SYT 6658-2021 用旋进旋涡流量计测量天然气流量-PDF解密

中华人民共和国石油天然气行业标准Measurementofnaturalgasflowbyvortexpreces2021—11-16发布2022—02—16实施国家能源局发布I前言 12规范性引用文件 13术语、定义和符号 13.1术语和定义 1 24结构和原理 24.1结构 24.2测量原理 35操作条件 35.1使用环境 35.2流体条件 46计量性能要求 46.1概述 46.2流量计的准确度等级和重复性 6.3对测量准确度的影响因素 46.4量程比 47流量计要求 47.1通用要求 4 57.3强度、严密性及过载能力 57.4取压口 57.5干扰 57.6电气安全 57.7适应环境的能力 57.8流量计的输出装置 67.9外观质量 67.10智能流量计 6 78.1选型 78.2安装 78.3使用与维护 8Ⅱ9流量计算及测量不确定度估算 99.1标准参比条件 9.2体积流量计算 9.3质量流量计算 9.4能量流量计算 9.5流量测量不确定度估算 附录A(规范性)实流校准 附录B(资料性)流量计选型实例 附录C(资料性)天然气流量计算实例 本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的主要技术变化如下：——更改了适用的天然气组成和真实相对密度范围，关于标准参比条件的内容放入第9章(见9.1,2006年版的第1章);——更改了规范性引用文件并对应修改了相应内容(见第2章，2006年版的第2章); 更改了旋进旋涡流量计、旋涡发生器、压力损失、K系数的定义(见3.1.1～3.1.4,2006年版的3.1.1～3.1.4),增加了分界流量的定义(见3.1.5),删除了表1中正文公式中已说明的部分符号(见2006年版的3.2);——更改了流量计结构示意图和测量原理(见4.1和4.2,2006年版的4.1和4.2);——更改了流量计操作条件中关于振动的要求和流体条件的要求(见5.1.2和5.2,2006年版的 增加了分界流量的技术参数，在准确度等级中增加了0.5级和2.5级，并对流量计工况体积流量的最大允许误差和重复性重新进行了要求(见6.2,2006年版的6.2);更改了量程比的表达方式(见6.4,2006年版的6.4);——更改了流量计取压口与中心轴线的位置关系及取压管的安装要求(见7.4.4,2006年版的——增加了流量计关于干扰的要求.5);——更改了智能旋进旋涡流量计的一般功能要求，增加支持能量/热值的显示功能，具备仪表系数多点修正功能，参数设置可靠保存和不可更改的操作事件记录功能的要求(见7.10.1,2006年版的7.9.1);——更改了流量计信号输出的通信方式要求(见7.10.4.2,2006年版的7.9.4.2);——更改了流量计的电源要求(见7.10.5,2006年版的7.9.5);——更改了安装方式要求，增加垂直安装方式(见8.2.1,2006年版的8.2.1);——更改了流量计管道安装时，存在旁路的安装要求(见8.2.3.1,2006年版的8.2.3.1);——更改了流量计在可能产生高频气流或其他干扰的场合的安装要求(见8.2.4,2006年版的——更改了定期维护中关于智能流量计温度和压力传感器进行检定或校准的结构和功能设计要求，并增加了气质参数保存时间要求(见8.3.2.2,2006年版的8.3.2.2); 条件下压缩因子和密度标准不确定度取值(见9.5,2006年版的9.4);——更改了实流校准中标准装置性能的要求(见A.2.1,2006年版的A.2.1)和实流校准测试的内容(见A.3.2,2006年版的A.3.2);——更改了支持多种校准系数确认方法的功能要求(见A.3.6,2006年版的A.4);——更改了校准证书的包含信息(见A.5,2006年版的A.6)。1用旋进旋涡流量计测量天然气流量1范围本文件规定了用于天然气流量测量的旋进旋涡流量计(以下简称“流量计”)的测量原理、操作条件、测量性能、流量计基本要求、安装和维护要求。本文件适用于组成在GB17820和GB/T17747(所有部分)范围内，且真实相对密度为0.55~0.80的天然气流量测量。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB3836.1爆炸性环境第1部分：设备GB3836.2爆炸性环境第2部分：由隔爆外壳“d”保护的设备GB3836.4爆炸性环境第4部分：由本质安全型“i”保护的设备GB/T4208外壳防护等级(IP代码)GB/T11062天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法GB/T13610天然气的组成分析气相色谱法GB17820天然气GB/T18603天然气计量系统技术要求GB/T35186天然气计量系统性能评价JJG1121旋进旋涡流量计3术语、定义和符号3.1术语和定义下列术语和定义适用于本文件。旋进旋涡流量计vortexprecessionmeter流体通过旋涡发生器强制产生旋涡流，旋涡流的进动频率与流体流速成函数关系，利用该原理测量流体流量的装置。旋涡发生器swirler置于流量计流体通道中强制产生旋涡流的一组固定螺旋叶片。2压损pressureloss流体流过流量计造成的不可恢复的压力降。K系数Kfactor单位体积或质量的流体流过流量计时产生的脉冲数。分界流量transitionflowrate介于最大流量和最小流量之间的流量值，它将流量范围分割成最大允许误差不同的两个区，即“高区(q～9)”和“低区(qm～q)”。本文件所用的符号见表1。符号单位符号DmfGMP天然气流动绝对静压力9天然气瞬时体积流量能量流量RT热力学温度Kt时间SuV气体体积Zξ注2:下标f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s代数，下标max代表最大值，下标min代表最小值，下标t代表分界点。4.1结构流量计主要由壳体、旋涡发生器、流量传感器、积算及输出单元和除旋器组成(见图1)。智能流量计还包括压力传感器和温度传感器。3 沿着轴向流动的流体进入流量计入口时，在旋涡发生器的强制作用下产生旋涡流，旋涡流在文丘利管中经收缩段节流后得以加速，当进入扩散段后，因突然减速导致压力上升，从而产生回流，促使旋涡中心沿一锥形螺旋线形成陀螺式的旋涡进动现象，此时旋涡的进动频率与介质流速成函数关系。通过流量计的流体体积正是基于这种原理来测量的。5操作条件流量计使用的外界环境温度应为-25℃~55℃,如果超出上述温度范围，应向制造厂商提出专流量计的安装宜尽可能避免靠近振动源，宜在前后直管段加装固定支撑设备或其他必要的防振动在安装流量计及其相关的连接导线时，应避开可能存在电磁干扰或较强腐蚀性的环境，否则应采取必要的防护措施。4流体应是稳定的、流速随时间变化缓慢的非脉动流。流体应是均匀单相的牛顿流体，无较大固液颗粒。流体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。无强烈的噪声干扰。6计量性能要求6.1概述流量计应满足第7章的技术要求，并应遵守第8章的安装要求。必要时可按附录A进行实流校准。6.2流量计的准确度等级和重复性流量计的准确度等级和重复性见表2。0.5级1.0级1.5级2.0级最大允许误差不得超过工况体积流量最大允许误差绝对值的1/3注：分界流量a对应的流量≤0.2qm。6.3对测量准确度的影响因素流量计的测量准确度主要受下列因素影响：a)气流中固液杂质的影响；b)脉动流的影响，宜尽量把仪表设置在离脉动流尽可能远的地方，或者附加脉动衰减器；c)旋转流的影响；d)安装条件的影响。流量计的量程比至少为10:1。7.1通用要求流量计的外表面应具备防水、抗腐蚀和外力冲击的能力，壳体与旋涡发生器应牢固安装。流量计的所有内部元件应选用几何尺寸稳定的材质制造，并应采取保护措施以防被流体直接或间接地腐蚀。5标准参比条件下介质为干空气时，压力损失最高不应超过20kPa。流量计的压力过载值为流量传感器的额定工作压力。智能流量计压力过流量计本体上应至少提供一个测量取压口，测量操作条件下流量传感器处的静压。该取压口应用共模噪声、射频干扰、电磁干扰、接地和信号屏蔽不符合GB/T18603的要求等都可能干扰流量计的正常测量。在某些情况下，如果没有测得流量，可能无法鉴别干扰信号类别。如怀疑其中任何一流量计的防爆等级应符合GB3836.1、GB3836.2、GB3836.4相流量计的防护等级应不低于GB/T4208规定的IP65级。流量计外壳、显示单元、铭牌和外部元件应能抵抗气候影响(阳光、湿度和温度变化等)和在使6流量计的输出装置宜采用电子显示装置，可显示通过流量计操作条件下和标准参比条件下的累积显示装置的数字应有足够的位数，其容量应满足相当于流量计在最大流量下运行至少一年通过的——就地显示被测介质的压力、温度、标准参比条件下瞬时流量和累积流量、操作条件下瞬时流量和累积流量、能量/热值；——数据通信功能；——数据存储功能；——参数设置及管理权限设置功能，参数设置记录(时间、设置前参数、设置后参数等)应可靠——流量计仪表系数应支持多点修正功能，影响计量结果的可调部位应能可靠铅封；压力传感器取压口应符合7.4的规定。输出装置应能显示压力、温度、标准参比条件及操作条件下瞬时体积流量和体积累积量，显示瞬7若具备远传通信功能，则应提供通信协议和接口形式及相关文件，且应至少具有下列输出信号：a)代表操作条件下体积流量的频率信号；b)申行通信数据接口，例如RS232、RS485或等效接口输出信号。流量计至少应能存储两年内每天的累积量、最近1000条的瞬时流量数据，瞬时流量数据一般包括时间、压力、温度、标准参比条件下瞬时流量和累积量、操作条件下瞬时流量和累积量，瞬时流量和累积量至少应以体积及能量的方式存储。流量计应配置内置电源，也可接入外电源供电。流量计的内置电池应连续工作三年以上，并具有欠压报警功能。无论是否有外电源供电，内置电源应能保证流量计正常运行和数据安全。8选型安装与使用维护8.1选型应根据管线输气量，介质可能达到的温度和压力范围，估算出管线的最高和最低流量，正确选择流量计规格。当两种规格的流量计均能覆盖最低和最高体积流量时，在压力损失允许下，宜选择小规格的流量计。选型实例参见附录B。宜采用水平或垂直安装方式。符合5.1的要求。选择的安装位置应便于流量计的维护及检修。如果流量计本体自带流动调整器，则其上游、下游直管段的安装长度应咨询制造厂商。流量计上游的直管段长度至少为10D,下游的直管段长度至少为5D。如果设置安装了旁路，则旁路入口应位于流量计上游直管段或流动调整器之前，旁路出口应位于流量计下游直管段之后。流量计的内径、连接法兰及其紧邻的上游、下游直管段中除测温元件以外应具有相同的内径，其偏差应在管径的±1%以内；流量计及其紧邻的直管段在组装时应同轴对中，并保证其内部流通通道的光滑、平直，不得在连接部位出现台阶及突入的垫片等扰动气流的障碍。与流量计匹配的直管段，其内壁应无锈蚀及其他机械损伤。在组装之前，应除去流量计及其连接8管内的防锈油或沙石灰尘等附属物。使用中也应随时保持介质流通通道的干净与光滑。取压口应符合7.4的要求。若流量计本体无温度测量单元，宜在流量计下游直管段上测量温度，其离流量传感器的距离宜在5D内，且在任何出口阀或限流器的上游。当流量计带有温度测量单元时，应将其视为流量计的一部分。宜在流量计本体适当位置设置取温口用于安装温度传感器。在气质较脏的场合，宜在流量计直管段以外的上游安装效果良好的气体过滤器或过滤筛。过滤器的结构和尺寸宜能保证在最大流量下产生尽可能小的压力损失，并尽可能减少流态畸变。在有压缩机、旋风式除尘器、调压阀、并联流量计管路或高压差节流设备等可能产生高频气流脉动或其他干扰的场合，宜考虑安装脉冲衰减器或过滤元件。安装流量计和测量管路时宜尽量减小管路安装时产生的应力。在有液体的地方，宜采取措施防止液体积聚。不宜在接近流量计的部位进行焊接，防止损坏流量计内部构件。露天安装时宜加装防护装置，避免雨水进入和烈日暴晒影响流量计使用寿命。其他安装要求应符合GB/T18603的相关内容。在安装流量计前，应清扫管路。不应自行更改防爆系统的连接方式，不应随意打开仪表。流量计应缓慢地加压和启动，防止瞬间气流冲击损坏管路和仪表。使用中的流量计应避免频繁中断和强烈脉动流，正常使用过程中应不得改变流量控制阀门的开度。流量计的流量计算实例参见附录C。电池欠压应及时更换。保持实际流量处于流量计所能覆盖的流量范围之内。保持流量计的工作压力处于允许工作的压力范围之内。智能流量计应注意比对压力和温度测量值。流量计应按要求进行周期检定或校准，智能流量计的结构和功能设计应满足对温度传感器和压力传感器进行检定或校准的需要。99流量计算及测量不确定度估算9.1标准参比条件本文件使用的天然气气体体积计算标准参比条件和发热量测量的燃烧标准参比条件是：压力为操作条件下瞬时体积流量按公式(1)计算：式中：q——操作条件下瞬时体积流量；K——K系数； 在标准参比条件下的流量应根据在线实测的气流静压和温度，按公式(2)(气体状态方程)进行计算：式中：a——标准参比条件下的瞬时体积流量；q——操作条件下瞬时体积流量；P——操作条件下的绝对静压力；R——标准参比条件下的绝对静压力；T——标准参比条件下的热力学温度；T——操作条件下的热力学温度；z——标准参比条件下的压缩因子；Z——操作条件下的压缩因子。标准参比条件下的一段时间内的累积体积流量Q按公式(3)计算：式中：有部分)计算压缩因子，其中标准参比条件下方程。编程用数学模型参见GB/T17747(所有部分)。标准参比条件下的气体压缩因子Z也可按GB/T11062确定，其值按公式(4)计算：质量流量按公式(5)计算：——瞬时质量流量根据公式(2),因为各不确定度分量灵敏系数均为1,可用公式(8)、公式(9)估算标准参比n(q₁)=√l?(q)+u²(g)+u²(Z)+u;(Z₁)+u;量仪表性能按公式(12)估算；分),则取0.05%,采用AGANX-19则取0.25%;式中： 扩展不确定度按公式(9)计算。A.1通则用于天然气测量的流量计在使用前、修理后和使用中达到检定周期时应按JJG1121进行检定。在流量计检定合格的基础上，为减少其测量误差，推荐按本附录进行实流校准。在有条件的情况下可标准装置的不确定度应不大于流量计工况体积流量最大允许误差绝对值的1/3。点的校准过程中，装置压力波动应不超过±0.5%。A.2.2严密性校准前，应将被校流量计安装在校准装置上一起进行严密性试验。试验介质为空气、天然气等气体，试验压力至少应为最高校准压力且小于被校流量计的最大工作压力。在试验压力下至少稳压A.2.3安装条件根据实际情况，实流校准流体可采用天然气或其他气体，流体能自由流动如使用天然气进行实流校准，则其气质应至少符合GB17820二类气的要求，其物性或物理参数值应按GB/T17747(所有部分)和GB/T11062中相关条款进行计算。实流校准时的环境温度一般为-10℃~40℃,相对湿度一般为5%～95%,大气压力一般为客户宜提供流量计使用条件的相关信息，即工作压力范围、工作温度范围、工作介质及流量计的实流校准时，应结合表A.1和流量计的实际工作流量范围确定校准流量点。校准流量点除qm、q和q应分别控制在(1～1.1)qm、(1～1.1)q和(0.9～1)q外，其他校准流量点均应在设定流量点的±5%内。用g倍数表示的校准流量点9hA.3.3测试次数及时间在校准时，每个流量点应至少测试3次，在条件允许的情况下应测试6次，并取各次测试值的算术平均值作为该测试点的测量结果。每次数据采集时间不得小于60实流校准前，整个校准系统应在0.7q～q流量下预运行至少5min,待压力、温度和流量稳定并达到A.2.4的要求后才可进行校准。A.3.6校准系数确定根据实际情况的不同，确定校准系数有多种方法：a)算术平均误差法；b)流量加权平均误差法；c)多点或多项式算法、分段线性差值法等。a)在流量计的规定流量范围内使用流量加权平均误差；b)使用多项式算法、分段线性插值法或其他认可的方法等。f;—第1校准点第j次校准的流量计输出的频率值。单校准系数F按公式(A.8)计算：F=100/(100+EM……………A.3.9校准后K系数和流量的计算校准后流量计K系数按公式(A.9)计算：式中：通过校准得出新的K系数并输入流量计，对流量计的测量误差进行修正。修正后可再测试部分9=%×F……(A.10)式中：9——流量计校准前的流量值。对仅需一次校准的流量计，修正后宜尽可能趋近零。(E)=(100+E)×F-100A.4经实流校准后的标准参比条件下