【国家标准(GB)】 城镇人工煤气主管道流量测量 第1部分:采用标准孔板节流装置的方法

GB/T18215.1—2000
随着城镇人工煤气迅速发展，制定符合我国国情的城镇人工煤气主管道中煤气的流量测量标准是现有燃气行业急待解决的问题，也是深化改革、改善企业管理的迫切需求。本标准中的标准孔板节流装置的主要技术要求等同于国际标准ISO5167-1：1991《用差压装置测量流体流量第一部分：安装在充满流体的圆形截面管道中的孔板、喷嘴和文丘里管》及引用GB/T2624—1993《流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量》。本标准的附录A、附录B、附录C是标准的附录，本标准的附录D、附录E、附录F和附录G是提示的附录。
本标准由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会提出并归口。本标准主要起草单位：上海工业自动化仪表研究所、中国计量科学研究院、上海市煤气公司、北京博思达仪器仪表有限公司，参加的单位有中国市政工程华北设计研究院、冶金工业部鞍山焦化耐火材料设计研究院、北京市煤气热力工程设计院、北京市煤气公司、沈阳市煤气公司、徐州市煤气公司、河北宣化煤气公司、厦门市煤气公司、北京炼焦化学厂、石家庄焦化厂、上海西派埃自动化工程有限公司、天津新科成套仪表有限公司、辽宁省朝阳市煤气公司。本标准主要起草人：邵瑞华、翟秀贞、罗元海、王京安。I
1范围
中华人民共和国国家标准
城镇人工煤气主管道流量测量
第1部分：采用标准孔板节流装置的方法Flow measurement of city manufactured gas in main pipesPart 1:Method using standard orifice plate throttling deviceiiKAoNhiKAca-
GB/T18215.1—2000
本标准规定了城镇人工煤气主管道流量测量中以多管并联标准孔板节流装置（包括可换孔板节流装置)为原理的差压式流量计的流量计算、测量系统的构成、技术要求与安装要求、人工煤气的物理性质及计算公式，以及测量系统的检验规则和流量测量的不确定度等内容。本标准中规定的流量测量方法和系统适用于圆管的人工煤气的流量测量。2引用标准
下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB/T2624一1993流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量GB/T12207—1990城市燃气相对密度测定方法GB/T13612—1992人工煤气
JB/T2274—1991流量显示仪表
JJG640—1994差压式流量计检定规程3定义和符号
3.1定义
本标准采用下列定义。
3.1.1（城镇）人工煤气（city）manufacturedgas由人工制气厂生产的城镇煤气。3.1.2主管道mainpipe
由制气厂或经营企业输送到用户之前，用于贸易结算的总管道。3.1.3多管并联multiple-pipeparallel-connection将主管道通过汇管分成多条并联管的一种连接。它便于清扫，提高流速，扩大范围度和方便检验。3.1.4可换孔板节流装置changeableorificeplatethrottlingdevice以孔板为节流件在不拆动管线或不停气情况下可更换孔板进行检查和清洗的节流装置。3.2符号
本标准中使用的符号见表1，脚标见表2。表中未列的符号见本标准有关条文的说明。国家质量技术监督局2000-10-17批准2001-05-01实施
流出系数
工作条件下上游管道内径
工作条件下孔板开孔直径
相对误差、相对不确定度
孔板上、下游侧直管段
煤气的绝对静压
压力损失
质量流量
体积流量
与D有关的雷诺数
煤气的热力学温度
煤气的摄氏温度
平均轴向流速
直径比β-a/D
可膨胀性系数
煤气的比热容比
煤气的动力粘度
阻流件的局部阻力损失系数
煤气的密度
相对湿度
临界、折合对比
湿的、水蒸气
次数、管数、阻流件数
质量、混合
最大(饱和)
标准状态（20℃、101.325kPa）对比
次数、方次
定容、体积
上游、状态1
下游、状态2
约定状态
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表1符号
表2脚标
无量纲
无量纲
ML-T-2
ML-IT-2
ML-'T-2
无量纲
无量纲
无量纲
无量纲
ML-\T-1
无量纲
无量纲
法定计量单位
4测量原理和计算公式
4.1原理
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iiKAoNhiKAca-
测量管道由和主管道串联的多根并联管道组成，充满主管道的煤气经汇管分别流入安装在各并联的测量管道内的节流装置（以下简称节流装置），流束在孔板处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力降低，于是在孔板前后产生了差压，流速越高，产生的差压就越大，本标准规定的测量方法是通过各条并联管上的节流装置来测量主管道中人工煤气的流量。为便于清洗、检修、更换和检定，可优先采用可换孔板节流装置。4.2计算公式
4.2.1流量计算公式
主管道的总的质量流量9m可按公式（1）通过各条并联管上节流装置测得的各分流量9m计算获得。·（1)
式中：9m由公式(2)求得。
式中：81用公式(3)计算。
Hd?2Apl
81 =1 - (0. 41 + 0. 35p) P
体积流量9。用公式（4)计算：
（2）
（3）
（4）
当计算的结果用体积流量表示时，应将其换算到标准状态（一般取20℃，101.325kPa)或约定的参比状态下（由供需双方确认的参比压力、温度及湿度）的值。标准状态下体积流量9按公式(5)计算，约定状态下的体积流量g按附录A中的公式A1换算。qeN
流量状态换算公式列在附录A（标准的附录）中。9m
差压式流量计示值修正公式列在附录B(标准的附录)中4.2.2雷诺数计算公式
上游管道直径表示的雷诺数Rep按公式（6)计算。Rep
4.2.3压力损失计算公式
测量系统中，汇管之间单根管线总的压力损失△の，按公式(7)计算：Ao
(U)+(1 -B)Ap
式中：P与U：分别表示各阻流件出口处的密度与流速，Ap为差压的上限值。5测量系统的构成和技术要求
5.1构成
（7）
测量系统是由多管并联节流装置及其测量管道与管件、差压信号管路、差压变送器、温度变送器、压力变送器及流量显示装置构成，其示意图见图1。节流装置及其测量管道与管件的铺设（用单管说明)见图2，图中虚线框内为节流装置，它包括孔3
板、取压装置和前后测量管。
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1一节流装置及其测量管道与管件，2一压力、温度、差压信号管路：3一压力、差压、温度变送器：4一流量显示装置图1测量系统示意图
1—主管道;2—疏水器;3—汇管;4—全开球阀或全开闸阀；5—三通（或90°弯头），6—孔板节流装置图2节流装置及其测量管道与管件铺设示意图5.2技术要求
5.2.1对煤气的要求
a）测量的煤气应是牛顿流体，在物理学和热力学上是均匀的和单相（或可以认为是单相)的流体，b）测量的煤气质量应符合GB/T13612的规定c进入测量系统的煤气，流动应稳定或随时间缓慢变化。5.2.2测量系统的准确度等级应满足表3的要求，用于贸易结算的测量系统准确度一般应优于
2.5级。
表3测量系统的准确度等级
准确度等级
基本误差限Emax，%
（±2.0）
注：基本误差限以示值的百分数表示；优先使用不带括号的等级。2.5
5.2.3采用可换孔板节流装置或多管并联形式在不停气的条件下，可以对节流装置进行清洗、检修、更换和检定。清洗周期根据煤气脏污程度而定，一般首次为三个月。5.2.4孔板与取压装置应符合GB/T2624—1993中第7章的要求。5.2.5仪表要求
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iiKAoNniKAca-
仪表包括差压变送器、压力变送器、温度变送器、检测密度的仪器、流量显示装置（也称二次表或二次装置)等。
a）仪表应能实现本标准规定的计算公式（软件）及准确度等要求b）仪表的防爆性能应符合防爆场所的防爆等级的要求c）流量显示装置的技术要求应符合JB/T2274—1991中第5章的要求，d）流量显示装置应具有设定计量人工煤气所需要数学模型的各种参数；e)流量显示装置基本误差的试验方法按附录E(提示的附录)进行。6测量系统的安装要求
6.1节流装置安装的部位
节流装置离压送机应足够远，以尽可能满足稳定流的要求。如果节流装置处产生脉动流，则见附录D(提示的附录)。
6.2节流装置及其管路管件的安装6.2.1节流装置一般应设置在主管道输气管道上方，由汇管与其连接（见图2)。6.2.2节流装置采用多管并联形式分为双管(Y型）、三管及四管并联三种。6.2.3节流装置及其测量管道内表面应无明显的凹凸坑及其他异物。6.2.4直管段长度
当孔板上、下游侧的阻流件按图2铺设时，直管段长度11、l2应根据β由表4确定。其他按GB/T2624—1993的6.1.4。
表4最短的直管段长度
上游直管段长度1
22(11)
28(14)
下游直管段长度12
注：表中11、t2的值为管径D的倍数；使用括号内的数值时应增加附加0.5%不确定度。6.2.5测量管道圆度
孔板上游2D长度范围内任意直径与平均直径(0～0.5D长度内12个直径的平均值)之差应不超过士0.3%，当2D以外由一种或多种截面的管道组成若干台阶高度h，若h不超过士0.3%的圆度要求，则流出系数的误差E。无附加不确定度。当h超过士0.3%的圆度要求但又满足公式（8)和(9)时，则应在Ec上算术相加士0.2%的附加不确定度。0.02
0.1+2.3β4
式中：h——台阶高度；
上游取压口或夹持环到台阶的距离。（8）
（9）
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6.2.6上游管道的相对粗糙度应满足号K
<10-3的要求(K——绝对粗糙度，单位同D）。6.2.7孔板应垂直于管道轴线，其偏差允许在士1°之间。6.2.8孔板中心轴线与管道轴线之间的偏差e（不同轴度）满足公式（10)时，则流出系数的误差E无附加不确定度，当e满足公式(11)时，应在Ec上算术相加士0.3%的附加不确定度。e
0.1+2.3p4免费标准bzxz.net
式中：er
孔板轴线与管道轴线之间的偏差(不同轴度)。·（10）
·（11)
6.2.9流体静压应在上游取压口平面处取出，与差压取压口分开，流体温度应在下游靠近的主管道处取出。
6.3装配
6.3.1测量管与节流装置在组装前应检验合格，待管道清洗后再装配（取压口方向见6.5.4)。装配和夹紧的方法均应保证孔板及取压装置安装在正确的位置上保持不变，其密封垫圈不应有任何部位突入管道内。
6.3.2测量管可以是纵向焊接管，但内部焊缝应该与管子的轴线平行，焊缝所在的管轴平面与任一取压口轴线所在管轴平面之间的夹角应大于30°。6.3.3在测量系统前应有排水系统及防冻措施。6.4测量系统的密封性
测量系统的密封性应在(1～1.1)倍公称压力下，持续时间不少于24h进行密封性试验，压力降小于1%。
6.5差压信号管路
6.5.1应保证节流装置的输出差压信号无泄漏、无堵塞现象，能够准确无误地传送给差压变送器。6.5.2应防止冷凝水进入导压管。6.5.3正负导压管应尽量靠近，导压管应垂直或倾斜铺设（倾斜度不得小于1：12)导压管内径一般为10mm~25mm，长度不超过16m。
6.5.4安装节流装置的主管道水平或倾斜时，取压口位置如图3所示，0<45；当安装节流装置的主管道垂直时，取压口的位置在取压装置的平面上，可任意选择。图3取压口位置
6.5.5差压变送器的安装位置一般按图4进行。6
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1—截断阀门;2—节流装置，3—差压变送器a）差压变送器装在节流装置上方iiKAoNhiKAca-
1—截断阀门，2—节流装置，3—差压变送器b）差压变送器装在节流装置下方图4差压变送器的安装位置(a)、b)可任意选用)7煤气的物理性质及计算公式
7.1密度及其计算公式
煤气的密度可以在孔板前用检测密度的仪器测定（参见GB/T12207），也可根据孔板前的流体组分、工作状态(p、T)计算或由表中查得。7.1.1标准状态下湿煤气的密度pNPN按公式(12)计算。
式中：Pn——湿煤气在标准状态下干部分的密度；PN
一湿煤气在标准状态下湿部分的密度。7.1.2煤气在标准状态下干部分的密度PsNPsn按公式(13)计算。
式中：X，一煤气各组分的体积百分数%7.1.3工作状态下湿煤气的密度P1pI按公式(14)计算。
Pl=Pg1十Pa1
式中：Pl——湿煤气在工作状态下干部分的密度，Par
一湿煤气在工作状态下湿部分的密度。Pi与Ai分别按公式(15)和(16)计算。.TN.ZN
Pi-Psmax.
Pg1=PgN
P1=Psimax
式中：Z-
Psimax
气体压缩系数；
一工作状态下，饱和水蒸气压力：一工作状态下，饱和水蒸气密度。PsImax
7.2湿度及其计算公式
（12）
·（13）
（14）
·（15）
·（16）
煤气在净化过程中都经过洗涤，因此一般水分含量都呈饱和状态，相对湿度为100%。在工艺末端7
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设置增压风机，或在煤气输配过程中经增压后，水蒸气呈不饱和状态，随着温压状态的变化，煤气的湿度亦发生变化，因此在计算煤气密度时应根据具体情况确定湿度的数值。本标准用相对湿度计算。相对湿度@为湿煤气中实际所包含的水蒸气量与同温度下最大可能水蒸气量的比值，常用公式(17)表示。
不同状态@的换算按公式（18)计算。9
PaT2Pam
Pa2T1P1ma
（17)
（18)
若由公式（18)求出的@>1时，说明在工作状态下的煤气已被水蒸气饱和。而且部分水蒸气已冷凝，这时取-1。
7.3粘度及其计算公式
粘度是用于雷诺数计算的参数，由于Rep的准确度对C的影响较小，粘度的准确度不必像代入流量公式中的参数那样高。
7.3.1单气体的动力粘度计算公式单气体的动力粘度用公式（19)计算u=aT\
·（19)
由两个已知的气体动力粘度值(u与μ2)确定系数n和a。n与a分别用公式(20)和(21)计算。In（）
μ2）
7.3.2煤气的动力粘度计算式
煤气的动力粘度按公式（22）计算。m
式中：M—各组分的摩尔分子量。XiMM+..+XuM.
XNMi+..+X,VM.
（20）
（21）
·（22）
粘度主要用于Rep计算，在常用工作压力与工作温度下变化很小，在煤气计量中可用80%左右组分的粘度来计算。
7.4等熵指数及其计算公式
计算气体可膨胀性系数：值时，需要知道被测气体的等熵指数，只有气体服从理想气体定律时，才等于比热容比，即定压热容与定容热容的比值。煤气的等焰指数不服从叠加规律，但其定压热容和定容热容服从叠加规律，可按叠加规律求得，然后再求出煤气的比热容比。等摘指数对流量计算不很敏感，尤其是对工作于低压状态的煤气，可以用比热容比近似计算等摘指数。
煤气比热容比%m，可按公式(23)计算。C,M,Xi ++C,M.X.
式中：C,—定压热容，
-可从附录F（提示的附录)查得，取20℃或附近温度下的值。-（23）
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在煤气计量中，C，%用80%左右的组分来计算。8检验规则
8.1各部件的检验
8.1.1节流装置及管路管件检验
iiKAoNhiKAca-
a）孔板、取压装置、测量管、管路、管件的检验应按JJG6401994的第17章～第19章进行，其结果应符合5.2.4、6.2.3~6.2.8的要求。b）如采用可换孔板节流装置，孔板升降及孔板座体的检验至少重复5次，并应符合6.2.8的要求。8.1.2差压信号管路
用目测法或量具进行检查，其结果应符合6.5的要求。8.1.3仪表检验
a）差压变送器的检验应按JJG6401994的第28章～第34章进行，其结果应符合其准确度等级要求，
b）流量显示仪表检验应按JB/T2274—1991中的6.2进行，其结果应符合其准确度等级要求；8.2测量系统检验
8.2.1节流装置与仪表应有制造计量器具许可证、产品合格证书与检定证书。8.2.2测量系统密封性检验
应对每条测量管加压到1～1.1倍公称压力，观察24h，其结果应符合6.4的要求。8.2.3在测量系统投运前应在规定的温度、压力范围内检验理论计算流量与显示装置显示的流量，其差值应符合双方合同的要求。其测试方法应按附录E的规定进行。9流量测量的不确定度
测量系统的流量测量相对不确定度E。和E（E，和E。的置信概率为95%）根据误差传递原理，分别按公式(24)和公式(25)计算。Egdgm
=±[)()*+() ()*++())
=±[()(Ba)°+()(a)°++() (B)式中：E和E分别按公式(26)和公式(27)计算。)+(12g)）
B =±[ + E +(28)
)E&+EAP +%+E.
[+路+(2]”
(1-)\++B\Ap:+1+
(1-t）
( 24 )
..( 25 )
（26）
（27）)
中迎业
式中：Ec、E。、ED、Ea、E、E分别表示C、e、D、d、4p、P的相对不确定度，参考JJG640—1994中的35.1.2和35.1.3；
E。一一当不符合标准，又能给出附加误差时的总的附加误差；E、E—一应根据供需双方的合同，其值不超过表3基本误差限的要求。9
A1湿煤气体积流量的换算公式
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附录A
(标准的附录）
煤气流量换算公式
(p1-APalmex) , T2Z2
Aa2 = d(P2 ) T
式中：901，92——分别为状态“1\和状态“2”湿煤气的体积流量，m/h，P1+P2
PslmaxPs2may
分别为状态“1”和状态“2”的绝对压力，Pa；分别为状态“1”和状态“2”的热力学温度，K；分别为状态“1”和状态“2”的煤气压缩系数；分别为状态“1”和状态“2”的煤气相对湿度，%；分别为状态“1”和状态\2”的水蒸汽最大可能压力，Pa。A2工作状态下干煤气体积流量换算到标准状态时的体积流量卫.T20Z2
A20=9o
式中：9.-
p,T,z-
Po+p20
To，T20
Zo,Z20
工作状态下干煤气的体积流量，m/h；-0℃，101.325kPa状态下干煤气的体积流量，m/h；20℃，101.325kPa状态下干煤气的体积流量，m/h，工作状态下干煤气密度，kg/m
分别为工作状态下绝对压力（Pa），热力学温度（K），压缩系数；分别为0℃，20℃及101.325kPa状态下干煤气的密度，kg/m分别为标准状态下的绝对压力，Pa；分别为0℃、20℃的热力学温度，K；分别为0℃、20℃及101.325kPa状态的煤气压缩系数。A3煤气的压缩系数计算公式
单气体压缩系数Z采用公式（A4)R-K（Redlich-Kwong）方程计算。Z3-Z2-(B2+B -A)Z-AB -0
式中：A、B分别按公式(A5)和(A6)计算。A
式中：Pt
气体的对比压力，Pt
气体的对比温度，T,=
0.42748pt
0.086647pt
（A1）
.....(A3)
（A4）
（A5)
（A6)
P。——气体的临界压力,Pa,
T。—气体的临界温度,K。
采用选代法求Z，按公式(A7)计算。GB/T18215.1—2000
式中：F.-1、F-1按公式(A8)和(A9)计算。F-
-iiKAoNniKAca-
（A7)
F,-1=z3-1—Z2-1—(B2+B—A)Z-1 —ABF-1=3Z-1—2Z-1—(B2+BA)
（A8）
（A9）
R-K方程亦用于煤气压缩系数的计算，这时式中的对比压力，对比温度应采用折合对比压力和折合对比温度，折合对比参数按公式(A10)和(A11)计算。T
附录B
(标准的附录)
差压式流量计示值修正公式
流量示值
工作状态下被
测气体的流量
干气体在标准
状态（20℃、
101.325kPa）
的流量
湿气体干部分
在标准状态
(20℃、
101.325kPa）
的流量
气体密度改变时
gm—gm
gN=guN
气体温度改变时
'-=9-VT2
Q'N=NNTIZ
geN=ga
qpsmmo
气体压力改变时
—9Psma
气体温度和压力改变时
geN=gn
被测气体的状态和参数改变时，其各量的符号与改变前相同，只是在符号的右上角加“1”；（A10）
（A11）
气体湿度改变时
pepamn
qeN=ge
9Psmea
2以上所列各式仅适用于不至于引起流出系数α改变的情况下，如果由于有关参数变化较大而引起流出系数C改变时，相应地乘以C/C数值。11
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