【国家标准(GB)】 用标准孔板流量计测量天然气流量

ICS75.180.30
中华人民共和国国家标准
GB/T21446-—2008
用标准孔板流量计测量天然气流量Measurement of natural gas flowby means of standard orificemeter2008-02-13发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局数码防伪
中国国家标准化管理委员会
2008-08-01实施
规范性引用文件
3量、术语和定义…·
3.2术语和定义
4测量的一般要求
节流装置
气流条件
标准参比条件
安装要求
直管段条件
直管段长度及布置要求
流动调整器
孔板夹持器的安装
装配和垫片.
参数测量和信号引线
孔板的结构形式和技术要求
6.2孔板夹持器
检验要求
节流装置的几何检验
系数检定和在线校准·
天然气流量测量原理和计算方法，8.1
测量原理
测量使用范围
天然气流量计算方法
天然气流量计算和系数参数确定8.4
8.5取值方法和数据修约·
8.6孔板流量计计量系统
9天然气流量测量的不确定度估算…9.1不确定度定义
9.2不确定度的实际估算
附录A（规范性附录）天然气主要物理参数确定和流量计算常用表A1主要物理参数确定
天然气流量计算常用表
附录B（资料性附录）
流动调整器性能测
GB/T21446-2008
GB/T21446-2008
标准装置的评定测试要求
流动调整器性能测试和评价
附录C（资料性附录）参数测量及信号引线C.1
测量仪表选用规定
温度测量安装规定
压力及差压测量规定
取压孔设置规定
导压管规定
差压信号管路的安装
附录D（资料性附录）节流装置在使用中出现部分偏离标准规定的处理D.1
孔板开孔直角人口边缘尖锐度受磨蚀的处理测量管内壁粗糙度受磨蚀的处理管道内壁粗糙度的流体实验确定附录E（资料性附录）天然气孔板流量计计量系统的在线校准E.1
在线校准
在线校准用标准流量计装置
在线校准系数M
在线校准的不确定度估算
附录F（资料性附录）天然气流量计算和设计计算实例天然气流量计算实例
孔板开孔直径设计计算实例
差压量程设计计算实例
不确定度估算
附录G（资料性附录）
送代计算格式
天然气流量计算和设计计算程序框图计算机计算程序框图
附录H（资料性附录）天然气流量计算机系统基本技术要求H.1
流量计算机系统运用的一般原则流量计算机系统构成
流量计算机系统基本技术要求
流量计算机系统的不确定度
节流装置的组成和安装示意图
β-0.6直通径阀门全开安装平面图安装示例·
19管束流动调整器
单独弯头下游安装19管束流动调整器实例Zanker整流板
标准孔板
孔板平直度测量
图9法兰取压孔板夹持器
角接取压孔板夹持器
雪夫隆旋流器
取压孔位置图
差压仪表装在节流装置上方（无腐蚀介质）差压仪表装在节流装置下方（无腐蚀介质）差压仪表装在节流装置上方（含腐蚀介质）差压仪表装在节流装置下方（含腐蚀介质）流量计算程序框图
孔板开孔直径计算程序框图
差压量程计算程序框图
量和单位的名称及符号
GB/T21446—2008
表2孔板与阻流件之间所允许的直管段长度（无流动调整器，数值以管内径1D的倍数表示）表3孔板与19管束流动调整器之间所允许的直管段长度（阻流件与孔板的距离为Lz，数值以管内径D的倍数表示
孔径、管内径、直径比和雷诺数限值表表510*Ra/D的最大值
10°Ra/D的最小值
系数参数最少有效数字位数取值表表A1
流出系数C值表
用GB/T17747.2计算的超压缩系数Fz值表（以附录F天然气组分为例）19
用AGANX-19计算的超压缩系数Fz值表（以G.-0.600：X=0%：X，一0%为例）53天然气常用组分的摩尔质量、摩尔发热量、求和因子和压缩因子表金属材料（20℃~100℃）的线膨胀系数值表不同压力和温度下甲烷动力黏度值表不同压力和温度下甲烷及c值表
钢管内壁等效绝对粗糙度K值表
常用隔离液种类及其性质表
导压管长度和内径表
bk与rk/d的关系
标准孔板Y值表
天然气的组分
天然气流量计算顺序和有效数字位数取值表流量达代计算和能量计算格式
孔板开孔直径送代计算格式
差压量程选代计算格式
GB/T21446-2008
本标准参考ISO5167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1，2部分2003年英文版），同时参考AVS1/API2530/AGAReportNo.3（第1、3、4部分为1990~-1992年第3版，第2部分为2000年4刀第4版）天然气流体计量同心直角边孔板流量计（英文版）。本标准的适用范围、测量的一般要求，孔板的结构形式与技术要求、安装要求以及流出系数和不确定度估算内容符合ISO5167第1、2部分的规定。本标准与ISO5167的主要差异如下：本标准名称改为用标准孔板流量计测量天然气流量》；一本标准节流件只采用标准孔板，取压方式只采用法兰取压和角接取压；一涉及到天然气流量计量特点则参考AGANo.3报告有关资料，并结合国内的实践经验和有关国家标准进行编写，增加了天然气流量测量原理和方法，一根据天然气流量计量特点，增加了流量和能量的计算实用公式及其计算范例、孔板流量计计量系统的在线校准、检验要求、流量计算机系统基本技术要求、参数测量及信号引线、节流装置在使用中出现部分偏离标准规定的处理等内容根据ANSI/API2530/AGAReportNo.3第2部分的技术要求在本标准的表2中增加了其他何阻流件（所有种类）的直管段长度规定，在5.2.2.4、5.4.3.6、5.6.4、6.1.2.2、6.1.7.2的规定中分别采纳了第2部分2.5.1.3、2.6.5、2.5.1.4,2.4.1、2.4.3部分较严的技术指标，木标准的附录A是规范性附录，本标准的附录B、附录C、附录D、降录E、附录F、附录和附录H都是资料性附录
本标准由中国石油天然气集团公司提出。本标雅由石油工业油气计量及分析方法专业标准化技术委员会归口。本标准负责起草单位：中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司（四石油勘察设计研究院）。
本标准参加起草单位：中国石油西南油气田分公司、石油工业天然气流量计量站北京博思达仪器仪表有限公司、成都金陵阀门有限责任公司。本标准主要起草人：黄和、宋德琦、游明定、张福元、文代龙、张维臣、魏廉敦、段继芹、李万俊、王京安、李正东、罗明强、赖忠泽。1、范围
用标准孔板流量计测量天然气流量GB/T21446—2008
本标准规定了标准孔板的结构形式，技术要求：节流装置的取压方式、使用方法、安装和操作条件、检验要求：天然气在标准参比条件下体积流量和能量流量质量流量以及测量不确定度的计算方法。同时还给出了计算流量及其有关不确定度等方面的必需资料。本标准适用于取压方式为法三取压和角接取压的节流装置，用标准孔板对气田或油田采出的以甲烷为主要成分的混合气体的流量测量本标准不适用于孔板/小于12.5mm，测量管内径小于50mm种大于1000mm，直径比小于0.1和大于0.75，管小于5000的场合。标准不强调更新已建计量系统。如果计量系统不量完应满足本标准费求
对改建或新建的
流动条件和游直背段不相适应·稳可能存在计量系统附加误差。
满足本标准要求，由
规范性引用文件
下列文件中自
有的修改单（不包
究是否使用这些
60079-0.1998)
GB/T8170
GB/T11062
GB/T15464
通过在标准中的用而成为本标准的条款乱是注日期的引用文件，其随后所误的内容）或修订版均不适用手本标准，然面，支励根据本标准达成协议的各方研最新版本。
不活自期的引用文件，
版本适用于本标准。
其最新
性气体环境用电气设备第1部分：通用要求（GB3836.12000.eqVIEC数值修约规则
GB/T17747(房
GB/T18603-
JJG640-1994
JJF1059—1999
量、术语和定义
天然气发热量、密度、相对密度利沃泊指数的计算方法（neg1sO6976：1995）表包装通用技
仪器仪量
天然气压籍因于的计算15012913（所有部分）分）
天然气计量系统技术要动
流量量
定度评定与表示
本标准所用量和单位的名称及符号见表1量和单位的名称及符号
量的符号
流出系数
量的名称
操作条件孔板开孔直径
操作条件上游测量管内径
渐近速度系数
相对密度系数
流动温度系数
单位符号
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量的符号
超压缩系数
量的名称
粗糙度算术平均偏差
质量流量
体积流量
能量流量
标准参比条件质量发热量
标准参比条件体积发热量
管径（或孔径）雷诺数
气流热力学温度
气流摄氏温度
压缩因子
流动调整器的压力损失
直径比βd/D
可膨胀性系数
气体动力黏度
等嫡指数
气体密度
表1（续）
ML-'T-
ML-1T-2
ML-IT-
注1：在“量纲\栏中，长度、质量、时间和热力学温度的量纲，分别用L、M、T和表示。单位符号
注2：下标「代表在操作条件下的参数，下标n代表在标准参比条件下的参数，下标1代表有关上游取压孔平面上的参数，下标2代表有关下游取压孔平面上的参数。3.2术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。3.2.1
标准孔板
standard orifice plate
标准孔板（简称孔板）是由机械加工获得的一块圆形穿孔的薄板。它的节流孔圆筒形柱面与孔板上游端面垂直，其边缘是尖锐的，孔板厚与孔板直径相比是比较小的。它应在本标准规定范围所提供的数据和要求进行设计、制造、安装和使用。3.2.2
孔板夹持器
orificeplateholder
孔板夹持器是用来输出孔板产生的静压力差并安置和定位孔板的带压管路组件。3.2.3
测量管
metertube
测量管是指孔板上下游所规定直管段长度的一部分，各横截面面积相等、形状相同、轴线重合且临近孔板·按技术指标进行特殊加工的一段直管。2
节流装置throttlingdeyice
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使管道中流动的流体产生静压力差的一套装置。整套节流装置由标准孔板取压装置和上下游直管段所组成。
标准孔板流量计standard orificeplatemeter标准孔板流量计由节流装置、信号引线和二次仪表系统所组成，3.2.6
直径比
diameterratio
孔板开孔直径与上游测量管内径之比。3.2.7
取压孔
pressuretap
取压孔是指在孔板夹持器上沿径向加工出的一个圆孔，其内边缘是光滑的并且无毛刺，3.2.8
差压differential pressure
“差压”这个术语仅适用于本标准中所规定的在上下游取压孔位置上所取得的静压力之差3.2.9
静压staticpressure
静压是指在上、下游其中一个取压孔上所测量的流动气体的绝对压力。绝对压力可以通过直接测量，也可以由测量的表压加上当地的大气压得到。3.2.10
discharge coefficient
流出系数
流出系数为通过节流装置的实际流量值与理论流量值之比并将它应用到理论流量方程中以获得实际的流量。对不可压缩流体由式（1)）确定：C=4mV1-F
在一定的安装条件下，对于给定的节流装置，该值仅与雷诺数有关。只要节流装置儿何相似，并且在相同雷诺数的条件下，则C的数值是相同的。本标准以实验所确定的数值为依据，给出了求流出系数C的方程式。3.2.11
tapprochvelocitycoefficient
渐近速度系数
渐近速度系数E是一个数学表达式，它描述了在节流装置渐近段（上游测量管）的流速到孔板开孔处的流速之间的关系，并由式（2)确定。E
在流量方程推导中定义：
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α称为流量系数.它是直径比B和管径雷诺数Re的函数。流出系数与流量系数的关系见式（3)：C
可膨胀性系数
expensibilityfactor
可膨胀性系数是一个经验表达式，用以修正天然气通过孔板时因密度的变化而引起的流量变化对给定的节流装置利用可压缩流体（气体）进行标定时由式（4）求得C值，该值取决于雷诺数、差压和气体等痛指数。式中流出系数C为相同雷详数住改体中直换标定而确定的数值。4gm1-B
因此，可膨胀性系数是由式
当流体是不可压缩流
本时·等于
实验表明，e与雷诺
数，本标准给出了计算
个系数：
4gmV1-Bl
新流体是可品
靠体时小于
细值经比时：
对于给是的苦流装置在
值的经验方程武
箐径（或孔径）雷诺
pipe or orifice Reynolds munbSwww.bzxz.net
Rep(或Reu)
表征流体惯性力
管道内径D或孔板孔
万之比的无
等滴指数
isentpro
在可逆绝热（等摘）转锁
其温度和压力的变化而变化
ponent
为了计算天然气流量，在不
4测量的一般要求
4.1节流装置
（5）
只取决于差压、等压和等焰指
钢参数。本标准所用的雷培数是以气体上游条件参数和上游
....（6
它随气体的组成以及随
可以将比热容比代替等指数
节流装置应按照本标准的规定制造、安使用
应对节流装置进行定期检查·使其与本标准保持一致。应注意即使是净化后的大然气，由于含4.1.2
有微量粉尘和液体微粒，也可能在孔板表面上形成沉淀和积垢，经过一段时间会产生流出系数的波动或改变，因面可能导致其值超出本标准所给出的不确定度范围，4.1.3节流装置应采用已知膨胀系效的材料制造，除非使用者确认由于温度变化而引起的寸变化可以忽略不计的情况例外。
4.2气流条件
4.2.1气流通过节流装置的流动应是保持亚音速的，稳定的或仅随时间缓慢变化的。本标准不适用于脉动流的流量测量。
4.2.2气流应是均匀单相的牛顿流体。若气体含有质量分数不超过2%的固体或液体微粒，且成均匀分散状态，也可以认为是均匀单相的牛顿流体。GB/T21446-2008
4.2.3气流流经孔板以前，其流束应与管道轴线平行，气流流动应为充分发展紊流且无旋涡，管道横截面所有点上的旋涡角小于2°，即认为无旋涡。4.2.4为进行流量测量，应保持孔板下游侧静压力与上游侧静压力之比等于或大于0.75。4.2.5可接受的速度剖面条件为：横截面上同一径向位置上的轴向局部流速与轴向最大流速的比值与很长直管段（超过100D）后管道横截面上之流速比值在5%之内一致。4.3标准参比条件
本标准规定天然气体积流量计量的标准参比条件和发热量测量的燃烧标准参比条件均为绝对压力P等于101.325kPa和热力学温度T.等于293.15K。也可来用合同压力和合同温度作为参比条件。5安装要求
5.1总则
5.1.1本标准规定的
置见图！
两段具
5.1.2节流装置应
外，无本标准规定
或流动调整器后
有等直轻的国开
心的障碍和连
接支管直管
横截面的直管段之间，在此中间，除了取压孔、测温孔旺邻孔板的土源
10D(为上游测量管内径，下同）4D的直管部分需机加
工，并符合本标准规定：
所要求的最短直管段长度随阻流件的报式和直5.1.3符合上
比而异，并随是查安装流动调整器而不同，见5.3。
上游侧第
上游侧第
孔板和孔板爽
差压信号管路：
下游侧第一阻流件
孔板前后测量管：
第一阻流件与第二阻流件间的直管段；孔板上游的直管段；
孔板下游的直管段。
图1节流装置的组成和安装示意图5.2直管段条件
5.2.1直管段直度
节流装置用的直管段应该是直的。当与管道直线的偏移不超过其长度的0.4%时，则认为管道是直的，通常情况下只需目测检验。上下游直管段上管段对接引起管道直线的偏差也应不超过其长度的0.4%。
5.2.2直管段圆度和直径
5.2.2.1直管段圆度在孔板上下游侧距取压孔沿测量管轴向长度上各为0.5D的范围内，应实测。实5
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测结果，其测量管内圆柱表面圆度公差应满足5.2.2.2、5.2.2.3和5.2.2.4要求。5.2.2.2在离取压孔（装有夹紧环时，应在夹紧环前缘）0D、0.5D及0D至0.5D之间的上游直管段上取三个与管道轴线垂直的横截面，如果有焊缝第三横截面应位于焊缝上。在每个截面上，以大致相等的角距取4个内径的单测值，共得12个单测值，求算术平均值为其实际直径值。任一单测值与平均值比较，其偏差的绝对值不得超过0，3%。5.2.2.3在离孔板上游端面的上游直管段上，在2D至10D长度范围内，管道内径与按5,2.2.2测得的内径平均值之差的绝对值不得超过内径平均值的0.3%。5.2.2.4在离孔板上游端面2D长度的下游直管段上，管道内径与上游直管段的内径平均值之差的绝对值应不超过内径平均值的0.5%，可通过检测下游直管段一个直径的方法判断。5.2.2.5在所要求的最短直管段长度范围内，管道横截面应该是圆的。邻近孔板2D范围内按5.2.2.2作特殊检验，2D至10D在现场用量具作常规检验.10D外作一般检验，一般检验只要目测检验表明管子外部是圆的，就可认为横截面是圆的5.2.2.6安装在孔板与其上游第一个阻流件之间的上游直管段，可由一种或多种截面的管段组成，用配对法兰口径配对连接。只要任一横截面的直径与D之差△D的绝对值或台阶h满足在10D之内不超过0.3%，在10D之外不超过2%的圆度要求，则流出系数无附加不确定度。5.2.2.7如果任一横截面的直径与D之差△D的绝对值或台阶h超过5.2.2.6规定的极限值，但符合式（7）并小于0.05要求时，则流出系数的不确定度应算术相加0.2%附加不确定度。AD或h)<0.002
[(S/D)+0.4
L0.1+2.33
S一上游取压孔或夹紧环到直管段横截面变化处或台阶的距离β实测孔板开孔直径与上游测量管内径之比，即β-d/D7
5.2.2.8如果任一横截面的直径与D之差的绝对值或台阶不符合式（7）和等于天于0.05的极限值，则认为不符合本标准。
5.2.3直管段内壁粗糙度
直管段内部应保持清洁，除掉污垢，管道内壁上的腐蚀硬皮也应除掉。直管段内表面粗糙度算术平均偏差Ra应在与用于确定和检验测量管内径相同的轴向位置上进行至少4次的测量确定，在测Ra时，应采用测量上限值不小于0.75mm的电子平均表面粗糙度测试仪或其他类型的表面粗糙度测试仪。粗糙度随每次测量和检验节流装置之后所经过的时间而变化，在制定测量和清洗测量管周期以及检验Ra值时应考虑这种变化。当K为莫氏（Moody）图上给出的等效绝对粗糙度时，可通过假定Ra等于K/元来获得Ra的大约值。不同材料的K值也可从参考文献所列各种表中获得，附录A表A.7给出了常用钢管内壁的K值。K值还可用流体实验确定。
在孔板上游侧至少10D和下游侧至少4D的长度范围内的直管段部分（测量管）的内表面，其粗糙度限值应符合8.2.2的规定。
5.3直管段长度及布置要求
5.3.1表2列出了各种阻流件要求的最短直管段长度，但在孔板上游安装流动调整器时可以缩短（见5.4）。对于其他任何阻流件（特别是汇管），推荐在阻流件的下游设置流动调整器，以缩短直管段长度，5.3.2当所用直管段等于或比表2的规定值长时，则符合本标准。5.3.3当上游或下游直管段短于表2的规定值时，需采用加装流动调整器或在线校准措施5.3.4在进行流量测量时，表2所示阀门应为全开。孔板上游的截断阀应设为全开直通径球阀或闸6
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阀，该阀门应配备限位器以便指示开启位置，其公称直径与上游管道相同，与相连管道内径可以不同。5.3.5在节流装置中，测量管内径与相邻管道系统内径相匹配的上游阀门·设计成全开状态，直径差和台阶不大于5.2.2.6及5.2.2.7所允许的规定值，可被认为是直管段长度的一部分，但在测量流量时，阀门应完全打开，其他阀门不应直接安装在孔板的上游（如调节阀），需要时用孔板下游阀实现流量控制和调节。
5.3.6表2所列值是在该阻流件上游有一段相当长的直管段进行实验确定的，因此阻流件上游的速度分布被认为是充分发展的，并且无漩涡。实际上，这些条件很难达到，以下布置可作为标准安装方法的指南。
如果表2所列的几种类型阻流件包括由弯头组合被看作一个单独的阻流件，串联排列在孔板a)
上游时，应采用下列布置：
1）孔板上游阻流件1与孔板之间应有一段直管段么，至少要等于表2中给出的最短长度，以便确定适合连接阻流件1的直径比。2）
阻流件1与离孔板稍远的另一阻流件（阻流件2）之间应设置直管段可按阻流件2管径及类型和直径比β为0.67（不论实际β为多少），取表2中所列数值的一半3）
如果上游直管段有一直通径阀门位于阻流件（如渐扩管）之后，则阀门可以安装在阻流件的出口上。阀门与孔板之间的长度为第二阻流件要求的长度2。和第一阻流件要求的长度4之和，参见图2。应注意：应满足5.3.6b)的要求。除满足a）中规定外，任何阻流件或将两个连续的弯头作为单独阻流件安装在孔板上游，应距b)
孔板有一定距离·此距离至少应满足孔板处管径和该阻流件与表2中相同直径比的孔板和阻流件所要求的距离一样，不管该阻流件与孔板之间的阻流件类型，均应满足孔板与任何阻流件或弯头组合体所要求的距离。孔板与阻流件之间的距离是沿着管道中心轴测得的。推荐将流动调整器安装在孔板上游与汇气管的下游之间，因为当汇气管的横截面积大约等于C
1.5倍操作流量计量管道的横截面积时，一直存在速度剖面变形和出现涡流的高度可能性。当距孔板第二远（或更远）的阻流件是弯头组合体时，则按表2布置，弯头之间的距离按弯头自身直径倍数来计算，且应满足与孔板之间的距离要求。5.3.7以5.3.6a）和b）应用的三种情况作为例子，在每种情况下，第二阻流件是两个在垂直平面上的弯头（两弯头之间的距离是弯头直径的10倍，孔板的直径比为0.4）。如果第一阻流件是一全开直通径球阀[见图3a），则该阀门与孔板之间的距离至少应为12D（见表2），垂直平面上两弯头与阀门之间的距离至少应为22D见5.3.6a）：垂直平面上两个弯头与孔板之间的距离至少应为44D[见5.3.6b）]。如果阀门的长度为1D.则需要增加9D的长度，增加的长度可以在阀门的上游或下游，或阀门的部分上游和部分下游。还可按5.3.6a）3)的要求将阀门移至垂直平面上两弯头的附近，但应满足垂直平面上两弯头到孔板的距离至少有44D[见图3b)]。
b)如果第一阻流件是长度为2D.管内径从2D渐进变化为D的渐缩管[见图3e)丁则渐缩管与孔板之间的距离至少为5D（见表2），垂直平面两弯头与渐缩管之间的距离至少为22×2D［见5.3.6a)]：垂直平面上两弯头与孔板之间的距离至少为44D[见5.3.6b.因此不要求增加长度。
如果第一阻流件是长度为2D.管内径从0.5D渐进变化为D的渐扩管[见图3d)].则渐扩管与孔板之间的距离至少为12D（见表2），垂直平面两弯头和渐扩管之间的距离应至少为22×0.5D见5.3.6a)；垂直平面上两弯头与孔板之间的距离至少为44DL见5.3.6b)1。所以要求增加19D的长度，增加的长度可以在渐扩管的上游或下游，或者渐扩管的部分上游和部分下游。
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