【国家标准(GB)】 用气体超声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/T18604—-2001
用气体超声流量计测量天然气流量Measurement of natural gas flow by ultrasonic flow meter2001-12-30发布
中华人民共和国
国家质量监督检验检疫总局
2002-08-01实施
GB/T18604—2001
引用标准
术语和符号
测量原理
工作条件
测量性能要求
流量计要求
安装要求及维护
9现场验证测试要求
10流量计算方法及测量不确定度估算附录A（标准的附录）
附录B(标准的附录）
附录C（标准的附录）
附录D（提示的附录）
附录E（提示的附录）
附录F(提示的附录）
出厂测试要求
电子部件的检验测试
实流校准
具备的文件
上、下游直管段长度要求
基本原理
-TKAONiKAca-
GB/T18604—2001
本标准主要参考了美国天然气协会第9号技术报告（A.G.A.ReportNO.9)《用多声道超声流量计测量天然气流量》，并参考了国际标准化组织第12765号技术报告（ISO/TR12765）《用时间传播法超声流量计测量封闭管道内的流体流量》的部分内容。本标准为我国首次制定的气体超声流量计用于天然气流蛋测量的应用标准。根据我国天然气计量的实际情况和有关标准要求，结合对气体超声流量计的研究、测试和试用经验，将上述两个技术报告的内容进行适当调整和增减而构成本标准的内容。本标准共分十章和六个附录，在A.G.A.ReportNO.9的基础上增加了第2章“引用标准”、第10章“流量计算方法和测量不确定度估算”和附录E（提示的附录）“上，下游直管段长度要求”，去掉了A.G.A.ReportNO.9的第9章“参考资料”，将A.G.A.ReportNO.9的第1.2条“测量原理\改为本标准的第4章，将A.G.A.ReportNO.9的第4.6条“文件记录”改为本标准的附录D(提示的附录)“具备的文件”，将A.G.A.Report NO.9的第6章“单台流量计的测试要求”改为本标准的附录A（标准的附录）“出厂测试要求”，将A.G.A.ReportNO.9附录C的第2章“工作原理”改为本标准的附录F（提示的附录）“基本原理”，并将该附录的其他内容并人本标准的有关章节，“测量性能要求”是本标准的核心，将该章移至“流量计要求”之前。本标准其他章节的内容与A.G.A.Report NO.9基本相同。
本标准同时也提出了对单声道气体超声流量计的测量性能和安装的特殊要求。本标准的部分术语的描述参考了ISO/TR12765的内容。本标准的附录A、附录B和附录C是标准的附录。本标准的附录D、附录E和附录F是提示的附录。本标准由国家石油和化学工业局提出。本标准由石油工业计量专业标准化技术委员会归口。本标准负责起草单位：四川石油勘察设计研究院。本标准参加起草单位：石油工业天然气计量站。本标准主要起草人：文代龙，袁平凡、游明定、罗明强、袁嗣中、陈汝培、魏廉敦。本标准委托四川石油勘察设计研究院负责解释。1范围
中华人民共和国国家标准
用气体超声流量计测量天然气流量Measurement of natural gas flow by ultrasonic flow meterGB/T186042001
本标准适用于传播时间差法气体超声流量计，其通径等于或大于100mm，压力不低于0.1MPa（表压）。一般用于气质符合本标准第5.1条款规定的生产装置、输气管线、储藏设施、配气系统和用户计量系统中的天然气流量测量。
本标准使用的天然气体积计算标准参比条件是：压力为0.101325MPa（绝压），温度为20℃（293.15K）。也可采用合同规定的其他参比条件。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。GB3836.1--1983爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求GB3836.2-1983
爆炸性气体环境用电气设备第2部分：隔爆型“d”GB3836.4一1983爆炸性气体环境用电气设备第4部分：本质安全型“入”GB/T13610--1992天然气的组成分析气相色谱法天然气
GB/T17820—1999
GB/T17747-1999
天然气压缩因子计算
GB50251—1994输气管道工程设计规范SY/T0599—1997天然气地面设施抗硫化物应力开裂金属材料要求3术语和符号
3.1术语
本标准采用下列术语：
3.1.1气体超声流量计（简称流量计）ultrasonicgasflowmeter安装在流动气体的管道上，并用超声原理测量气体流量的流量计。只有一个声道的流量计称为单声道气体超声流量计，有两个或两个以上声道的流量计称为多声道气体超声流量计。3.1.2传播时间差法meansoftransittimedifference在流动气体中的相同行程内，用顺流和逆流传播的两个超声信号的传播时间差来确定沿声道的气体平均流速所进行的气体流量测量方法。3.1.3超声换能器ultrasonictransducen把声能转换成电信号和反过来把电信号转换成声能的元件。3.1.4信号处理单元signalprocessingunit是流量计的一部分，由电子元件和微处理器系统组成。3.1.5流量计表体meterbody
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局2001-12-30批准rKAONKAa
2002-08-01实施
GB/T18604-2001
安装超声换能器和测压接头等部件，并经过特殊制造，在各方面都符合有关标准规定的被测气体通过的管段。
3.1.6声道acousticpath
在发射和接受的两个超声换能器间的超声信号的实际路径。3.1.7声道长度Llengthof acousticpathL两个超声换能器端面之间的直线长度（见图1）。3.1.8声道距离XdistanceofacousticpathX声道长度在管道轴线的平行线上的投影长度（见图1）。p
图1气体超声流量测量的简化几何关系3.1.9倾斜角angleof inclination声道与管道轴线间的夹角（见图1）3.1.10气体沿声道的平均流速averageflowvelocityalongacousticpathV在声道和流动方向所决定的平面内的气体流速。3.1.11气体轴向平均流速averageflowvelocityalongpipeaxleV流量与测量横截面面积之比。
3.1.12速度分布校正系数k。correctionfactorofvelocitydistributionk。气体轴向平均流速与沿声道的平均流速之比。3.1.13速度采样隔velocitysamplinginterval由整套超声换能器或声道进行相邻两次气体流速测量的时间间隔。3.1.14零流量读数zero-flowreading在气体静止状态下的最大允许流速读数3.1.15分界流量qetransitiongasflowrateq低于该流量要采用扩展误差限的流量值（见第6章图2)。3.1.16最大峰间误差maximumpeak-to-peakerror上限最大误差点和下限最大误差点之间的最大允许差值（见第6章图2）。3.1.17实流校准系数（简称校准系数）flowcalibrationfactor将流量计进行实流校准测试，并将测试结果按一定修正方法得出的流量计系数。3.2符号
本标准所用符号见表1。
气体流通面直径
速度分布校正系数
声道长度
工作条件下的绝对静压
标准参比条件下的绝对压力
被测流量
工作条件下的瞬时流量
最大流量
最小流量
标准参比条件下的瞬时流量
分界流量
GB/T18604-2001
表1符号
标准参比条件下一段时间内的累积量工作条件下的热力学温度
标准参比条件下的热力学温度
安装引起的附加流量测量不确定度工作条件下的流量测量不确定度校准条件下的流基测不确定度
标准参比条件下的流量测量不确定度工作条件下的绝对静压测适不确定度校准数据的不确定度
工作条件下的热力学温度测量不确定度校准用标准装置的流量测量不确定度称
绝对静压测量或热力学温度测量的不确定度工作条件下的压缩因子测量不确定度标准参比条件下的压缩因子测量不确定度气体轴向平均流速
气体沿声道的平均流速
声道距离
预定静压测量值或预定温度测量值静压浏量仪表或温度测量仪表的刻度上限值工作条件下的压缩因子
标准参比条件下的压缩因子
顿斜角
静压测量仪表或温度测量仪表的准确度等级虽纳中的符号L为长度，符号T为时间，符号M为质量，符号为热力学温度。表中未列符号在文中出现处加以说明：2
误差Y,Y的量纲与被测物理量相关。3
-KAONiKAca-
ML-IT--
ML-IT-1
4测盘原理
GB/T18604--2001
4.1基本原理
传播时间差法气体超声流量计是通过测量高频声脉冲传播时间得出气体流量的速度式流量计。让声脉冲在管道内向逆流和顺流沿斜线方向传播（见图1），分别测量它们的传播时间，其传播时间差与气体的轴向平均流速有关，从而使用数值计算技术计算出在工作条件下通过气体超声流量计的气体轴向平均流速和流量。
更详细的内容见本标准附录C(提示的附录)。4.2对测量准确度的影响因素
流量计的测量准确度受下列等因素影响：a）流计表体几何尺寸和超声换能器位置参数的准确度；b）流量计设计中所采用的积分技术；c）速度分布剖面性质、气流脉动程度和气体均勾度；d）传播时间测量准确度。
传播时间测量准确度取决于电子时钟的稳定性和对声脉冲波参考位置检测的一致性以及对电子元件和超声换能器信号滞后的合适补偿。5工作条件
5.1天然气气质
流量计所测量的关然气组分一般应在GB17820和GB/T17747所规定的范围内，天然气的真实相对密度为0.55~0.80。
如果出现下列任一情况，应向制造厂提出相应的专门要求：a）c，含量超过10%；
b）在接近天然气混合物临界密度的条件下工作；c）总含硫量超过460mg/m2，包括硫醇、HzS和元素硫。正常输气工况下，在流量计表体内的附着物（如凝析液或带有加工杂质的油品残留物、灰和砂等）会减少流量计的流通面积而影响计量准确度，同时附着物还会阻碍或衰减超声换能器发射和接收超声信号或者影响超声信号在流量计表体内壁的反射，因此对流量计应定期检查清洗。5.2压力
流量计的工作压力应符合本标准第1章的规定。同时超声换能器对气体的最小密度（它是压力的函数）有一定要求，最低工作压力应保证声脉冲在天然气中能正常传播。5.3温度
流量计的工作温度范围（包括介质温度和环境温度）为（一25～55)℃。如果超出上述温度范围，应向制造厂提出专门的要求。5.4流量范围及流动方向
流量计的流量测量范围由气体实际流速确定，被测天然气的流速范围一般为（0.3～30)m/s。用户须核实被测天然气的实际流速不超过制造厂所规定的流量范围，其相应的测量准确度应符合本标准第6章的规定。
流量计具有双向测量的能力，且双向测量的准确度相同。用户应当指出是否需要双向测量，以便制造厂适当组态信号处理单元参数。5.5速度分布
进入流量计的天然气流态应是对称的充分发展的紊流速度分布。计量管路中的各种阻流件和管道配置会对天然气速度分布产生影响，从而影响测量准确度。具体的安装要求按本标准第8章的规定。4
6测盘性能要求
GB/T18604—2001
本章规定了流量计必须满足的一组最低测量性能要求。在作实流校准系数调整之前，流量计就应满足这些性能要求，以保证不因使用较大的校准系数调整而掩盖了流量计自身的问题和缺陷。用户应根据本标准第7章和附录C（标准的附录）的规定，要求对流量计进行检验和实流校准，并应遵守本标推第8章的安装要求，以确保其测量性能符合本章的规定。对每一结构尺寸的流量计，制造厂应规定流量界限值，即最小流量9min、分界流量g.和最大流量9mx。不论是否经过实流校准，在所规定的流量范围内，流量计都应满足本章的测量性能要求。6.1多声道气体超声流量计测量性能要求6.1.1通则
在进行任何校准系数调整之前，所有多声道气体超声流量计的一般测量性能应满足下列要求：重复性：0.2%，9≤g≤9max
0.4%qmia注：9为被测流量，下同。
分辨力：0.001m/s
速度采样间隔：≤1s
最大峰间误差（见图2）：0.7%，q≤q≤qm零流量读数：对于每一声道：<12mm/s6.1.2大口径流量计的准确度
在进行任何校准系数调整之前，口径等于或大于300mm的多声道气体超声流量计应满足下列测量准确度要求（见图2)：
最大误差：士0.7%，g≤≤qmx
±1.4%9ming6.1.3小口径流量计的准确度
在进行任何校准系数调整之前，口径小于300mm的多声道气体超声流量计应满足下列测量准确度要求（见图2）：
零流量读数<12mm/s（对每一声道）1.2
量复性0.4%（9<9）
最大蜂间误差0.7%（g）
量发性0.2%（g9.
流量9
扩展识差限+1.4%（9<9）下载标准就来标准下载网
小口径流量计误差限+1.0%
大口径流量计误差限+0.7%
大口径流量计误差限一0.7%
小口径流量计误差限一1.0%
扩展误差限-1.4%（9<9,）
图2多声道气体超声流量计测量性能要求汇总最大误差：1.0%，9≤g≤qmaz
±1.4%.qmim注：当声道长度较短时，在紊流气体中测盘声波传播时间比较困难，因此对小口径流量计的要求较低。6.2单声道气体超声流量计测量性能要求5
HKANiKAca-
GB/T18604—2001
单声道气体超声流量计的测量性能可比多声道气体超声流量计的测量性能要求低，具体指标由制造厂提供。
6.3工作条件对测量性能的影响
在本标准第5章规定的工作条件下，流量计不需任何人工调整就应当满足第6.1和6.2条款规定的测量性能要求。如果需要人工输人物性参数来确定天然气流动条件下的物性参数（密度和粘度等），制造厂应给出流量计受这些参数影响的程度，以便当工作条件改变时，用户可确定这些改变所带来的影响是否可以接受。
7流量计要求
7.1组成和基本规定
7.1.1组成
流量计主要由以下两部分组成：a）流量计表体、超声换能器及其安装部件，它们直接与被测介质接触。b）由电子元件和微处理器系统组成的信号处理单元（SPU），它接受超声换能器信号，且具有处理测量信号和显示、输出及记录测量结果等功能。位于现场的电信号处理及转换部分安装在转换器内。7.1.2基本规定
流量计表体和其它所有部件，包括承压构件和外部电子元件，应当用适合于流量计工作条件的材料进行设计和制造，并且应当适于工作在GB50251所规定的装置上。若用户有特殊要求，则应符合适用于用户所指定的每一特定安装条件的相应规范或规定。7.2流量计表体
7.2.1最大工作压力
流量计的最大设计工作压力应当是下列部件的最大工作压力中的最小者：流量计表体、法兰、超声换能器部件及其安装联接件。
流量计表体的联接法兰应当符合通用的行业标准、国家标准或国际标准。用户应当给制造厂提供安装现场的适用标准和其它要求。7.2.2抗腐蚀要求
流量计所有与介质接触的部件应使用适用于天然气的材料制造，用于含H,S、CO，等腐蚀性介质的流量计材料应符合SY/T0599的规定。流量计的所有外部零件应当用抗腐蚀材料制造或者用适合在天然气工业典型大气环境中使用的抗腐蚀涂层进行保护。
7.2.3长度和口径
制造厂应给出各个压力等级和口径下的流量计表体的标准长度。为了与已有的管路相匹配，用户可指定不同的长度和口径。
流量计表体的口径应与紧邻其上、下游带法兰的管段的内径相同，它们之间内径的差别不超过土1%。对双向应用场合，流量计的两端都应视为上游。7.2.4超声换能器端口
天然气中可能合含有杂质（如凝析液或粉尘），所设计的超声换能器端口应尽量减少液体或固体在其上停留的可能性，应能带压拆装超声换能器和排放超声换能器端口上的污物。7.2.5取压孔
流量计表体上应至少有一个取压孔用以测量静压。每个取压孔的公称直径应在（4～10）mm之间，若流量计表体的壁厚小于20mm，取压孔公称直径为4mm，并且从流量计表体内壁起，至少在2.5倍取压孔直径的长度内为圆柱形，且取压孔轴线应垂直于测量管轴线。流量计表体内壁取压孔边缘应为直角，且无毛刺和卷边。
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每个取压孔应具有装隔离阀的内螺纹，并且具有能将隔离阀直接装在取压孔上的回转空间。取压孔应设在流量计表体的项部、左侧或右侧。必要时可增设取压孔，以便为用户提供安装压力变送器的灵活性，并利于维护和将压力变送器导压管内的凝析液排回流量计表体内。7.2.6流量计标记
在流量计上应设置含有下列内容的铭牌：a）制造厂名，型号，系列号和制造年月；b）公称压力和总质量；
c）公称直径和内径；
d）测量误差或测量不确定度；
e）工作压力和工作温度范围；
f）在工作状态下最大和最小实际每小时流量；g）气体流动的正方向；
h）防爆等级和防爆合格证编号。为便于识别，每一个超声换能器端口应标有永久性的独特标志。如果在流量计表体上用压模标记，则应使用低应力压模形式，即圆底印迹。7.2.7外观质量要求
a）流量计的外表应整洁、美观，表面应有良好的处理，不得有毛刺、刻痕、裂纹、锈蚀、藓斑和涂层剥落现象；
b）所有文字和符号应鲜明、清晰；c）密封面应光滑，不得有损伤。7.2.8其他要求
流量计应设计成当将其放在坡度达10%的光滑平面上时不滚动，以防止在安装或维护期间将其临时放在地面上时损坏突出的超声换能器和信号处理单元。流量计还应设计成在运输和安装期间容易安全搬动，并应设计有吊孔和吊索放置的空间。7.3超声换能器
7.3.1技术规格
制造厂应对超声换能器提出一般的技术规格，如关键的尺寸、最大允许工作压力、工作压力范围、工作温度范围及气体组分限制等。制造厂应根据超声换能器型号、超声流量计尺寸和期望的工作条件指定最小工作压力。该最小工作压力应标记在流量计上，以便提醒现场工作人员，当管道压力低于该压力时流量计可能不记录流量。7.3.2压力变化率
流量计突然降压时，超声换能器内部存留的气体膨胀可导致其损坏，制造厂应对安装、启动、维护和工作期间流量计的降压和升压速率给予明确的说明。7.3.3更换
超声换能器应可更换或重新安装而不会明显改变流量计的性能。也就是在更换超声换能器和对信号处理单元软件带数作相应调整后，流量计的测量性能仍然满足本标准第6章的要求。制造厂必须指明更换超声换能器的工作程序及需要进行的机械、电气和其它方面的测试及调整。7.3.4测试
制造厂应对每一只或每一对超声换能器进行测试，其测试结果应作为超声流量计质量保证体系的一部分进入文档。每一只超声换能器应标有永久系列号并按本标准第7.3.1条款提供一般数据。如果信号处理单元要求专门的超声换能器特性参数，则应提供每一只或每一对超声换能器的测试文件，其中包括专门的校准测试数据，使用的校准方法及特性参数。7.4电子部件
KAONiKAca-
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7.4.1一般要求
流量计的电子部件，即电源、微处理器、信号处理组件和超声换能器激振电路等，可组装在一个或多个箱体内并安装在流量计上或流量计旁，统称为信号处理单元(SPU)。电源部分和工作接口等远程单元可选择安装在非危险区域，并用多芯电缆将其与信号处理单元连接。
信号处理单元应在本标准第6章中规定的流量计测量性能要求指标范围内和第5章的整个指定环境条件下工作，并且当更换整个信号处理单元或更换任何现场替换模块时，不会导致流量计测量性能的明显改变。在第7.3.3条款里对“不会明显改变”作出了说明。信号处理单元应有监视计时器功能，以保证在程序故障锁死的情况下重新启动信号处理单元。流量计供电电源一般为50Hz、220V的交流电源或者24V的直流电源或电池。7.4.2输出信号技术规格
信号处理单元应至少具有下列输出信号：a）代表工作条件下流量的频率信号：b）串行数据接口，例如RS-232,RS-485或等效的接口。流量计还应具有针对工作条件下流量的（4～20)mADC模拟信号。流量信号应当可调节到最大流量9mx的120%。
应设置小流量切除功能，即当流量低于某一最小值时设定其输出为0（但对串行数据输出时不适用）。
对双向流应用场合，应提供两个独立的流量输出和一个流向状态输出及串行数据值，由相应的流量计算机和流向状态输出信号分别进行流量的累积计算。所有输出信号应与地隔离并具备必要的电压保护。7.4.3电气安全要求
流量计的所有电子部件，应当由具备资质的实验室进行分析、测试和取证，然后在每台流量计上贴上标签。流量计的电气设备和仪表的防爆等级应符合GB3836.1的规定，隔爆型电器设备和仪表应符合GB3836.2的规定，本质安全型电路和电器设备应符合GB3836.4的规定，其它防爆型式的电器设备也应符合相应专用标准的规定。用户可指定流量计应满足的防爆等级，以适应更加安全的安装要求。电缆护套、橡胶、塑料和其它裸露部分应当耐紫外光、油脂和阻燃。7.5流量计算机
7.5.1硬件
用于流量计控制和工作的计算机代码应当存储在非易失性存储器中，所有流量计算常数和人工输人的参数也应当存储在非易失性存储器中。为了进行查验，当流量计工作时应当确认所有流量计算常数和参数。制造厂应当保存所有对硬件修改的记录，包括修改系列号、修改日期、适用的流量计型号、电路板修改和对硬件改变的描述。
检查者通过目测检查硬件模块、显示器或数据通信口，就应能得到硬件修改号、修改日期、系列号和检查次数。
制造厂可随时提供改进的硬件，以改变流量计的性能或增加更多的功能。制造厂应当通知用户硬件的修改是否影响经实流校准的流量计的准确度。7.5.2组态和维护软件
流量计应当具有对信号处理单元进行就地和遥控组态及监控流量计运行的能力。该软件至少应当显示和记录下列数据：瞬时流量、轴向平均流速、平均声速、沿每一声道的声速和每一超声换能器所接受的声波信号的质量。制造厂可用流量计的部分嵌入软件来提供这些软件功能。7.5.3检查和检验功能
GB/T18604--2001
检查或检验人员可察看和打印信号处理单元的流量测量组态参数，比如，校准系数、流量计尺寸、时间平均周期和采样速率。
应当采取措施，确保影响流量计性能的参数不能意外或未察觉地被改变。其措施包括铅封的开关或跳线、固化的可编程只读存储器芯片或在信号处理单元中设置密码。检验人员应当能够验证任一特定流量计所采用的全部算法、常数和组态参数，确保流量计达到或优于原来流量计实流测试时的性能，或者达到或优于该特定流量计经最近一次实流校准且改变其校准系数时的性能。7.5.4报警
应以失效安全型、干继电器接点或与地隔离的无电压固体开关的形式提供下述报警状态输出：a）输出失效：当在管输条件下指示的流量无效时；b）故障状态：当若干个监视参数中的任一个在相当的一段时间内超出了正常工作范围；c）部分失效：当多路声道的一个或多个无法使用时。7.5.5诊断测量
制造厂应当通过RS-232、RS-485或同等的申行口提供下列和其它诊断测量：a）通过流量计的平均轴向流速；b）每一声道的流速(或相当于评价流速分布)；c）沿每一声道的声速；
d）乎均声速：
e）平均时间间隔；
f）每一声道接收到的脉冲的百分比；g）状态和测量效果指示；
h）报警和故障指示。
8安装要求及维护
8.1安装环境
8.1.1温度
安装流量计的外界环境温度应符合本标准第5.3条款的规定，同时应根据安装点具体的环境及工作条件，对流量计采取必要的隔热、防冻及其它保护措施（如遮雨、防晒等）。8.1.2振动
“流量计的安装应尽可能避开振动环境，特别要避开可引起信号处理单元、超声换能器等部件发生共振的环境。
8.1.3电气噪声
在安装流量计及其相关的连接导线时，应避开可能存在较强电磁或电子干扰的环境，否则应咨询制造厂并采取必要的防护措施。
8.2管道配置
8.2.1流动方向
如果所使用的流量计具有双向流测量功能，并且也准备将其运用于这种测量场合，那么在设计安装时，流量计的两端都应视为上游，即下游的管道配置形式和相关技术要求应与上游一致并符合第8.2.2～8.2.9条款的规定。
8.2.2管道安装
紧邻流量计的上、下游须安装一定长度的直管段（见本标准附录E的图E1中的{、，），在该直管段上除取压孔、温度计插孔和密度计（或在线分析仪）插孔外应无其它障碍及连接支管。上、下游直管段的最短长度可按本标准附录E(提示的附录)的要求配置。8.2.3突人物
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