性能。流量计润滑应符合以下要求。——为使流量计运行良好，其结构应使所需的任何润滑装置密封不泄漏，可采用永久性免维护方式或外部加注泵的形式。 当使用外部润滑油时，厂家应提供加注润滑油的质量要求和加注量，宜具有标号范围或互换性。当加注正确时，无论自动加注或手动加注，流量计的操作或性能不应受润滑剂的影响。——润滑油泵应能承受在流量计额定状态下的最大设计压力。——润滑系统的设计应考虑防水。6.7电气安全流量计的所有电气部件应进行严格的测试和老化处理。流量计应具备接地装置。流量计的防爆等级应符合GB/T3836.1的规定，隔爆型应符合GB/T3836.2的规定，本质安全型应符合GB/T3836.4的规定，其他防爆型式的流量计应符合相应的专用标准规定。电缆护套、橡胶、塑料和其他裸露部分应6.8输出和显示流量计的输出由机械或电子计数器所组成，且不可复位和工作可靠，用以累计通过流量计的总量。脉冲信号或旋转轴的转速可以用来反映流量计的流量。6.8.2计数器容量计数器以末位数为单位的数字位数，应足以指示相当于在最大流量下运行至少8000h通过的体积总量。指示单位应在指示装置上清晰明确地标明(如m³)。在指示装置十进制符号后面的数字应与十进制符号前面的数字清楚地区分开来，例如使用红色遮板包围。应无需使用工具即可轻松读取指示值。数字的最小高度应为4mm,最小宽度应为2.4mm。应能够在与窗口或显示器垂直的15°内清晰正确地读取指示值。6.9流量计标志下列标志和铭牌应被固定在流量计上。在正常使用条件下，这些标志应清晰可见、不易损坏。当流量计处于正常工作位置时，标志和铭牌是可见的。流量计铭牌应至少标有以下内容：8——制造商名称或商标；——产品名称及规格型号；——出厂编号；——型评标志和编号；——准确度等级；——适用工作压力和工作温度范围；——公称直径；——操作条件下的流量范围；——计数器指示的每立方米脉冲数；——防爆等级和防爆合格证标志；——制造年月。气体流动的方向应有明显的永久性标志。应在流量计外壳上标示出流量计水平安装或竖直安装的安装方式。驱动杆、脉冲发生器、取压口和取温口都应有清晰的、不易磨损的标志。6.10外观质量6.11适应环境的能力流量计外壳、显示设备、铭牌和外部元件应能抵抗气候影响(阳光、湿度和温度变化)和在使用过程中的常规清洗剂的影响。流量计外壳防护要求应符合GB/T4208的规定，至少应达到IP65的等级要求。6.12运输和储存流量计的连接端面应妥善保护，以防止在运输和储存过程中其他杂质进入流量计或损坏连接端面。流量计包装应符合GB/T13384的规定，流量计在运输中应确保其在包装箱内稳定牢靠。流量计的运输、贮存等应符合GB/T25480的规定。流量计经运输和搬运安装后，仍应符合第5章的计量性能要求和6.2.2的密封性要求。6.13流量积算流量计配套的修正仪或流量计算机应具备体积流量和能量流量积算的功能。当天然气的真实相对密度偏离设计密度造成不能接受的偏差、组成变化较大或必须进行精确计算时，应缩短气体取样分析周期或采用在线组成分析仪，对计量结果进行修正。6.14智能流量计智能流量计一般应具备以下功能：9——就地显示被测介质的压力、温度、标准参比条件下体积和能量流量(包含瞬时和累积流量);——实时远传相关数据；——数据存储功能；——设定累积流量、瞬时操作条件和标准参比条件下流量、压力、温度、电池电量等监控参数报警范围，并在出现异常时实现提示报警；——参数设置及管理权限设置。流量计用于温度和压力修正、压缩因子和发热量计算等数学模型或软件应符合相关标准或规范的要求，并具备相关证书或报告。6.14.2压力传感器压力传感器取压口应符合6.4的规定，压力传感器可直接安装在取压口上，但应确保不伸入气流中。6.14.3温度传感器温度传感器应安装在流量计叶轮的下游端，其离叶轮的距离应小于5D,伸入管道公称内径大约1/3处，但长度不能超过150mm。流量计应具备远传通信功能，并提供多种标准通用通信协议和接口形式。通常应具有标准RS-485、RS232等通信协议输出，并至少具有代表工况流量的脉冲或模拟信号输出等功能。流量计至少应能存储三年内每天的累积流量和最近1000次的瞬时流量数据(一般包括时间、压力、温度、标准参比条件下的瞬时体积和能量流量)。电源可采用内电源供电或外电源供电，如果采用内电源供电则电池应能连续工作三年及以上，且无论是否有外电源供电情况，内电源均应处于满足供电的状态。外电源供电一般宜采用直流，其电压应不超过24V。流量计应具有断电保护功能，断电后流量计累积量和K系数等内设参数应不发生改变。6.14.7数据传输安全性流量计应具有数据保护功能，保证数据传递的完整性和唯一性。流量计应至少具备以下功能：——天然气组成或发热量等参数设置或输入功能；——管理权限设置功能；——日累积量起止时间设置功能；——压力、温度传感器可拆卸或更换，能够有效溯源；——压力、温度和K系数修正功能；——硬件时钟功能；——参数设置记录(时间、设置前参数、设置后参数等)应可靠保存，并能便于读取；——影响计量结果的可调部位应能封印。7.1安装环境应根据安装点具体的环境及操作条件，对流量计采取必要的隔热、防冻及其他保护措施(如遮雨、防晒等)。7.1.2振动及脉动流量计的安装应尽可能远离振动和脉动流的测量环境。在安装流量计及其相关的连接导线时，应避开可能存在电磁干扰或较强腐蚀性的环境，否则应咨询生产厂家并采取必要的防护措施。选择的安装位置应便于流量计的维护及检修。7.2管道配置7.2.1推荐安装方式7.2.1.1流量计典型安装方式典型计量管路的推荐安装方式见图3。流量计运行过程中其上游阀门应全开，过滤器或过滤筛应保持清洁。流动调整器可以是管束式流动调整器或其他形式，应由生产厂家根据流量计上游阻流件和型式评价中的扰流测试结果推荐。当计量管路中可能出现反向流时，应在下游增加止回阀。标引序号说明：1——阀(可选);7——取压口；2——工作压力超过1.4MPa时宜使用的平衡阀；8——涡轮流量计；3——90°弯管或三通，最大缩径为1倍立管公称直径；9——取温口；4——过滤器或过滤筛(可选);10——限流器(可选);5——入口：11——下游放空阀(可选);6——流动调整器；12——阀(可选)。图3带辅助设备的典型计量管路推荐安装方式GB/T21391—20227.2.1.2智能流量计受限空间安装当不能满足按图3进行安装所需空间的情况下，智能流量计可按下述方式进行安装。——如果空间受到限制，可如图4所示使用短管安装方式。流量计应内置一体化流动调整器。流动调整器安装在流量计上游，最小直管段长度为4D,流动调整器出口到流量计入口的直管段长度应不小于2D。流量计可通过弯管或三通与立管相连，弯管和立管之间的最大缩径为立管公称直径的一倍。阀、过滤器或过滤筛可安装在立管上。标引序号说明：1——阀(可选);2——工作压力超过1.4MPa时宜使用的平衡阀；3——90°弯管或三通，最大缩径为1倍立管公称直径；4——过滤器或过滤筛(可选);5——流动调整器；6——取压口；7——涡轮流量计；8——下游放空阀(可选);9——阀(可选)。图4短管安装方式——如果空间受到限制，可如图5所示使用紧凑连接安装方式。流量计应内置一体化流动调整器。流量计可通过弯管或三通与立管相连。弯管和立管之间的最大缩径为立管公称直径的一倍。阀、过滤器或过滤筛可安装在立管上。标引序号说明：1——工作压力超过1.4MPa时宜使用的平衡阀；2——阀(可选);4——90°弯管或三通，最大缩径为1倍立管公称直径；5——取压口；6——涡轮流量计；7——阀(可选)。图5紧凑连接安装方式7.2.1.3内置流动调整器结构要求流量计内置流动调整器如图6所示。其结构满足H/D<0.15,S/L<0.35。标引序号说明：H——环形通道的径向高度；S叶片间最大弦长；L——叶片轴向长度；D——流量计入口直径。流量计的内径、连接法兰及其紧邻的上、下游直管段应具有相同的内径，其偏差应在管径的±1%以内；流量计及其紧邻的直管段在组装时应同轴，并保证其内部流通通道的光滑、平直，不应在连接部位出现台阶及突入的垫片等扰动气流的障碍。与流量计匹配的直管段，其内壁应无锈蚀及其他机械损伤。在组装之前，应除去流量计及其连接管内的防锈油或机械杂质等附属物。使用中也应保持介质流通通道的干净与光滑。当流量计带有测温套、温度计套管或温度传感器时，应将其视为流量计的一部分。它们在流量计校准前应安装完毕，其插入深度按6.14.3的规定。若流量计本体上不带有测温孔，推荐在流量计下游直管段上测量温度，其离叶轮的距离宜在5D内，尽可能靠近流量计，且在任何出口阀或限流器的上游。流量计宜水平安装并且进、出口不应反装，其他安装方式应咨询生产厂家。7.2.6过滤器或过滤筛在气质较脏的场合，应在流量计的上游安装效果良好的气体过滤器或过滤筛。过滤器的结构和尺寸应能保证在最大流量下产生尽可能小的压力损失，并尽可能减少流态畸变。对于重要的计量回路，可设置备用计量旁通，并能够对旁通装置检漏。如果流量计下游安装有放空阀，其尺寸不应大于流量计公称直径的1/6,以避免排气时叶轮超速导致流量计的损坏。在现场，当有足够的压力可以利用时，宜在流量计管线下游安装一台临界流孔板或者一台临界流文丘利喷嘴，并限制它的尺寸，使实际流速接近流量计最大额定速度的1.2倍，以避免流量计受到超高速天然气气流的冲击。7.2.10在线实流校准接口当供需双方有合同约定时，可预留在线实流校准接口用于在线校准。在线校准标准表宜安装在被校表的下游，并留有适宜的空间。7.2.11其他安装要求安装流量计和测量管路时应尽量减小管路安装时产生的应力。如天然气中含有液体，应采取有效措施，防止液体积聚和对流量计的冲击、腐蚀等。避免安装在管线低点，必要时安装分液罐。如在流量计上游施焊，应拆卸流量计以短管代替，施工完成并吹扫干净后再重新安装流量计。7.3使用流量计在开始安装前，特别是安装在新管路或经维修的管路上时，首先应清扫管路，去除所有堆积的渣、铁锈及其他的管路碎屑。在进行所有流体静压试验和清扫管路操作期间，应拆下流量计和过滤器。流量计启动时应缓慢地加压和启动。操作时应先开上游阀，待流量计内已充满被测气体并维持运行压力的情况下，再缓慢开启下游阀。在小流量下运行约2min,流量计运行正常后再全部打开下游阀门。流量计停用时，应先缓慢关闭下游阀，再缓慢关闭上游阀。流量计不宜用在频繁中断和/或有强烈脉动流或压力波动的场合。可在流量计上下游管道上适当支撑以尽量消除振动。7.4维护和检查应根据生产厂家建议的润滑油品牌型号、加注周期及油量对流量计的叶轮进行维护。在使用过程中，宜通过监视过滤器两端的差压来防止流动异常或供气中断，并应定期进行污物排放和滤芯清洗。运行中出现异常或周期送检时应对流量计进行检查，现场检查见附录C。8流量计算方法及测量不确定度估算8.1标准参比条件本文件采用的天然气流量计量标准参比条件为：20℃(热力学温度为293.15K)、压力为101.325kPa、干基。也可采用合同规定的其他压力和温度作为标准参比条件。8.2体积流量计算8.2.1操作条件下的体积流量操作条件下的体积流量可按公式(1)计算：式中：q:——操作条件下的瞬时体积流量；f——流量计输出频率；………………K——K系数，可按流量计铭牌上给出值、查流量计参数设置值、检定证书或校准证书给定值。8.2.2标准参比条件下的体积流量标准参比条件下的体积流量可按公式(2)计算：式中：q₀——标准参比条件下的瞬时体积流量；p₄——操作条件下的绝对静压力；Z₁——操作条件下的气体压缩因子；T;——操作条件下的气体绝对温度；pn——标准参比条件下的绝对静压力；Zn——标准参比条件下的气体压缩因子；Tn——标准参比条件下的气体热力学温度。……(2)天然气超压缩系数(F₂)是因天然气特性偏离理想气体定律而导出的修正系数，其定义见公式(3):则公式(2)可改写为公式(4):……………(4)8.2.3天然气压缩因子计算当天然气计量系统符合GB/T18603定义的A、B级要求时，应按GB/T17747.1～GB/T17747.3计算压缩因子值。其中，GB/T17747.2提供了以摩尔组成数据为基础进行压缩因子计算的方程和编程用数学模型。GB/T17747.3提供了以物性值数据为基础进行压缩因子计算的方程和编程用数学模型。标准参比条件下的气体压缩因子(Zn)也可依据GB/T11062确定，其值按公式(5)计算：√b;——天然气j成分的求和因子，可由GB/T11062查取。当天然气计量系统为非贸易计量系统或属于GB/T18603—2014附录B规定的准确度C级时，可按GB/T21446—2008附录A计算超压缩系数(F₂)。8.3质量流量计算质量流量可按公式(6)计算：qm=qn×pn……………(6)qm——瞬时质量流量；pn——标准参比条件下的天然气密度。8.4能量流量计算能量流量可以通过体积流量或质量流量与发热量(H、或H、)的乘积计算得到。通过体积流量计算能量流量时，按公式(7)计算：qe=qn×H.……(7)通过质量流量计算能量流量时，按公式(8)计算：qe=qm×H.………(8)qe——瞬时能量流量；H标准参比条件下天然气的体积发热量，可采用直接测量或按GB/T11062计算；H.标准参比条件下天然气的质量发热量，可采用直接测量或按GB/T11062计算。天然气流量计算实例见附录D。GB/T21391—20228.5测量不确定度估算8.5.1未经实流校准的标准参比条件下的流量测量不确定度估算根据公式(2),各不确定度分量灵敏系数均为1,因此可用公式(9)和公式(10)估算标准参比条件下流量测量合成标准不确定度。u,(qn)=√u,(q₁)²+u(P)²+u,(T)²+u(Z₁)²+u,(Zn)²+u.(an)² (9)U(qn)=ku,(qn)(k=2) (10)式中：u,(qn)——标准参比条件下的体积流量测量扩展不确定度；u,(qn)——标准参比条件下的体积流量测量标准不确定度；u,(qr)——操作条件下的体积流量测量标准不确定度，可由流量计的准确度等级确定；u,(Pí)——操作条件下的绝对静压测量标准不确定度，可依据校准证书取值，或根据使用的静压测量仪表性能按公式(13)估算；u,(Ti)——操作条件下的热力学温度测量标准不确定度，可依据校准证书取值，或根据使用的温度测量仪表性能按公式(13)估算；u;(Zn)——标准参比条件下压缩因子的标准不确定度，根据GB/T11062和GB/T35186,当组分分析按GB/T13610的规定进行，并使用二级标准气体时，可取0.03%;u,(Z₁)——操作条件下压缩因子的标准不确定度，由于u,(Zn)计算时已考虑了组成分析的影响，因此，此处只考虑压缩因子计算不确定度，计算方法若采用GB/T17747,则取0.05%,采用AGA.3NX-19则取0.25%;u,(an)——安装引起的附加流量测量标准不确定度，最大可取流量计最大允许误差的1/3。8.5.2质量流量测量不确定度估算根据公式(6),可按公式(11)估算质量流量测量合成标准不确定度。u,(qm)=√u;(qn)²+u,(pn)²………………(11)式中：u;(pn)——标准参比条件下密度的不确定度，依据GB/T11062和GB/T35186,此项可取值为扩展不确定度参照公式(10)计算。8.5.3能量流量测量不确定度估算根据公式(6)和公式(7),可用公式(12)估算标准参比条件下能量流量测量合成标准不确定度。u.(q₀)²=√u,(q₀)²+u,(H、)²……(12)式中：u,(H)——标准参比条件下体积发热量的标准不确定度。根据GB/T11062和GB/T35186,该项不确定度主要来源于基础数据、物性参数计算方法和组成分析，当采用二级标准物质，用在线色谱分析进行组成分析时，通常可取0.15%。扩展不确定度参照公式(10)计算。8.5.4绝对静压或热力学温度测量不确定度估算绝对静压或热力学温度测量不确定度按公式(13)估算：GB/T21391—2022uy——绝对静压测量或热力学温度测量的标准不确定度；5γ——静压测量仪表或温度测量仪表的最大允许误差绝对值；Yx——静压测量仪表或温度测量仪表的刻度上限值；Y;——预定静压测量值或预定温度测量值。……………(规范性)实流校准A.1概述用于天然气流量测量的流量计可根据需要按本附录进行实流校准，以减少流量计的测量误差。在有条件的情况下可进行在线实流校准。A.2校准条件A.2.1标准装置的技术要求实流校准标准装置及其辅助测量仪表都应具有有效的检定或校准证书。A.2.2严密性校准前，应将被校流量计安装在校准装置上一起进行严密性试验。试验介质为空气、天然气等气体，试验压力至少应为最高校准压力且小于被校流量计的最大工作压力。在试验压力下至少稳压15min,经检查无泄漏为合格。A.2.3安装条件校准时的安装应符合7.2的要求。流量计取压口和测温孔应满足6.4和7.2.4的要求。A.2.4实流校准流体根据实际情况，实流校准流体可采用天然气或其他气体，流体能自由流动且没有凝液、油污和粉尘，其组分应基本稳定。校准时的雷诺数范围宜与流量计实际使用时的雷诺数范围相近。如使用天然气进行实流校准，则其气质应至少符合GB17820二类气的要求，其物性参数值应采用GB/T17747和GB/T11062中相关条款进行计算。A.2.5环境条件实流校准时的环境温度一般为-25℃~55℃,相对湿度一般为5%～95%,大气压力一般为实流校准应在压力、温度和流量稳定后进行。实流校准应避免外界磁场和机械振动的影响。A.2.6由客户提供的信息客户宜提供流量计使用条件的相关信息，即：工作压力范围、工作温度范围以及工作介质等。A.3实流校准内容和方法A.3.1实流校准项目实流校准项目包括流量计随机文件及外观检查、校准系数和重复性确定。A.3.2随机文件及外观检查实流校准前应对流量计的外观进行检查。流量计应附有说明书、出厂证书(或上一次检定证书或校准证书)和其他有关技术指标文件，流量计表体上的铭牌和流量计外观质量符合6.9和6.10的要求。A.3.3实流校准内容实流校准前应首先确定校准流量和校准压力，根据校准数据确定流量计的校准系数，运用校准系数对流量计进行调整，如：更换机械输出装置的变速齿轮、修正K系数、提供流量计系数等，最后对校准后的结果进行验证。A.3.4校准流量的确定实流校准时，应结合表A.1和流量计的实际工作流量范围确定测试流量点。对于大口径流量计的实流校准可能达不到上限流量值，用户与制造厂协商可指定低于qmx的实流校准流量范围，一般来说，校准雷诺数宜至少达到流量计实际使用雷诺数的一半。在测试过程中，每个流量点的每次测试流量与布点流量相比，其偏差应不大于±5%。表A.1校准流量点量程比20:1用qmax倍数表示的校准流量点————0.020.030.050.050.05———0.150.250.250.250.25A.3.5校准压力的确定A.3.5.1工作压力不大于0.4MPa对用户规定的工作压力不大于0.4MPa的流量计，可在常压(±10kPa)下进行校准。校准结果适用于工作压力0MPa～0.4MPa范围内。A.3.5.2工作压力大于0.4MPa对用户规定的工作压力大于0.4MPa的流量计，需在一个或多个压力下进行校准。校准压力要求如下。a)如果用户规定的工作压力范围的上限值不大于4倍下限值，那么仅需在Pl下对流量计进行校准。校准结果适用于工作压力0.5P～2.0P范围内。GB/T21391—2022示例1:如果用户规定的工作压力为0.5MPa,流量计在P=0.5MPa下进行校准，那么该校准结果适用的工作压力范围为0.25MPa～1.0MPa。示例2:如果用户规定的工作压力范围为1.5MPa～3.5MPa,流量计在P=2.0MPa下进行校准，那么该校准结果适用的工作压力范围为1.0MPa～4.0MPa。b)如果用户规定的工作压力范围的上限值大于4倍下限值，需分别在Pttmin和Ptest.max两个压力下对流量计进行校准。校准结果适用于工作压力0.5Pmin～2.0Petmx范围内。注2:Pmin、Ptest.max分别表示流量计的最小和最大校准压力(表压)。注3:P可根据校准装置的实际情况和用户的要求选择，只要用户规定的工作压力(或压力范围)在0.5P~2.0Pst或0.5Ptmin～2.0Pstmax范围内，就能满足要求。示例3:如果用户规定的工作压力范围为0.3MPa～1.5MPa,就需在两个压力下进行校准。但是，并不止一种方式能满足这些条件。如果流量计在Ptmin=0.4MPa,Pstmx=0.8MPa下进行校准，那么该校准结果适用的工作压力范围为0.2MPa～1.6MPa。如果用户规定的工作压力范围为0.3MPa～1.5MPa,但建议该流量计通常在1.0MPa下工作，那么需分别在Pst.min=0.4MPa和Ptst.max=1.0MPa下进行校准，且该校准结果适用的工作压力范围为0.2MPa～2.0MPa。如果用户有特殊要求，需对流量计作进一步的校准。在校准时，每个流量点应至少测试3次，在条件允许的情况下应测试6次，并取各次测试值的算术平均值作为该测试点的测量结果。每次数据采集时间不应小于60s。A.2.2的要求后才能进行校准。在每次测试过程中，应采集流量计和标准装置的相关参数。对于带有机械输出装置的流量计，可将机械输出装置中的一对变速齿轮更换为不同齿数比的另一对变速齿轮，以修正流量计机械输出装置显示的流量值。修正后的齿数比可按公式(A.1)～公式(A.6)计算。……(A.1)……(A.2……(A.3)……(A.4))式中：G₄——修正后流量计的齿数比；G。——流量计原齿数比；△E——修正后流量计的相对示值误差偏移量；E——修正后，第i校准点流量计的流量相对示值误差；E;——第i校准点流量计的流量相对示值误差；(qs);——第i校准点标准装置的流量示值；qu——第i校准点第j次校准时流量计的流量示值；(qo);;——第i校准点第j次校准时标准装置的流量示值(与流量计相同工况条件下的流量);n——第i校准点的测试总次数。A.4.2K系数的修正计算通过校准，可以在流量计全量程范围内得到一个K系数(可取每个流量点K系数的算术平均值)或对每个流量点得到一个K系数，这个或这些K系数可被输入到流量计的二次仪表中，以对流量输出进行修正。每个流量点的K系数可按公式(A.7)～公式(A.9)计算。或式中：K;——第i校准点流量计的K系数；K;——第i校准点第j次校准时流量计的K系数；K。——上一次检定证书或校准证书上给出的K系数；f;——第i校准点第j次校准的流量计输出的频率值。A.4.3流量计系数的计算校准后，也可提供流量计系数来对流量计输出进行修正，流量计系数的计算见公式(A.10)。式中：(M₁);——第i校准点的流量计系数。可采用算术平均法、流量加权平均法、分段线性修正及多项式拟合法等对各流量点的流量计系数进行处理，得到最终的流量计系数M;。A.4.4流量加权平均误差修正方法根据实际情况的不同，确定校准系数有多种方法。如果流量计的流量输出在其工作流量范围内是线性的，那么采用流量加权平均误差法能有效地减小流量计的测量不确定度。如果流量计的输出是非线性的，还可采用更复杂的误差修正技术。下面介绍通过流量加权平均误差法计算单校准系数，从而对GB/T21391—2022流量计的测量误差进行修正的方法。采用A.4中得到的误差值计算Erwm,并应在每一个P下计算一个ErwM和单校准系数(F)(流量加权平均误差法的计算实例见A.4.8)。Erwm按公式(A.11)计算：式中：……(A.11)E;——第i校准点流量计的相对示值误差；q;——第i校准点流量计的流量示值；qmax——流量计的最大工况流量。A.4.5单校准系数的计算单校准系数(F)按公式(A.12)计算：F=100/(100+ErwM)……(A.12)A.4.6修正后的误差计算在修正后，应以A.4中得到的E;值为基础计算出另一个经加权平均修正后的相对示值误差Ej,再按公式(A.11)计算一个新的ErwM值，并核查ErwM的值是否接近零。E按公式(A.13)计算：Eir=(100+E;)×F-100……(A.13)A.4.7校准后K系数和流量的计算校准后流量计K系数按公式(A.14)计算：式中：K;q——流量计出厂时的K系数或上一次校准后的K系数。通过校准得出新的K系数可对流量计的测量误差进行修正，修正后可再测试部分流量点以确认修正效果。确认后的K系数在下次校准前不应作任何修改。校准后流量计的流量按公式(A.15)计算：式中：qo——流量计第i校准点的流量。………………A.4.8修正的要求对仅需一次校准的流量计，修正后应尽可能使ErwM趋近零。当流量计在不同压力下进行校准后，应用在最靠近用户规定的工作压力下得到误差值进行Erwm计算，并用于修正。在没有规定工作压力的情况下，需要用两个ErwM的平均值进行修正，即：利用由A.4计算得出的值画出两条全雷诺数范围内的示值误差曲线，用在相同雷诺数、但不同压力下得到的两个加权平均误差的算术平均值作为用于计算单校准系数F的ErwM值，以有效地消除测量误差。GB/T21391—2022示例：流量加权平均误差系数的误差修正计算。表1一台DN80涡轮流量计的实流校准数据推荐的测试流量点推荐点的测试流量m³/h标准装置实际流量m³/h流量计实际流量m³/h流量计误差%qmin一0.310.25qmax40.8940.77一0.290.4qmax63.8963.910.030.7qmax—0.419max0.17注：计算时，流量值保留小数点后两位。将表1中测试数据代入公式(A.11),计算结果如表2所示。表2流量计Erwy计算汇总表标准装置实际测试流量m³/hm=g;/qm%mp;×E;%0.1009一0.31—0.029340.890.2556一0.29—0.079263.890.39930.030.01200.7026—0.41—0.28810.170.0680“qi/qmax大于或等于0.95时，mF;取0.4。根据表2可计算得到：F=100/(100+ErwM)=100/(100-0.1704)=1.0017根据公式(A.10)可计算得到经加权平均修正后的实流校准数据，见表3。%%mr;×EicF%—0.29—0.1405—0.0142—0.31—0.1205—0.0308—0.41—0.2407—0.1691从表3可以得到：A.5校准结果的验证在分界流量上下各选取一个流量点对修正系数进行验证，验证结果应在流量计最大允许误差范围内。A.6经实流校准后的标准参比条件下的流量测量不确定度估算A.6.1概述实流校准可以有离线校准和在线校准两种方式，校准方式不同，其流量测量不确定度估算方法也不同。A.6.2离线实流校准标准参比条件下的流量测量不确定度u(qn)按公式(A.16)估算：u,(qn)=√uí(qra)+u(P)+u²(T)+u²(Z₁)+u{(Zn)+u?(an)……(A.16)式中：u,(qre)——校准条件下流量计的流量测量不确定度，按公式(A.18)估算。扩展不确定度按公式(10)计算。A.6.3在线实流校准后流量测量不确定度估算在线实流校准，其校准条件与操作条件几乎相同或相近。标准参比条件下的流量测量不确定度按公式(A.17)估算：u,(qn)=√u;(qr)+u;(P)+u(T)+u;(Z)+u;(Zn)…………(A.17)扩展不确定度按公式(10)计算。A.6.4校准条件下的流量测量不确定度估算校准条件下的流量测量不确定度按公式(A.18)估算：式中：ur——校准用标准装置的标准不确定度；u(E₁)——校准数据的重复性。扩展不确定度按公式(10)计算。A.7校准证书对每项测试结果，应以书面报告形式记录下来，并形成流量计的校准证书，由生产厂家或校准部门提供给用户。对每一台流量计，其校准证书应至少包含下列信息：——生产厂家的名称；——校准机构的名称和地址；——流量计的型号和系列号；——校准日期；——校准方法；——校准时流量计的安装条件；——校准结果数据，包括流量计的输出值(流量或频率)、校准压力、校准温度、校准介质密度、校准装置的流量测量不确定度、K系数等参数。GB/T21391—2022(资料性)流量计的其他性能特性B.1压损B.1.1概述流量计的压力损失由驱动流量计所需的能量以及包括改变流动面积和方向引起的内部通道摩擦损失所决定。压力损失按公式(B.1)进行估算(较小的流量除外):△P:——操作条件下压力损失；c——取决于流量计类型的压损系数；p;——操作条件下气体密度；q:——操作条件下时气体体积流量。考虑到规定条件下的压力损失和理想气体状态方程，则压力损失按公式(B.2)、公式(B.3)计算：………(B.2)或………(B.3)△Pn——标准参比条件下压力损失；pn——标准参比条件下气体密度；qn——标准参比条件下气体体积流量；d;——操作条件下气体相对密度；d。——标准参比条件下气体相对密度；T,——操作条件下气体绝对温度；T。——标准参比条件下气体绝对温度；Z;——操作条件下气体压缩因子；Z₀——标准参比条件下气体压缩因子。B.1.2最大流量不同公称直径的流量计的典型最大流量额定值见表B.1。表B.1依赖于最小流速及公称直径的最大流量的额定值m³/h量程比A系列B系列C系列m³/h42—632———53285385—8———— ——B.1.3最大允许压损B.1.3.1最大流量下的最大压损各种类型和口径的流量计或流量计组件的压损数据由生产厂家提供。一台新制造的流量计用常压下(士10kPa)的空气作介质、在qmx下进行测试的压损应低于表B.2列出的值。其中，典型最大流量的额定值见表B.1。表B.2在qmx下用常压下的空气作介质进行测试时，流量计的最大压损公称直径压损PaC系列B系列A系列2500注1:A系列系指高流速。注2:B系列系指正常流速(推荐值)。注3:C系列系指低流速。GB/T21391—2022B.1.3.2测试方法在两个取压点之间测量流量计以及为满足安装条件要求附加的组件(上游直管段或流动调整器)的压损。这两点分别在流量计上游和下游与流量计相同公称通径的1D距离内。测试时注意取压孔的选择和加工，以保证流态的改变不影响压力的读取。测试在qmx下进行。一般在流量计的型式试验中进行该测试。B.2操作条件下的最小流量为了不超过一定的涡轮转速和一定的压力损失，流量计通常按最大流量(qmx)进行设计。除另有说明外，流量计这一最大流量对于所有的操作条件都是相同的，包括到规定的最大允许工作压力。根据生产厂规定的最小流量、压力、温度和气体组分，操作条件下的最小流量可近似按公式(B.4)计算：式中：Ps——规定条件下的气体密度；pr——操作条件下的天然气密度；qtmin——操作条件下的最小流量；qcmin——规定条件下的最小流量。B.3量程比由于最大流量通常不变化，而最小流量可能变化，所以气体涡轮流量计的量程比一般随气体密度的平方根而变化，见公式(B.5):式中：ψ;——操作条件下量程比；ψ,——规定条件下量程比。B.4温度和压力的影响当流量计的工作温度和工作压力与校准条件有很大差别时，其性能可能发生变化。这些变化的原因可能是尺寸变化、轴承阻力变化或物理现象变化。B.5各种流态对流量计性能的影响B.5.1漩涡影响如果流量计入口处的流体有大的漩涡，就会影响涡轮叶轮的转速。与涡轮叶轮旋转方向相同的旋涡使叶轮速度增加，而与旋转方向相反的漩涡则使叶轮速度减小。对于高准确度的流量测量，应通过对流量计的适当安装，把这种漩涡影响减小到轻微的程度。B.5.2速度分布影响流量计是以其入口处为接近均匀速度分布的条件进行设计和校准的。当明显偏离这一速度分布时，涡轮叶轮处的实际速度分布就会影响到给定流量下的叶轮速度。对于一个给定的平均流量，非均匀速度分布与均匀速度相比，通常将产生更高的叶轮速度。在高准确度流量测量时，宜通过对流量计的适当安装，确保涡轮叶轮处的速度分布基本均匀。GB/T21391—2022(资料性)流量计的现场检验C.1概述涡轮流量计最常使用的现场检验是目检法检查和旋转时间试验。对运行中的流量计，通过观测其产生的噪声或振动，常可获知流量计的工作情况。流量计的剧烈振动通常表明涡轮叶轮已失去平衡的损坏，这会导致流量计完全失效。在较低流量时，常能听到涡轮叶轮的摩擦声和轴承工作不良的声音，这种噪声不会被正常的流动噪声所掩盖。C.2目检法检查目检法检查一般检查涡轮叶轮是否缺叶、是否积聚固体物或腐蚀以及是否有可能影响涡轮叶轮平衡和叶片组态的其他损坏。还可以检查流量计的内部(包括流动通道、排水孔、通气孔和润滑系统等),以确保其中没有积聚的碎屑。C.3旋转时间试验旋转时间试验是用来确定流量计机械阻力现在和过去比较的相对变化。在流量计区域干净和其内部没有损坏的情况下，如果机械阻力没有重大变化，则流量计准确度不会变化。若机械阻力有较大增加，则表明流量计计量性能在小流量处已经降级。按用户要求，生产厂可以提供流量计典型的旋转时间。旋转时间试验在无气流的区域内且测量机构位于其正常的工作位置下进行。涡轮叶轮以适当的速度旋转，例如最小速度约为于qmx对应的额定速度的1/20,时间测量从旋转开始直至叶轮停止转动。旋转时间试验一般重