GB/T 18604-2001 用气体超声流量计测量天然气流量

ICS75.180.30

E98臀}\IIi

中华人民共和国国家标准

Gs/T18604-2001

用气体超声流量计测量天然气流量

Measurementofnaturalgasflowbyultrasonicflowmeter

2001一12一30发布2002一08一01实施

人民共和国发布

量监督检验检疫总局

cB/T18604一~2001

目次

pa舀·······································································································。··········……工

1范围···················································································..··························……1

2引用标准······，··································································································……1

3术语和符号······························································。·······································……1

4测量原理····················。····················································································……4

5工作条件··························································································。··············……4

6测量性能要求··························································································。···。····……5

7流量计要求。·····································································································……6

8安装要求及维护···················································。··················。··.·..·..·.·······..·...……9

9现场验证测试要求·····························································……，..···········..·..·..·...……10

10流量计算方法及测量不确定度估算······。····························，······……。.·..·.······.·..·..·……11

附录A(标准的附录)出厂测试要求········································································……14

附录B(标准的附录)电子部件的检验测试·······························································……15

附录C(标准的附录夕实流校准·····················································..·……16

附录D(提示的附录)具备的文件··········································································……22

附录E(提示的附录)上、下游直管段长度要求·········，·········································。·······……，23

附录F(提示的附录)基本原理··········································…·…。..·..·.·..·..·..·..·..……24

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GB/'r18604-2001

Measurementofnaturalgasflowbyultrasonicflowmeter

范围

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。.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'C

(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"

GB3836.4-1983爆炸性气体环境用电气设备第4部分:本质安全型1X‘;

GB/T13610-1992天然气的组成分析气相色谱法

GB/T17820-1999天然气

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ultrasonictransducer

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f监督检验检疫总局2001一12-30批准2002-08-01实施

I

Gs/'r18604-2001

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LlengthofacousticpathL

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),

图1气体超声流量测量的简化几何关系

3.1.9倾斜角}angleofinclination0

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VaverageflowvelocityalongacousticpathV

在声道和流动方向所决定的平面内的气体流速。

31.11气体轴向平均流速VaverageflowvelocityalongpipeaxleV

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速度采样间隔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门门4零流量读数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q,transitiongasflowrateq

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,

cB/T18604-2001

表I符号

符号名称量纲单位

D气体流通面直径Lnn

k速度分布校正系数1

L声道长度Ln1

尸百工作条件下的绝对静压ML-'T-'Pa

尸n标准参比条件下的绝对压力ML-'T-'Pa

4被测流量L3T-'m'/h

9,工作条件下的瞬时流量L'T-'m'/h

4}.最大流量L'T-'m'/h

9m最小流量1'T-'m'/h

q以标准参比条件下的瞬时流量L'T-,m'/h

q.分界流量L'T-'m'/h

Q。标准参比条件下一段时间内的累积量L'm3

T,工作条件下的热力学温度OK

T标准参比条件下的热力学温度{K

t时间Ts

U,安装引起的附加流量测量不确定度1

Ua,工作条件下的流量测量不确定度{

U,校准条件下的流量测量不确定度1

U,标准参比条件下的流量测量不确定度1

Uv,工作条件下的绝对静压测量不确定度1

Us校准数据的不确定度1

Ur工作条件下的热力学温度测量不确定度1

U校准用标准装置的流量测量不确定度1

U，绝对静压测量或热力学温度测量的不确定度{

Uz工作条件下的压缩因子测量不确定度1

Uz标准参比条件下的压缩因子测量不确定度1

V气体轴向平均流速LT-'m/s

V气体沿声道的平均流速LT-'m/s

X声道距离L们1

Y预定静压测量值或预定温度测量值注3

Yk静压测量仪表或温度测量仪表的刻度上限值注3

Z万工作条件下的压缩因子1

Z.标准参比条件下的压缩因子1

甲倾斜角1rad

右，静压测量仪表或温度测量仪表的准确度等级1

注

1量纲中的符号L为长度，符号T为时间，符号M为质量，符号e为热力学温度。

2表中未列符号在文中出现处加以说明.

3误差Y;,Y‘的量纲与被测物理量相关.

六‘r‘

GB/T18604-2001

4测f原理

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)流量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;

。)速度分布剖面性质、气流脉动程度和气体均匀度;

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。

工作条件

5门天然气气质

流量计所测量的天然气组分一般应在GB17820和GB/T17747所规定的范围内，天然气的真实相

对密度为。.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)CO,含量超过10N;

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/m'，包括硫醇,H,S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)`C,

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

进人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。

GB/T18604-2001

65111性能要求

本章规定了流量计必须满足的一组最低测量性能要求口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

遵守本标准第s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q.,.、分界流量q。和最大流量

q_。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%,q,<q<q_.

。4%,q.,.<q<q,

注q为被测流量下同。

分辨力:0.001m/s

速度采样间隔:<Is

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/s

6.1.2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。.70n+q,<q<qm

士1.40o,qm}<q<q,

6.1.3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):

1.s

1.2扩展误差限+1.4%(q<叭

小口径流量计误差限+1.0%

O8大口径流量计误差限十0.7%

0.4

浓.I-lIl--tttt-oo-..-y-.--q-<(-q-,-)

AN。.。

躺

一0.4

大口径流量计误差限-0了%

-0.8小口径流量计误差限一1.0Y.

扩展误差限一L4%(q<q)

一12T-Lv,}qn.xiVj0-i.-t7tO9-.-12Y-q.--(-}q-q--(,l)-q-,)

一16

q_8,q.,..

流量q

图2多声道气体超声流量计测量性能要求汇总

最大误差:士1.00a,q,提q簇qm..

士1.4写Iq-镇9<4

注:当声道长度较短时，在紊流气体中测量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

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。

了流且计要求

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。

了.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多,C02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

士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。

GB/T18604-2001

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顶部、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;

9)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、霉斑和涂层剥

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

了.3门技术规格

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

号处理单元软件常数作相应调整后，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

一部分进人文档。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。

了4电子部件

GB/T18604-2001

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4m。的1200o0

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。

了.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人软件来提供这些软件功能。

7.5.3检查和检验功能