SYT 6658-2021 用旋進旋渦流量計測量天然氣流量-PDF解密

中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準Measurementofnaturalgasflowbyvortexpreces2021—11-16發(fā)布2022—02—16實施國家能源局發(fā)布I前言 12規(guī)范性引用文件 13術語、定義和符號 13.1術語和定義 1 24結構和原理 24.1結構 24.2測量原理 35操作條件 35.1使用環(huán)境 35.2流體條件 46計量性能要求 46.1概述 46.2流量計的準確度等級和重復性 6.3對測量準確度的影響因素 46.4量程比 47流量計要求 47.1通用要求 4 57.3強度、嚴密性及過載能力 57.4取壓口 57.5干擾 57.6電氣安全 57.7適應環(huán)境的能力 57.8流量計的輸出裝置 67.9外觀質(zhì)量 67.10智能流量計 6 78.1選型 78.2安裝 78.3使用與維護 8Ⅱ9流量計算及測量不確定度估算 99.1標準參比條件 9.2體積流量計算 9.3質(zhì)量流量計算 9.4能量流量計算 9.5流量測量不確定度估算 附錄A(規(guī)范性)實流校準 附錄B(資料性)流量計選型實例 附錄C(資料性)天然氣流量計算實例 本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的主要技術變化如下：——更改了適用的天然氣組成和真實相對密度范圍，關于標準參比條件的內(nèi)容放入第9章(見9.1,2006年版的第1章);——更改了規(guī)范性引用文件并對應修改了相應內(nèi)容(見第2章，2006年版的第2章); 更改了旋進旋渦流量計、旋渦發(fā)生器、壓力損失、K系數(shù)的定義(見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義(見3.1.5),刪除了表1中正文公式中已說明的部分符號(見2006年版的3.2);——更改了流量計結構示意圖和測量原理(見4.1和4.2,2006年版的4.1和4.2);——更改了流量計操作條件中關于振動的要求和流體條件的要求(見5.1.2和5.2,2006年版的 增加了分界流量的技術參數(shù)，在準確度等級中增加了0.5級和2.5級，并對流量計工況體積流量的最大允許誤差和重復性重新進行了要求(見6.2,2006年版的6.2);更改了量程比的表達方式(見6.4,2006年版的6.4);——更改了流量計取壓口與中心軸線的位置關系及取壓管的安裝要求(見7.4.4,2006年版的——增加了流量計關于干擾的要求.5);——更改了智能旋進旋渦流量計的一般功能要求，增加支持能量/熱值的顯示功能，具備儀表系數(shù)多點修正功能，參數(shù)設置可靠保存和不可更改的操作事件記錄功能的要求(見7.10.1,2006年版的7.9.1);——更改了流量計信號輸出的通信方式要求(見7.10.4.2,2006年版的7.9.4.2);——更改了流量計的電源要求(見7.10.5,2006年版的7.9.5);——更改了安裝方式要求，增加垂直安裝方式(見8.2.1,2006年版的8.2.1);——更改了流量計管道安裝時，存在旁路的安裝要求(見8.2.3.1,2006年版的8.2.3.1);——更改了流量計在可能產(chǎn)生高頻氣流或其他干擾的場合的安裝要求(見8.2.4,2006年版的——更改了定期維護中關于智能流量計溫度和壓力傳感器進行檢定或校準的結構和功能設計要求，并增加了氣質(zhì)參數(shù)保存時間要求(見8.3.2.2,2006年版的8.3.2.2); 條件下壓縮因子和密度標準不確定度取值(見9.5,2006年版的9.4);——更改了實流校準中標準裝置性能的要求(見A.2.1,2006年版的A.2.1)和實流校準測試的內(nèi)容(見A.3.2,2006年版的A.3.2);——更改了支持多種校準系數(shù)確認方法的功能要求(見A.3.6,2006年版的A.4);——更改了校準證書的包含信息(見A.5,2006年版的A.6)。1用旋進旋渦流量計測量天然氣流量1范圍本文件規(guī)定了用于天然氣流量測量的旋進旋渦流量計(以下簡稱“流量計”)的測量原理、操作條件、測量性能、流量計基本要求、安裝和維護要求。本文件適用于組成在GB17820和GB/T17747(所有部分)范圍內(nèi)，且真實相對密度為0.55~0.80的天然氣流量測量。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB3836.1爆炸性環(huán)境第1部分：設備GB3836.2爆炸性環(huán)境第2部分：由隔爆外殼“d”保護的設備GB3836.4爆炸性環(huán)境第4部分：由本質(zhì)安全型“i”保護的設備GB/T4208外殼防護等級(IP代碼)GB/T11062天然氣發(fā)熱量、密度、相對密度和沃泊指數(shù)的計算方法GB/T13610天然氣的組成分析氣相色譜法GB17820天然氣GB/T18603天然氣計量系統(tǒng)技術要求GB/T35186天然氣計量系統(tǒng)性能評價JJG1121旋進旋渦流量計3術語、定義和符號3.1術語和定義下列術語和定義適用于本文件。旋進旋渦流量計vortexprecessionmeter流體通過旋渦發(fā)生器強制產(chǎn)生旋渦流，旋渦流的進動頻率與流體流速成函數(shù)關系，利用該原理測量流體流量的裝置。旋渦發(fā)生器swirler置于流量計流體通道中強制產(chǎn)生旋渦流的一組固定螺旋葉片。2壓損pressureloss流體流過流量計造成的不可恢復的壓力降。K系數(shù)Kfactor單位體積或質(zhì)量的流體流過流量計時產(chǎn)生的脈沖數(shù)。分界流量transitionflowrate介于最大流量和最小流量之間的流量值，它將流量范圍分割成最大允許誤差不同的兩個區(qū)，即“高區(qū)(q～9)”和“低區(qū)(qm～q)”。本文件所用的符號見表1。符號單位符號DmfGMP天然氣流動絕對靜壓力9天然氣瞬時體積流量能量流量RT熱力學溫度Kt時間SuV氣體體積Zξ注2:下標f代表在操作條件下的參數(shù)，下標n代表在標準參比條件下的參數(shù)，下標s代數(shù)，下標max代表最大值，下標min代表最小值，下標t代表分界點。4.1結構流量計主要由殼體、旋渦發(fā)生器、流量傳感器、積算及輸出單元和除旋器組成(見圖1)。智能流量計還包括壓力傳感器和溫度傳感器。3 沿著軸向流動的流體進入流量計入口時，在旋渦發(fā)生器的強制作用下產(chǎn)生旋渦流，旋渦流在文丘利管中經(jīng)收縮段節(jié)流后得以加速，當進入擴散段后，因突然減速導致壓力上升，從而產(chǎn)生回流，促使旋渦中心沿一錐形螺旋線形成陀螺式的旋渦進動現(xiàn)象，此時旋渦的進動頻率與介質(zhì)流速成函數(shù)關系。通過流量計的流體體積正是基于這種原理來測量的。5操作條件流量計使用的外界環(huán)境溫度應為-25℃~55℃,如果超出上述溫度范圍，應向制造廠商提出專流量計的安裝宜盡可能避免靠近振動源，宜在前后直管段加裝固定支撐設備或其他必要的防振動在安裝流量計及其相關的連接導線時，應避開可能存在電磁干擾或較強腐蝕性的環(huán)境，否則應采取必要的防護措施。4流體應是穩(wěn)定的、流速隨時間變化緩慢的非脈動流。流體應是均勻單相的牛頓流體，無較大固液顆粒。流體流動應為充分發(fā)展紊流且無旋渦，管道橫截面所有點上的旋渦角小于2°,即認為無旋渦。無強烈的噪聲干擾。6計量性能要求6.1概述流量計應滿足第7章的技術要求，并應遵守第8章的安裝要求。必要時可按附錄A進行實流校準。6.2流量計的準確度等級和重復性流量計的準確度等級和重復性見表2。0.5級1.0級1.5級2.0級最大允許誤差不得超過工況體積流量最大允許誤差絕對值的1/3注：分界流量a對應的流量≤0.2qm。6.3對測量準確度的影響因素流量計的測量準確度主要受下列因素影響：a)氣流中固液雜質(zhì)的影響；b)脈動流的影響，宜盡量把儀表設置在離脈動流盡可能遠的地方，或者附加脈動衰減器；c)旋轉(zhuǎn)流的影響；d)安裝條件的影響。流量計的量程比至少為10:1。7.1通用要求流量計的外表面應具備防水、抗腐蝕和外力沖擊的能力，殼體與旋渦發(fā)生器應牢固安裝。流量計的所有內(nèi)部元件應選用幾何尺寸穩(wěn)定的材質(zhì)制造，并應采取保護措施以防被流體直接或間接地腐蝕。5標準參比條件下介質(zhì)為干空氣時，壓力損失最高不應超過20kPa。流量計的壓力過載值為流量傳感器的額定工作壓力。智能流量計壓力過流量計本體上應至少提供一個測量取壓口，測量操作條件下流量傳感器處的靜壓。該取壓口應用共模噪聲、射頻干擾、電磁干擾、接地和信號屏蔽不符合GB/T18603的要求等都可能干擾流量計的正常測量。在某些情況下，如果沒有測得流量，可能無法鑒別干擾信號類別。如懷疑其中任何一流量計的防爆等級應符合GB3836.1、GB3836.2、GB3836.4相流量計的防護等級應不低于GB/T4208規(guī)定的IP65級。流量計外殼、顯示單元、銘牌和外部元件應能抵抗氣候影響(陽光、濕度和溫度變化等)和在使6流量計的輸出裝置宜采用電子顯示裝置，可顯示通過流量計操作條件下和標準參比條件下的累積顯示裝置的數(shù)字應有足夠的位數(shù)，其容量應滿足相當于流量計在最大流量下運行至少一年通過的——就地顯示被測介質(zhì)的壓力、溫度、標準參比條件下瞬時流量和累積流量、操作條件下瞬時流量和累積流量、能量/熱值；——數(shù)據(jù)通信功能；——數(shù)據(jù)存儲功能；——參數(shù)設置及管理權限設置功能，參數(shù)設置記錄(時間、設置前參數(shù)、設置后參數(shù)等)應可靠——流量計儀表系數(shù)應支持多點修正功能，影響計量結果的可調(diào)部位應能可靠鉛封；壓力傳感器取壓口應符合7.4的規(guī)定。輸出裝置應能顯示壓力、溫度、標準參比條件及操作條件下瞬時體積流量和體積累積量，顯示瞬7若具備遠傳通信功能，則應提供通信協(xié)議和接口形式及相關文件，且應至少具有下列輸出信號：a)代表操作條件下體積流量的頻率信號；b)申行通信數(shù)據(jù)接口，例如RS232、RS485或等效接口輸出信號。流量計至少應能存儲兩年內(nèi)每天的累積量、最近1000條的瞬時流量數(shù)據(jù)，瞬時流量數(shù)據(jù)一般包括時間、壓力、溫度、標準參比條件下瞬時流量和累積量、操作條件下瞬時流量和累積量，瞬時流量和累積量至少應以體積及能量的方式存儲。流量計應配置內(nèi)置電源，也可接入外電源供電。流量計的內(nèi)置電池應連續(xù)工作三年以上，并具有欠壓報警功能。無論是否有外電源供電，內(nèi)置電源應能保證流量計正常運行和數(shù)據(jù)安全。8選型安裝與使用維護8.1選型應根據(jù)管線輸氣量，介質(zhì)可能達到的溫度和壓力范圍，估算出管線的最高和最低流量，正確選擇流量計規(guī)格。當兩種規(guī)格的流量計均能覆蓋最低和最高體積流量時，在壓力損失允許下，宜選擇小規(guī)格的流量計。選型實例參見附錄B。宜采用水平或垂直安裝方式。符合5.1的要求。選擇的安裝位置應便于流量計的維護及檢修。如果流量計本體自帶流動調(diào)整器，則其上游、下游直管段的安裝長度應咨詢制造廠商。流量計上游的直管段長度至少為10D,下游的直管段長度至少為5D。如果設置安裝了旁路，則旁路入口應位于流量計上游直管段或流動調(diào)整器之前，旁路出口應位于流量計下游直管段之后。流量計的內(nèi)徑、連接法蘭及其緊鄰的上游、下游直管段中除測溫元件以外應具有相同的內(nèi)徑，其偏差應在管徑的±1%以內(nèi)；流量計及其緊鄰的直管段在組裝時應同軸對中，并保證其內(nèi)部流通通道的光滑、平直，不得在連接部位出現(xiàn)臺階及突入的墊片等擾動氣流的障礙。與流量計匹配的直管段，其內(nèi)壁應無銹蝕及其他機械損傷。在組裝之前，應除去流量計及其連接8管內(nèi)的防銹油或沙石灰塵等附屬物。使用中也應隨時保持介質(zhì)流通通道的干凈與光滑。取壓口應符合7.4的要求。若流量計本體無溫度測量單元，宜在流量計下游直管段上測量溫度，其離流量傳感器的距離宜在5D內(nèi)，且在任何出口閥或限流器的上游。當流量計帶有溫度測量單元時，應將其視為流量計的一部分。宜在流量計本體適當位置設置取溫口用于安裝溫度傳感器。在氣質(zhì)較臟的場合，宜在流量計直管段以外的上游安裝效果良好的氣體過濾器或過濾篩。過濾器的結構和尺寸宜能保證在最大流量下產(chǎn)生盡可能小的壓力損失，并盡可能減少流態(tài)畸變。在有壓縮機、旋風式除塵器、調(diào)壓閥、并聯(lián)流量計管路或高壓差節(jié)流設備等可能產(chǎn)生高頻氣流脈動或其他干擾的場合，宜考慮安裝脈沖衰減器或過濾元件。安裝流量計和測量管路時宜盡量減小管路安裝時產(chǎn)生的應力。在有液體的地方，宜采取措施防止液體積聚。不宜在接近流量計的部位進行焊接，防止損壞流量計內(nèi)部構件。露天安裝時宜加裝防護裝置，避免雨水進入和烈日暴曬影響流量計使用壽命。其他安裝要求應符合GB/T18603的相關內(nèi)容。在安裝流量計前，應清掃管路。不應自行更改防爆系統(tǒng)的連接方式，不應隨意打開儀表。流量計應緩慢地加壓和啟動，防止瞬間氣流沖擊損壞管路和儀表。使用中的流量計應避免頻繁中斷和強烈脈動流，正常使用過程中應不得改變流量控制閥門的開度。流量計的流量計算實例參見附錄C。電池欠壓應及時更換。保持實際流量處于流量計所能覆蓋的流量范圍之內(nèi)。保持流量計的工作壓力處于允許工作的壓力范圍之內(nèi)。智能流量計應注意比對壓力和溫度測量值。流量計應按要求進行周期檢定或校準，智能流量計的結構和功能設計應滿足對溫度傳感器和壓力傳感器進行檢定或校準的需要。99流量計算及測量不確定度估算9.1標準參比條件本文件使用的天然氣氣體體積計算標準參比條件和發(fā)熱量測量的燃燒標準參比條件是：壓力為操作條件下瞬時體積流量按公式(1)計算：式中：q——操作條件下瞬時體積流量；K——K系數(shù)； 在標準參比條件下的流量應根據(jù)在線實測的氣流靜壓和溫度，按公式(2)(氣體狀態(tài)方程)進行計算：式中：a——標準參比條件下的瞬時體積流量；q——操作條件下瞬時體積流量；P——操作條件下的絕對靜壓力；R——標準參比條件下的絕對靜壓力；T——標準參比條件下的熱力學溫度；T——操作條件下的熱力學溫度；z——標準參比條件下的壓縮因子；Z——操作條件下的壓縮因子。標準參比條件下的一段時間內(nèi)的累積體積流量Q按公式(3)計算：式中：有部分)計算壓縮因子，其中標準參比條件下方程。編程用數(shù)學模型參見GB/T17747(所有部分)。標準參比條件下的氣體壓縮因子Z也可按GB/T11062確定，其值按公式(4)計算：質(zhì)量流量按公式(5)計算：——瞬時質(zhì)量流量根據(jù)公式(2),因為各不確定度分量靈敏系數(shù)均為1,可用公式(8)、公式(9)估算標準參比n(q?)=√l?(q)+u2(g)+u2(Z)+u;(Z?)+u;量儀表性能按公式(12)估算；分),則取0.05%,采用AGANX-19則取0.25%;式中： 擴展不確定度按公式(9)計算。A.1通則用于天然氣測量的流量計在使用前、修理后和使用中達到檢定周期時應按JJG1121進行檢定。在流量計檢定合格的基礎上，為減少其測量誤差，推薦按本附錄進行實流校準。在有條件的情況下可標準裝置的不確定度應不大于流量計工況體積流量最大允許誤差絕對值的1/3。點的校準過程中，裝置壓力波動應不超過±0.5%。A.2.2嚴密性校準前，應將被校流量計安裝在校準裝置上一起進行嚴密性試驗。試驗介質(zhì)為空氣、天然氣等氣體，試驗壓力至少應為最高校準壓力且小于被校流量計的最大工作壓力。在試驗壓力下至少穩(wěn)壓A.2.3安裝條件根據(jù)實際情況，實流校準流體可采用天然氣或其他氣體，流體能自由流動如使用天然氣進行實流校準，則其氣質(zhì)應至少符合GB17820二類氣的要求，其物性或物理參數(shù)值應按GB/T17747(所有部分)和GB/T11062中相關條款進行計算。實流校準時的環(huán)境溫度一般為-10℃~40℃,相對濕度一般為5%～95%,大氣壓力一般為客戶宜提供流量計使用條件的相關信息，即工作壓力范圍、工作溫度范圍、工作介質(zhì)及流量計的實流校準時，應結合表A.1和流量計的實際工作流量范圍確定校準流量點。校準流量點除qm、q和q應分別控制在(1～1.1)qm、(1～1.1)q和(0.9～1)q外，其他校準流量點均應在設定流量點的±5%內(nèi)。用g倍數(shù)表示的校準流量點9hA.3.3測試次數(shù)及時間在校準時，每個流量點應至少測試3次，在條件允許的情況下應測試6次，并取各次測試值的算術平均值作為該測試點的測量結果。每次數(shù)據(jù)采集時間不得小于60實流校準前，整個校準系統(tǒng)應在0.7q～q流量下預運行至少5min,待壓力、溫度和流量穩(wěn)定并達到A.2.4的要求后才可進行校準。A.3.6校準系數(shù)確定根據(jù)實際情況的不同，確定校準系數(shù)有多種方法：a)算術平均誤差法；b)流量加權平均誤差法；c)多點或多項式算法、分段線性差值法等。a)在流量計的規(guī)定流量范圍內(nèi)使用流量加權平均誤差；b)使用多項式算法、分段線性插值法或其他認可的方法等。f;—第1校準點第j次校準的流量計輸出的頻率值。單校準系數(shù)F按公式(A.8)計算：F=100/(100+EM……………A.3.9校準后K系數(shù)和流量的計算校準后流量計K系數(shù)按公式(A.9)計算：式中：通過校準得出新的K系數(shù)并輸入流量計，對流量計的測量誤差進行修正。修正后可再測試部分9=%×F……(A.10)式中：9——流量計校準前的流量值。對僅需一次校準的流量計，修正后宜盡可能趨近零。(E)=(100+E)×F-100A.4經(jīng)實流校準后的標準參比條件下