(高清版)GBT 20728-2021 封闭管道中流体流量的测量 科里奥利流量计的选型、安装和使用指南

封闭管道中流体流量的测量国家标准化管理委员会国家市场监督管理总局发布国家标准化管理委员会封闭管道中流体流量的测量科里奥利流量计的选型、安装和使用指南中国标准出版社出版发行2021年8月第一版版权专有侵权必究I Ⅲ 12规范性引用文件 1 13.1本标准专用术语 1 3 33.4缩略语 5 54.1总则 54.2安装 64.3过程条件和流体特性的影响 74.4压力损失 9 94.6变送器(二次装置) 5检验和适应性 6质量流量测量 6.2质量流量测量 6.3影响质量流量测量的因素 6.4零点调整 6.5质量流量测量的校准 7密度测量 7.2工作原理 7.3流体的相对密度 7.4密度测量的不确定度 7.5影响密度测量的因素 7.6密度校准和调整 8测量条件下体积流量的测量 8.1总则 8.2体积计算 8.3过程流体为气体 8.4体积测量的不确定度 8.5特殊影响 GB/T20728—2021/ISO10790:8.6工厂校准 8.7体积检测 20附录A(资料性附录)校准技术 附录B(资料性附录)科里奥利流量计的选型安全指南 24附录C(资料性附录)多成分液体系统的考虑 26附录D(资料性附录)含无化学反应成分的可混溶液体 ⅢGB/T20728—2021/IS本标准代替GB/T20728—2006《封闭管道中流体流量的测量科里奥利流量计的选型、安装和使 -—删除了“附加测量”的内容(见2006年版的第8章);本标准使用翻译法等同采用ISO10790:2015《封闭管道中流体流量的测量科里奥利流量计的选——GB/T27759—2011流体流量测量不确定度评定程序(ISO5168:2005,IDT);——GB/T27025—2019检测和校准实验室能力的通用要求(ISO/IEC17025:2017,IDT);——JJF1001—2011通用GB/T20728—2021/ISO10790:——本标准于2006年12月首次发布，本次为第一次修订。1ISO5168流体流量测量不确定度评定程序(Measurementoffluidflow—Proceduresfortheevaluationofuncertainties)ISO/IEC17025检测和校准实验室能力的通用要求(GeneralrequirementsforthecompetenceofISO/IECGuide99:2007(JCGM200:2012)国际计量学词汇基础和通用概念及相关术语[In-ternationalvocabularyofmetrology—Basicandgeneralconceptsandassociatedt流量检测元件(一次装置)flowsensor(primarydevice)变送器(二次装置)transmitter(secondarydevice)2振动管oscillatingtube被测流体流过的管子。驱动系统drivesystem激励振动管振动的装置。检测装置sensingdevice检测科里奥利力效应并测量振动管振动频率的检测元件。支撑机构supportingstructure振动管的支架。流量检测元件和(或)变送器的环境防护装置。辅助安全壳secondarycontainment振动管破裂时提供环境防护的外壳。校准系数calibrationfactor(s)校准检测元件时取得的每个检测元件所特有的数值常数。零点偏移zerooffset流量为零状态下显示的流量。零点稳定性zerostability完成调零后，零流量下流量计输出的变化，由制造商以单位时间的质量的绝对值表示。管路压力下降到等于或者低于液体的汽化压力时产生的现象。如果压力恢复导致气泡溃裂(内向破裂),与闪蒸有关并在发生闪蒸后出现的现象。流过流量检测元件横截面的流体量与该量流经该截面所用时间之比。流体量用质量表示的流量。3体积流量volumeflowrate流体量用体积表示的流量。3.2引用VIM,ISO/IECGuide99(JCGM:2012)的定义相同的测量程序、相同的操作者、相同的测量系统、相同的操作条件和相同地点一或相类似被测对象重复测量的一组测量条件。根据所用到的信息，表征赋予被测量量值分散性的非负参数。测得的量值减去参考量值。校准calibration规定条件下的一组操作，其第一步是确定由测量标准提供的量值与相应示值之间的关系，第二步则是用此信息确定由示值获得测量结果的关系，这里测量标准提供的量值与相应示值都具有测量不确定度。3.3符号本标准使用的符号见表1。表1本标准使用的符号说明国际单位V4表1(续)说明国际单位MM单位长度振动管受到的科里奥利力pP无量纲入口总科里奥利力出口总科里奥利力科里奥利力正弦函数(位移、速度或加速度)m,m/s,或m/s²正弦函数(位移、速度或加速度)m,m/s,或m/s²正弦函数(位移、速度或加速度)L.LT-或LT-2时间延迟Ts无量纲w角速度7LmLmTCmMM总质量(一段时间内)MMVV总体积(一段时间内)无量纲TTs无量纲时间窗口(门)TsU5表1(续)说明国际单位无量纲无量纲无量纲无量纲本标准使用的缩略语见表2。说明厘池(运动黏度)1cSt=1mm²/s公称尺寸(用mm表示)相对密度(比重)6a)安装科里奥利流量计所需的空间，包括需要现场校准时连接外部校准装置或标准流量计所需a)机械方法(用清管器或超声波装置);7要为某一特定应用确定最适用的科里奥利流量计，重点是确定科里奥利流量计的工作条件范围。e)足以防止闪蒸和空化的液体压力；8GB/T20728—2021/ISO10790:制系统或气体分离器设备)。罐内液位控制系统和气体分离器这些设备的安装，不在本标准的范围动管的进口和出口部分之间气体含量不平衡，就可在更高的气体体积分数和更低的测量不确定度下奥利流量计。在此情况下科里奥利流量计的误差特性并不明确，充满科里奥利流量计的时间宜尽可科里奥利流量计一般能在脉动流状态下工作，除非有往复式泵靠近计量系统导致脉动相当严重。测元件的振动管在启动时瞬间停止振动。如果对测量黏度变化较大的流体有9量计检测元件的结构材料宜选择能与过程流体和清洗液相容的材料。特别宜注a)外壳内的压力可能会超出设计极限；有关辅助压力安全壳的指南参见附录B。GB/T20728—2021/ISO10790:4.6变送器(二次装置)科里奥利流量计是多变量流量计，可以在过程的一个点提供各种测量数据断功能可以用来指示有关过程或系统条件的更详细的信息。用户宜咨询制造商以了解诊断功能的可b)符合性证书(电气区域分类);6质量流量测量6.1设备科里奥利流量计的工作原理是当旋转体中的一个质点朝旋转中心或相反方向作相对运动时会产生惯性力。这个惯性力被称为科里奥利力，其原理如图1所示。图1振动管内科里奥利力的原理一个质量为δm:的流动质点以恒速v在振动管tb中流动，振动管在固定点P一定距离r外以角速度w旋转。质点得到一个加速度，此加速度可分成两部分：a)方向指向P,等于rw²的径向加速度(向心加速度)a,;b)角度与ar垂直，方向如图1所示，等于2vw的横向加速度(科里奥利加速度)a。为了使质点获得科里奥利加速度a,在a,方向上需要有一个大小为2wvồm:的力。振动管将这个力施加到质点上，质点产生一个相等的反作用力，称为科里奥利力δFc,其定义如下： (1)当密度为p的流动质点以恒速v沿着如图1所示的振动管流动时，振动管任何一段长度δx受到一个大小如式(2)所示的横向科里奥利力。 (2)因为质量流量qm可以用式(3)表示：所以横向科里奥利力δFc可以用式(4)表示：在商用科里奥利流量计中，不使用直接测量振动管中科里奥利力的方法。相反，通常通过振动管进行测量，因为振动包含某种形式的旋转运动。基于振动原理的典型操作如图2所示。图2a)中，振动管在入口和出口位置有支撑，它的形状可以是弯曲的，也可以是直的。振动驱动机构通常布置在中间，振动管受连续正弦运动的激励。例如，在驱动位置，流体质点δm的运动和振动管理想情况下，当没有流体流过时，入口和出口部分的正弦运动，sinA和sing是同相的，如图2b)当流体流动时，由于流体速度v及入口和出口流体质点的旋转分量w,在入口和出口部分产生科里奥利力。然而，由于入口和出口流体质点的旋转分量如图2a)所示是反向的，因而入口和出口部分由此产生如图2c)所示。质量流量与式(5)给出的两个正弦信号之间的时间延迟ta成正比：qm=KR·ta 式中，Kk是个常数，是参比条件下的主要流量校准系数。宜注意的是，在图2c)中，为了便于说明的目的，在正弦信号的峰值处测量时间延迟可以在两个正弦信号的任何点测量。因此，不同的制造商可以采用不同的技术来测量这个时间延迟。理想情况下，当没有流体流动时，入口和出口部分的正弦运动，sinA和sing,如图2b)所示是同相的。需要注意的是，正弦运动的形式可以是位移、速度、加速度或形变，可以通过各种方式检测里奥利流量计通常使用磁铁/线圈传感器检测速度。图2科里奥利流量计测量质量流量的工作原理科里奥利流量计是一种由流量检测元件和变送器组成的机电系统。科里奥利流量计的检测元件是主要机械部件，而变送器则提供控制和信号处理。内部测量组件中包含一个或多个振动管，振动管可以是弯曲的，也可以是直的。在大多数科里奥利流量计中，振动管固定在入口和出口两点之间，并且在两点之间的中间位置振动。振动通常是用线圈和磁铁以电磁激发的。流量检测元件中还包含运动检测装置，用来检测入口和出口部分的运动。支撑结构通常包括提供保护的检测元件外壳或辅助安全壳。它还包括连接到用户管道的过程误差[质量流量测量的百分数/%]GB/T20728—2021/ISO10790:误差[质量流量测量的百分数/%]信区间通常假定为95%。评估测量不确定度需要包括规定条件下的所有合理影响因素，不仅包括流量图3所示。质量流量[满量程的百分数/%]GB/T20728—2021/ISO10790:质量流量[满量程的百分数/%]宜注意确保科里奥利流量计中不存留气泡和冷凝液滴(见4.2.4)。在这种情况下宜特别注意进行GB/T20728—2021/ISO10790:某些结构的科里奥利流量计安装完毕后可能需要调整零点，以消除6.3所述的影响。这可以参考证书。校准实验室宜通过ISO/IEC17025试验室认可。通过此程序确定的校准系数宜永久标记在检相对照。可溯源标准装置的不确定度宜至少优于被测科里奥利流量计不确定度的1/3。工厂校准通常用水做试验介质。开始校准之前宜检查流量计的零点(见6.4)。科里奥利流量计可能需要在校准装置上进行零点调整，在最终安装后需要再次7密度测量7.2工作原理科里奥利流量计通常在谐振频率上工作。对于一个谐振系统来说，此频率fr=(1/2π)(C/m)1/2 (6)其中且m₄=pr·V…………(8)pi={C/[V₄(2πfa)²]}-mpr=K₁+K₂/fr²…………(9)注：K₁和K₂受温度影响，通常通过整体温度测量加以补偿。式(9)中的频率f通过测量振动管的振动周期T₁,或者通过计算某一时间窗口tw内的循环次数fr=1/T,或fr=Nc/tw…………(10)7.3流体的相对密度GB/T20728—2021/ISO10790:与质量流量测量的不确定度(见6.2)类似，制造商还规定了密度测量的不确定度，其中包括线性度、重复性和回差的综合影响。密度测量的不确定度一般用单位体积质量的绝对值表示(即g/cm³或制造商通常会给出规定参比条件下的不确定度。参比条件宜包括温度和压力范围。除参比条件的校准实验室宜通过ISO/IEC17028.1总则V——测量条件下的总体积；只要是可以测量质量和密度的科里奥利流量计，式(12)可直接编入变送器软件(见第6章和第7章)。事实上，上式中的质量部分在测量时是随时间变化的(质量流量),因此，计算的体积也随时间 (13)科里奥利流量计可以将计算出的体积流量作为输出信号。计算出的体积流量也可以根据时间求生综合影响。有关过程条件变化对质量流量和密度测量的特殊影响见第6章和第7章。如果将科里奥利流量计的体积输出与参比体积标准进行比较，则无GB/T20728—2021/ISO10790:在用科里奥利流量计测量体积之前，宜首先按照第6章和第7章的建议校准质量流量和密度这两a)类型1:标准校准校准细节由制造商规不确定度，也可以采用体积法。不确定度的计算宜按照ISO5168进行。科里奥利流量计测量的是质a)动态(快速)启/停法在流体保持稳定流量的状态下开始和结束数据采集。变送器信号处理时间可能会导致输出延迟。当采用测量少量液体的动态法时，以解决开始和结束运行时流量变化所带来的误差。变送器信号处理时间可能会导致输出延迟。因而甚至在阀门关闭以及流动停止后，科里奥利流量计的电子装置可能继续指示流量。GB/T20728—2021/ISO10790:e)选择的试验流量涵盖科里奥利流量计的工作流量范围。A.4.1零点调整A.4.2流量稳定性在整个校准过程中温度变化也要保持在5℃范围内。试验装置内的流体宜保持足够高的压力，以避免A.4.5安装2)校准数据按日期顺序排列；GB/T20728—2021/ISO10790:当科里奥利流量计用于测量可燃或有毒物质由于科里奥利流量计有薄壁振动管，所以通常认为薄壁振动管容易受应力疲劳的影响导致损坏。B.1.2流速a)振动管的设计规范，通常是ANSI/ASMEB31.3(或者公认的等效标准，如AD-Merkblatter,Druckbehälterverordnung/德国或者KB.2辅助安全壳GB/T20728—2021/ISO10790:B.2.2设计完整性除了提供设计计算方法证明安全壳的适用性外，制造商可能需要对完成装配的安全壳进行试验。a)安全壳最大持续负载压力>过程释放压力；b)安全壳爆裂压力>装置设计压力。限且是偶然发生的。因此，科里奥利流量计安(资料性附录)多成分液体系统的考虑C.1总则科里奥利流量计测量的密度是振动管内过程流体复合密度的函数。如果流体包含两种成分，并且已知每种成分的密度，就可以确定每种成分的质量或体积分数。通过(独立的)质量流量和密度(或浓度)测量相结合，也能计算出双成分混合物的每一种成分的净质量流量。净流量测量仅限于双成分系统，例如油和水，可用于各种应用场合。例悬浮液、糖分测量以及其他双成分系统中每一种成分的流量，都可以用科里奥利流量计来确定。科里奥利流量计理论上可测量多成分流体包括两相系统的平均密度。对于悬浮液(液体中带固体)来说基本可行。但由于检测元件结构的影响，液体流中的气相或者气体流中的液体就很难进行测量。C.2不混溶混合物不混溶液体是一种含有两种不混合成分的液体。总体积是测量条件下单个体积的总和。当两种成分不混溶时，无论是两种不混溶液体还是一种液体和一种固体，密度和浓度之间的关系只能用式(C.1)和式(C.2)来确定。这类混合物的例子有淀粉和水、沙和水、油和水。C.2.2质量分数式(C.1)和式(C.2)分别描述了成分A和成分B之间的关系，质量分数w以百分数表示。WA=100{[pA(pms一pB)]/[pms(pa—pB)]}……(C.1)wp=100{[ps(pA-pms)]/Lpms(pA-pB)]}………………式中：WA、wp——混合物中成分A和成分B各自的质量分数；PA、pB——成分A和成分B各自的密度；C.2.3体积分数式(C.3)和式(C.4)描述了成分A和成分B之间的关系，体积分数φ以百分数表示。9A=100(pms—pg)/(pʌ一pB)………9B=100(pA—Pms)/(pA一PB)……(