《用气体超声流量计测量天然气流量GBT 18604-2023》详细解读

《用气体超声流量计测量天然气流量GB/T18604-2023》详细解读contents目录1范围2规范性引用文件3术语和定义4测量原理4.1基本原理4.2测量准确度的影响因素5工作条件5.1天然气气质contents目录5.2压力5.3温度5.4流量范围及流动方向5.5速度分布6测量性能要求6.1总体要求6.2多声道气体超声流量计测量性能要求6.3单声道气体超声流量计测量性能要求6.4工作条件对测量性能的影响contents目录7流量计7.1组成和基本规定7.2表体7.3超声换能器7.4电子部件7.5流量计算机8安装及维护要求8.1安装影响因素8.2管道配置contents目录8.3维护9现场验证测试要求9.1通则9.2测试内容及步骤9.3测试报告10流量计算方法及测量不确定度估算10.1流量计算方法10.2流量测量不确定度估算附录A(资料性)气体超声流量计测量的基本原理contents目录附录B(资料性)流量计的实流校准附录C(规范性)出厂测试要求附录D(资料性)具备的文件附录E(资料性)声学噪声的产生及防治措施附录F(资料性)流量计和流动调整器的性能验证测试附录G(资料性)流量计现场测量性能的检验和保证参考文献011范围可应用于高压、大流量的天然气测量具有高精度、高可靠性等特点适用于测量管道中天然气的流量1范围022规范性引用文件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GB/T17747.3天然气压缩因子的计算第3部分2规范性引用文件用摩尔组成进行计算用物性值进行计算033术语和定义利用超声波在气体中传播的速度差来测量气体流量的仪表。定义通常由超声换能器（传感器）和转换器（变送器）组成。组成广泛用于天然气、煤气等气体流量的测量。应用3术语和定义010203044测量原理原理概述具有较高的测量精度和稳定性，适用于大口径管道和低流速气体的测量。优点分析应用范围广泛应用于天然气输送管道、城市燃气等领域。通过测量超声波在气体中顺流和逆流传播的时间差来计算气体流速。4测量原理054.1基本原理4.1基本原理测量原理气体超声流量计通过测量超声波在气体中传播的时间差或速度差来计算气体的流速，从而得到气体流量。优点适用范围气体超声流量计具有高精度、高可靠性、宽量程比、无压力损失等优点，适用于天然气等气体的流量测量。该标准适用于使用气体超声流量计测量天然气流量的场合，包括管道输送、燃气发电、城市燃气等领域。064.2测量准确度的影响因素天然气组分的变化会导致气体密度的变化，从而影响流量计的测量准确度。气体密度变化不同组分的气体对超声波的传播速度有影响，组分变化可能导致测量误差。超声波传播速度气体组分的变化还会影响气体的压缩因子，进而影响流量计算。压缩因子变化4.2测量准确度的影响因素075工作条件天然气组分应符合相关国家或地区标准。5工作条件气体中不应含有大量杂质或腐蚀性气体，以避免对流量计造成损害。若气体中存在液态水或烃露点较高的组分，应采取相应措施防止在流量计内凝结。085.1天然气气质主要成分天然气主要由甲烷组成，占比通常在90%以上。杂质含量包括二氧化碳、氮气、氧气及少量惰性气体等，这些杂质可能对超声流量计的准确度造成影响。水露点天然气中的水露点是影响气体超声流量计准确度的重要因素之一，需要控制在一定范围内。5.1天然气气质095.2压力5.2压力应使用高精度的绝对压力传感器进行压力测量，以确保测量结果的准确性。绝对压力传感器为确保测量精度，应对压力传感器进行定期校准，避免因传感器误差而导致的测量偏差。定期校准压力传感器的安装位置应尽可能靠近气体超声流量计，以减少管道阻力和压力变化对测量结果的影响。传感器安装位置105.3温度温度梯度的影响在管道中，如果存在温度梯度，即温度在不同位置有所不同，那么会对流量的测量带来误差。气体体积随温度变化气体的体积随着温度的升高而增大，随温度的降低而减小，这会影响流量计量的准确性。温度对声速的影响气体中的声速会随着温度的变化而变化，进而影响超声流量计的测量精度。5.3温度115.4流量范围及流动方向5.4流量范围及流动方向010203气体超声流量计适用于广泛的流量范围，从几立方米/小时到数千立方米/小时均可测量。在选择气体超声流量计时，应根据实际需要测量的流量范围来选用合适的型号和规格。为保证测量精度，应确保所选流量计的量程比（即最大流量与最小流量的比值）符合实际应用场景。125.5速度分布气体流速的不均匀分布会导致超声流量计测量结果的偏差，影响测量的准确度。测量准确度若气体流速分布不均，可能导致流量计校准曲线出现偏差，从而影响测量的可靠性。流量计校准速度分布的不均匀性反映了流体在管道内的流动状态，对理解流体动力学特性有重要意义。流体动力学特性5.5速度分布136测量性能要求6测量性能要求流量计在规定的测量范围内应达到相应的准确度等级。准确度等级通常以相对误差或绝对误差来表示。流量计应在整个测量范围内保持一致的准确度。146.1总体要求准确度要求气体超声流量计应具有高精度测量能力，其测量误差应在规定范围内，确保天然气流量的准确计量。可靠性要求流量计应具有高可靠性，能够长期稳定地运行，减少故障率和维护成本。兼容性要求流量计应能适应不同的天然气组分、压力、温度等条件，确保在各种环境下均能准确测量。6.1总体要求156.2多声道气体超声流量计测量性能要求流量计声道设计应确保测量准确度，减少流场畸变对测量结果的影响。声道布置合理性流速范围适应性零点稳定性流量计应能在规定的流速范围内保持较高的测量准确度。流量计在零流量时，输出应稳定且接近于零，以减少测量误差。6.2多声道气体超声流量计测量性能要求166.3单声道气体超声流量计测量性能要求声速测量误差在规定的测量条件下，声速测量误差应不大于±0.5%。流量测量误差流量计的流量测量误差应满足相应准确度等级的要求。重复性误差在相同测量条件下，多次测量结果的重复性误差应不大于相应准确度等级规定的最大允许误差的绝对值的一半。6.3单声道气体超声流量计测量性能要求176.4工作条件对测量性能的影响温度的变化会引起气体密度的变化，从而影响流量计对流量的准确测量。温度对气体密度的影响温度传感器的准确性直接影响温度测量的精度，进而对流量计的测量性能产生影响。温度传感器的准确性随着温度的升高，气体中的声速也会增加，这可能导致测量结果的偏差。温度对声速的影响6.4工作条件对测量性能的影响187流量计利用超声波在气体中传播速度与被测气体流速之间的关系进行测量。工作原理精度高、测量范围宽、可靠性高、使用寿命长等。优点适用于高压、大流量、腐蚀性气体等恶劣环境下的流量测量。应用场景7流量计197.1组成和基本规定7.1组成和基本规定010203组成气体超声流量计主要由超声换能器、电子设备和测量管组成，共同实现天然气流量的准确测量。基本规定为确保测量的准确性和可靠性，气体超声流量计应遵循相关的国家或行业标准，同时定期进行校准和维护。安装要求气体超声流量计的安装应遵循制造商的指南，确保测量管的正确安装和固定，以避免振动和温度变化对测量结果的影响。207.2表体7.2表体坚固耐用表体采用高强度材料制造，能够承受高压和恶劣环境，确保长期稳定运行。表体内置超声波传感器，能够精确测量天然气流量，保证计量准确性。精密测量表体设计简洁，方便进行日常检查和维护，降低运营成本。易于维护217.3超声换能器010203选择合适类型的超声换能器，考虑其频率、功率和声束角度等因素。确保超声换能器安装位置准确，以获得最佳的测量效果。遵循制造商的安装指南，确保换能器与管道壁之间有良好的声耦合。7.3超声换能器227.4电子部件功能转换器是气体超声流量计中的重要电子部件，负责将超声波信号转换为电信号进行处理。类型转换器通常包括模拟转换器和数字转换器两种类型，根据具体需求和测量精度进行选择。性能要求转换器应具有高精度、高稳定性和快速响应的特点，以确保测量结果的准确性和可靠性。7.4电子部件237.5流量计算机7.5流量计算机数据采集与处理流量计算机应具备实时采集气体超声流量计信号的能力，并能准确处理这些数据，提供瞬时流量、累积流量等关键参数。流量补偿与修正根据气体组分、温度、压力等实际工况，流量计算机应能对测量结果进行自动补偿和修正，以确保测量准确性。数据存储与通信流量计算机应能长期保存测量数据，并具备与上位机或其他智能设备进行数据通信的能力。248安装及维护要求检查设备确保气体超声流量计及其附件完好无损，符合设计要求。确定安装位置选择直管段、无涡街和震动的位置，保证测量准确度。准备安装工具备齐所需的安装工具和材料，如法兰、螺栓、密封垫片等。8安装及维护要求258.1安装影响因素管道直径确保流量计内径与管道直径相匹配，以减少流量测量的误差。管道内壁粗糙度内壁粗糙度会影响气体流动状态，进而影响测量精度。管道材质不同材质的管道对声波的传播特性有所不同，可能影响测量准确度。8.1安装影响因素268.2管道配置01长度要求为保证测量准确度，气体超声流量计上下游应有一定长度的直线管道。8.2管道配置02材质选择直线管道应选用与流量计相匹配的材质，以避免产生涡街信号干扰。03安装要求直线管道应水平安装，避免垂直安装导致气体中夹带的液滴或固体颗粒沉积在流量计内。278.3维护8.3维护过滤器清洁定期清洁过滤器，避免杂质进入流量计造成损坏或测量误差。连接线路检查检查所有连接线路，确保数据传输稳定可靠。传感器检查确认传感器是否损坏或污垢积累，确保测量准确性。030201289现场验证测试要求确保测试设备和工具齐全、准确，并进行校准。制定详细的测试计划和程序，包括测试时间、测试点选择、数据采集和处理方法等。确认气体超声流量计安装正确，符合规范要求。9现场验证测试要求299.1通则9.1通则气体超声流量计的安装应确保流量计安装在符合标准要求的管道上，并保证测量管内的气流稳定，避免涡街、振动等干扰。使用条件与限制流量计应在规定的温度和压力范围内使用，避免过高或过低的温度和压力对测量结果产生影响。安全防护与接地流量计应有良好的接地措施，防止雷电等外界干扰对设备造成损坏，并确保操作人员的人身安全。309.2测试内容及步骤030201确定测试方案根据实际需求，选择合适的测试方案，包括测试点的选取、测试时间的确定等。检查设备状态确认气体超声流量计及其附件是否完好无损，确保测量准确。设定测试参数根据测试方案，设定相应的测试参数，如流量范围、测量时间等。9.2测试内容及步骤319.3测试报告包括测试地点、时间、测试人员、使用的设备和工具等。测试基本信息详细记录测试过程中的操作步骤、遇到的问题及解决方法。测试过程记录对测试数据进行处理和分析，得出结论，判断气体超声流量计的性能是否符合标准要求。测试结果分析9.3测试报告3210流量计算方法及测量不确定度估算时差法通过测量超声波信号在天然气中顺流和逆流传播的时间差，结合管道的尺寸和超声波在气体中的声速，可以计算出天然气的平均流速，进而求得流量。10流量计算方法及测量不确定度估算多普勒法利用超声波的多普勒效应，通过测量反射或散射的超声波频率变化，来确定流体中散射体的速度，从而计算流量。这种方法适用于含有一定量杂质或气泡的天然气。相关法利用相关技术处理超声波信号，通过测量顺流和逆流信号之间的时间延迟，来计算流速和流量。这种方法对于流速变化较大的天然气测量具有较高的精度。3310.1流量计算方法10.1流量计算方法01基于超声波在流体中顺流和逆流传播时间差的测量原理，通过测量超声波在流体中传播的时间差来计算流速，进而得到流量。根据测量得到的流速和管道的截面积，通过速度面积法计算出天然气的瞬时流量。通过对瞬时流量的积分，可以得到天然气的累积流量，为天然气计量和贸易交接提供依据。0203时差法测量原理速度面积法计算流量累积流量计算3410.2流量测量不确定度估算测量设备的精度和稳定性气体组分和物性参数的变化10.2流量测量不确定度估算测量环境和操作条件的影响35附录A(资料性)气体超声流量计测量的基本原理123利用超声波在气体中传播速度与介质密度的关系通过测量超声波在气体中的传播时间差来计算流速结合管道截面积计算气体流量附录A(资料性)气体超声流量计测量的基本原理36附录B(资料性)流量计的实流校准附录B(资料性)流量计的实流校准安装与调试按照校准要求安装流量计及校准设备，并进行必要的调试和校准前的检查。准备校准设备选择适合的校准设备，如标准流量计、压力计、温度计等，并确保其准确性和可靠性。确定校准流量范围根据气体超声流量计的使用说明书和技术指标，确定需要进行校准的流量范围。37附录C(规范性)出厂测试要求温度测试时的环境温度应在产品说明书规定的范围内。湿度测试环境的相对湿度应在产品说明书规定的范围内。压力测试时的气体压力应稳定且符合产品说明书的规定。附录C(规范性)出厂测试要求38附录D(资料性)具备的文件附录D(资料性)具备的文件气体超声流量计的合格证明和使用说明书01天然气组分分析报告，包括甲烷、乙烷等关键成分的含量02流量计的安装、使用和维护记录，包括定期校准和检修情况0339附录E(资料性)声学噪声的产生及防治