(高清版)GBT 18604-2023 用氣體超聲流量計測量天然氣流量

用氣體超聲流量計測量天然氣流量2023-05-23發(fā)布國家市場監(jiān)督管理總局國家標準化管理委員會I前言 12規(guī)范性引用文件 13術語和定義 14測量原理 44.1基本原理 44.2測量準確度的影響因素 45工作條件 45.1天然氣氣質 45.2壓力 55.3溫度 55.4流量范圍及流動方向 55.5速度分布 56測量性能要求 56.1總體要求 56.2多聲道氣體超聲流量計測量性能要求 56.3單聲道氣體超聲流量計測量性能要求 66.4工作條件對測量性能的影響 67流量計 77.1組成和基本規(guī)定 7 77.3超聲換能器 87.4電子部件 97.5流量計算機 8安裝及維護要求 8.1安裝影響因素 8.2管道配置 8.3維護 9現(xiàn)場驗證測試要求 9.1通則 9.2測試內容及步驟 9.3測試報告 10流量計算方法及測量不確定度估算 Ⅱ10.1流量計算方法 10.2流量測量不確定度估算 附錄A(資料性)氣體超聲流量計測量的基本原理 附錄B(資料性)流量計的實流校準 附錄C(規(guī)范性)出廠測試要求 附錄D(資料性)具備的文件 附錄E(資料性)聲學噪聲的產(chǎn)生及防治措施 附錄F(資料性)流量計和流動調整器的性能驗證測試 附錄G(資料性)流量計現(xiàn)場測量性能的檢驗和保證 參考文獻 圖1插入式氣體超聲流量測量的簡化幾何關系示意圖 2圖2多聲道氣體超聲流量計測量性能要求匯總 圖3超聲流量計單向測量安裝示意圖 圖4超聲流量計雙向測量安裝示意圖 圖A.1光滑管紊流速度分布示意圖 圖A.2夸大的聲道曲率示意圖 圖A.3接收脈沖的簡單檢測示意圖 圖E.1噪聲測量安裝示意圖 圖G.1一臺5聲道流量計用氮氣干標和實流校準時的相對聲速偏差曲線示意圖 表E.1200kHz時管道元件對噪聲的衰減量 表G.1自診斷信息分析示例表 Ⅲ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》的規(guī)定起草。本文件代替GB/T18604—2014《用氣體超聲流量計測量天然氣流量》,與GB/T18604—2014相比，除結構調整和編輯性改動外，主要技術變化如下：a)增加了“計量標準裝置和其他應用場所”中的天然氣流量測量。刪除了“外夾式氣體超聲流量計測量天然氣流量參考本文件”(見第1章，2014年版的第1章);b)刪除了第3章“量”的內容(見2014年版的3.1);c)刪除了速度采樣間隔、實流校準系數(shù)、一個聲道失效時測量誤差的最大偏移術語(2014年版的d)增加了“天然氣組成”(見4.2.2,2014年版的4.2.2);e)刪除了“正常輸氣工作條件下，在流量計表體內的附著物(如凝析液或帶有加工雜質的油品殘留物、灰和砂等)會減少流量計的流通而積而影響計量準確度，同時附著物還會阻礙或衰減超聲換能器發(fā)射和接收超聲信號，或者影響超聲信號在流量計表體內壁的反射，因此對流量計應定期檢查清洗”(見2014年版的5.1);f)增加了溫度要求的部件包括流量計表體、現(xiàn)場安裝電子裝置，及其相關外部設備、連接電纜和超聲換能器內容(見5.3);g)更改了流量計長度和口徑要求，增加了等徑和縮徑流量計的說明和內徑差的要求(見7.2.4,2014年版的7.2.4);h)增加了“縮徑流量計的取壓口應位于縮徑部分，取壓口的連接管上應標注‘Pm’和當有多個‘Pm’取壓口，在最大流量下，各取壓口壓力讀數(shù)的差值不應超過100Pa”的要求(見7.2.6,2014年版的7.2.6);i)更改了組態(tài)和維護軟件要求，能量/熱值的顯示功能、參數(shù)設置可靠保存和不可更改的事件記錄功能的要求(見7.5.2,2014年版的7.5.2);j)增加了單、雙向測量安裝示意圖(見8.2.1);k)增加了“與流量計緊鄰的上、下游直管段內表面粗糙度(Ra)不宜大于3.2×10-6m”的要求(見1)增加了“插入深度大于1/3D時溫度計套管需要特殊設計”,或采取其他措施以防止環(huán)境溫度對流量計計量性能的影響。”(見8.2.5);m)增加了“串聯(lián)計量”的相關要求(見8.2.8);n)增加了“定期檢查”的相關要求(見8.3.2);o)增加了“偏移量檢查”要求(見8.3.3);p)將聲速測試中計算方法依據(jù)的標準更改為GB/T30500(見9.2.3,2014年版的9.1.3);q)更改了“經(jīng)實流校準的標準參比條件下的體積流量測量不確定度評定公式7”(見10.4.2,2014年版的10.4.2)。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由全國石油天然氣標準化技術委員會(SAC/TC355)提出并歸口。本文件起草單位：中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司天然氣研究院、中國石油天然氣股份有限公司西南油氣田分公司、中國石油工程建設有限公司西南分公司、大慶油田有限責任公司、國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司西氣東輸分公司、國家管網(wǎng)集團西部管道有限責任公司、美卓倫儀表(常州)有限公司、上海中核維思儀器儀表股份有限公司、中油國際管道有限公司、德聞儀器儀表(上海)有限公司。本文件于2001年首次發(fā)布，2014年為第一次修訂，本次為第二次修訂。1用氣體超聲流量計測量天然氣流量本文件規(guī)定了插入式傳播時間差法氣體超聲流量計(以下簡稱“流量計”)的測量性能、流量計本體、安裝和維護、現(xiàn)場驗證測試等要求，以及流量計算方法及測量不確定度估算。本文件適用于集輸裝置、輸氣管線、儲存設施、配氣系統(tǒng)、用戶計量系統(tǒng)、計量標準裝置和其他應用場所中的天然氣流量測量。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(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。GB/T2624.2用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量第2部分：孔板GB/T3836.1爆炸性環(huán)境第1部分：設備通用要求GB/T3836.2爆炸性環(huán)境第2部分：由隔爆外殼“d”保護的設備GB/T3836.4爆炸性環(huán)境第4部分：由本質安全型“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GB/T17747(所有部分)天然氣壓縮因子的計算GB/T21446用標準孔板流量計測量天然氣流量GB/T30500氣體超聲流量計使用中檢驗聲速檢驗法GB/T35186天然氣計量系統(tǒng)性能評價JJG1030超聲流量計SY/T0599天然氣地面設施抗硫化物應力開裂和應力腐蝕開裂金屬材料技術規(guī)范3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。在流動氣體中的相同行程內，用順流和逆流傳播的兩個超聲信號的傳播時間差來確定沿聲道的氣體平均流速所進行的氣體流量測量方法。把聲能轉換成電信號和反過來把電信號轉換成聲能的組件。注：一般都是成對安裝，并同時工作。2信號處理單元signalprocessingunit;SPU結果等功能的電子設備。注：流量計的一部分。安裝超聲換能器和測壓接頭等部件，并經(jīng)過特殊制造，在各方面都符合有關標準規(guī)定的被測氣體通過的管段。在一對發(fā)射和接收超聲換能器間的超聲信號傳播的實際路徑。L一對超聲換能器端面之間的直線長度。注：見圖1。標引序號說明：D——測量管內徑；L——聲道長度；Txi——超聲換能器1;Tx?——超聲換能器2;X——超聲換能器1與超聲換能器2的聲道距離。圖1插入式氣體超聲流量測量的簡化幾何關系示意圖3X聲道長度在管道軸線的平行線上的投影長度。φ聲道與管道軸線間的夾角。注：見圖1。[來源：GB/T8423.4—2022,4.1.30,有修改]氣體沿聲道的平均流速averageflowvelocityalongacousticpathV在聲道和流動方向所決定的平面內的氣體流速。氣體軸向平均流速meanaxialfluidvelocityV流量與測量橫截面面積之比。速度分布校正系數(shù)velocitydistributioncorrection氣體軸向平均流速與沿聲道的平均流速之比。零流量讀數(shù)zero-flowreading在氣體靜止狀態(tài)下的最大允許流速讀數(shù)。q在最大流量和最小流量之間的流量值。注：它將流量范圍分割成兩個區(qū)，即“高區(qū)(q?~qmx)”和“低區(qū)(qmin～q?)”,兩個區(qū)的最大允許誤差不同。最大峰間誤差maximumpeak-to-peakerror;MPPE流量計在規(guī)定的流量范圍內上限最大誤差點和下限最大誤差點之間的差值。[來源：GB/T8423.4—2022,4.2.4,有修改]聲速偏差speedofsounddeviation;SOSdeviation流量計測量得到的平均聲速與理論計算聲速之間的最大相對偏差。4由流量計、配套使用的上下游直管段、測溫孔、取壓孔以及流動調整器共同組成的組件。4測量原理4.1基本原理傳播時間差法氣體超聲流量計是通過測量高頻聲脈沖傳播時間得出氣體流量的速度式流量計。傳播時間是通過在管道外或管道內成對的換能器之間傳送和接收到的聲脈沖進行測量的。聲脈沖沿斜線方向傳播(見圖1),順流傳送的聲脈沖被氣流加速，而逆流傳送的聲脈沖則會被減速。其傳播時間差與氣體的軸向平均流速有關，從而使用數(shù)值計算技術計算出在工作條件下通過氣體超聲流量計的氣體軸向平均流速和流量。見附錄A。4.2測量準確度的影響因素4.2.1影響測量準確度的內部因素主要為：a)流量計表體幾何尺寸和超聲換能器位置參數(shù)的準確度及穩(wěn)定性；b)用于傳播時間測量的超聲換能器和電子部件的質量和準確度，包括電子時鐘的穩(wěn)定性；c)用于傳播時間檢測和平均流速計算的采樣周期和積分計算方法；d)校準，包括對電子部件和超聲換能器信號滯后的補償。4.2.2影響測量準確度的內部因素主要為：a)氣流速度分布；b)溫度梯度；c)氣流脈動；d)聲學和電磁噪聲；e)固體和液體沉積；f)幾何尺寸隨時間推移的變化；g)天然氣組成。5工作條件5.1天然氣氣質流量計所測量的天然氣組分應在GB/T17747(所有部分)所規(guī)定的范圍內，天然氣的相對密度為當出現(xiàn)下列任一情況時，應向制造廠咨詢流量計的材質、超聲換能器的選型，以及流量計計量準確度是否滿足要求：a)CO?含量超過10%;b)在接近天然氣混合物臨界密度的條件下工作；c)總硫含量超過460mg/m3。注：總硫含量是指包括硫醇、硫化氫、硫醚在內的所有硫化合物的總含量。5超聲換能器的最低工作壓力應保證聲脈沖在天然氣中能正常傳播。制造廠應根據(jù)用戶的實際工況要求提供滿足溫度范圍要求的流量計，包括流量計表體、現(xiàn)場安裝電子裝置，及其相關外部設備、電纜連接和超聲換能器規(guī)定工作和環(huán)境溫度范圍。流量計的工作介質溫度宜為(一20～60)℃,且工作環(huán)境溫度范圍宜為(-40～60)℃。5.4流量范圍及流動方向流量計的流量測量范圍由氣體的實際流速確定，被測天然氣的典型流速范圍宜為(0.3～30)m/s。用戶應核實被測氣體流速在制造廠聲明的流量范圍內，且流量計性能應符合第6章的規(guī)定。由于存在溫度梯度和非理想的速度分布，低于分界流量q?工作的超聲流量計可能產(chǎn)生較大的測量不確定度。流量計具有雙向測量的能力，且雙向測量的準確度相同。用戶應指出是否需要雙向測量，以便制造廠適當組態(tài)信號處理單元參數(shù)。5.5速度分布理想條件下，進入流量計的天然氣流態(tài)應是對稱的充分發(fā)展的紊流速度分布。上游管路配置(即各種上游管道配件、調壓閥以及直管段的長度等)會影響進入流量計的氣體速度剖面，從而影響測量準確度，影響的大小和正負在一定程度上與流量計的補償能力相關。6測量性能要求6.1總體要求本章規(guī)定了流量計應滿足的一組最低測量性能要求。在進行實流校準系數(shù)調整之前，流量計就應滿足這些性能要求，以保證不因進行校準系數(shù)調整而掩蓋了流量計自身的問題和缺陷。注：實流校準見附錄B。用戶應按照第7章的規(guī)定對流量計進行檢驗，應按照第8章的規(guī)定進行安裝，以保證流量計在滿足最低性能要求基礎上提高測量準確度。對每一結構尺寸的流量計，制造廠應聲明流量界限值，即最小流量qmin、分界流量q.和最大流量qmx。不論是否經(jīng)過實流校準，在制造廠聲明的流量范圍內，流量計都應滿足本章的測量性能要求。6.2多聲道氣體超聲流量計測量性能要求在進行校準系數(shù)調整之前，所有多聲道氣體超聲流量計的一般測量性能應滿足下列要求：——重復性：≤0.2%(q?≤q≤qmx),≤0.4%(qmn≤q<q?)——零流量讀數(shù)：對于每一聲道：<6mm/s;——聲速偏差：±0.2%;——各聲道間的最大聲速差：0.5m/s。6注1:多聲道氣體超聲流量計是指有兩個或兩個以上聲道的流量計。注2:速度采樣間隔指一對超聲換能器或聲道進行相鄰兩次氣體流速測量的時間間隔。6.2.2大口徑流量計的準確度在進行校準系數(shù)調整之前，口徑等于或大于300mm的多聲道氣體超聲流量計應滿足圖2及下列測量準確度要求：——最大誤差：±0.7%(q?≤q≤qmx);±1.4%(qmm≤q<q)——最大峰間誤差：0.7%(qi≤q≤qmx);1.4%(qmin≤q<q?)。6.2.3小口徑流量計的準確度在進行校準系數(shù)調整之前，口徑小于300mm的多聲道氣體超聲流量計應滿足圖2及下列測量準確度要求：——最大誤差：±1.0%(q?≤q≤qmax);±1.4%(qmin≤q<q?);——最大峰間誤差：1.0%(q?≤q≤qmx);1.4%(qmin≤q<q?)。注：當聲道長度較短時，在紊流氣體中測量聲波傳播時間比較困難，因此對小口徑流量計的要求較低。圖2多聲道氣體超聲流量計測量性能要求匯總6.3單聲道氣體超聲流量計測量性能要求單聲道氣體超聲流量計的測量性能可比多聲道氣體超聲流量計的測量性能要求低，具體指標由制造廠提供。注：單聲道氣體超聲流量計是指只有一個聲道的流量計。6.4工作條件對測量性能的影響在第5章規(guī)定的工作條件下，流量計不需任何人工調整就應滿足6.1和6.2規(guī)定的測量性能要求。當需人工輸入物性參數(shù)來確定天然氣流動條件下的物性參數(shù)(密度和黏度等)時，制造廠應給出流量計7受這些參數(shù)影響的敏感程度，以便當工作條件改變時，用戶可確定這些改變所帶來的影響是否可以接受。7.1組成和基本規(guī)定流量計主要由以下兩部分組成：a)流量計表體、超聲換能器及其安裝部件。b)由電子組件和微處理器系統(tǒng)組成的信號處理單元(SPU)。流量計表體和其他所有部件，包括承壓構件和外部電子組件，其材料應滿足流量計工作條件和計量系統(tǒng)工藝要求。若用戶有特殊要求，則應滿足指定的安裝條件。在流量計出廠前，制造廠應對其進行出廠測試，并向用戶提供出廠測試報告。出廠測試應符合附錄C的規(guī)定，具備的文件見附錄D。7.2表體7.2.1最大工作壓力流量計的最大設計工作壓力應為流量計表體、法蘭、超聲換能器部件及其安裝連接件的最大工作壓力的最小值。7.2.2抗腐蝕要求用于含H?S、CO?等腐蝕性介質的流量計材料應符合SY/T0599的規(guī)定。流量計的外部零件應用抗腐蝕材料制造，或者用天然氣工業(yè)典型大氣環(huán)境中的抗腐蝕涂層進行保護。7.2.3適應環(huán)境的能力流量計外殼和各個組件應符合GB/T4208的規(guī)定，且至少應達到IP65的等級要求。制造廠應給出各個壓力等級和口徑下的流量計表體的標準長度。為了與已有的管路相匹配，用戶可指定不同的長度和流量計口徑。對等徑流量計，任何位置測量得到的內徑與平均內徑的偏差應在0.5%以內，對縮徑流量計，測量區(qū)域內得到的內徑與平均內徑的偏差應在0.5%以內。7.2.5超聲換能器端口天然氣中可能含有雜質(如凝析液或粉塵),所設計的超聲換能器端口應減少液體或固體在其上停留的可能性，根據(jù)用戶要求可設置帶壓拆裝超聲換能器的閥。流量計表體上應有一個取壓孔用以測量靜壓。每個取壓孔的公稱直徑應在4m～10mm之間，當8流量計表體的壁厚小于20mm時，取壓孔公稱直徑應為4mm,并且從流量計表體內壁起，至少在取壓孔公稱直徑2.5倍長度內為圓柱形，且取壓孔軸線應垂直于測量管軸線。流量計表體內壁取壓孔邊緣應為直角，且無毛刺和卷邊。每個取壓孔應具有安裝隔離閥的內螺紋和回轉空間。內螺紋的規(guī)格宜為1/4"FNPT(FNPT為60°錐管內螺紋)或1/2"FNPT。取壓孔應設在流量計表體的頂部、左側或右側，縮徑流量計的取壓口應位于縮徑部分，取壓口的連接管上應標注“Pm”。必要時可增設取壓孔，以便為用戶提供安裝壓力變送器的靈活性，并利于維護和將壓力變送器導壓管內的凝液排回流量計表體內。當有多個“Pm”取壓口，在最大流量下，各取壓口壓力讀數(shù)的差值不應超過100Pa。7.2.7流量計標記流量計銘牌應包含以下內容：a)制造廠名稱，流量計的型號、系列號和制造年月；b)公稱壓力和總質量；c)公稱直徑和內徑；d)最高和最低儲存溫度；e)工作壓力和工作溫度范圍；f)在工作狀態(tài)下最大流量、最小流量及分界流量；g)氣體流動的正方向；h)防爆等級。為便于識別，每一個超聲換能器端口應標有永久性的獨特標志。當在流量計表體上采用壓模標記7.2.8外觀質量要求外觀質量滿足以下要求：剝落現(xiàn)象；b)所有文字和符號應鮮明、清晰；c)密封面應光滑，不應有損傷。流量計放置在坡度為10%的光滑平面上時應不能滾動，以防止在安裝或維護期間將其臨時放在地面上時損壞突出的超聲換能器和信號處理單元。流量計還應設計成在運輸和安裝期間容易安全搬動，并應設計有吊孔和吊索放置的空間。制造廠應提供流量計上下游法蘭上的定位銷，以保證流量計現(xiàn)場安裝的正確定位。7.3超聲換能器制造廠應給出超聲換能器的一般技術指標，如：關鍵的尺寸、最大允許工作壓力、工作壓力范圍、工作溫度范圍、氣體組分限制、換能器工作頻率等。制造廠應明確安裝、啟動、維護和工作期間流量計的降壓和升壓速率，流量計的壓降速率不宜超過90.5MPa/min。更換、拆卸或重新安裝超聲換能器時，不應改變流量計的性能。即在更換超聲換能器和對信號處理單元軟件常數(shù)作相應調整后，流量計的測量性應仍能滿足第6章的要求。制造廠應指明更換超聲換能器的工作程序及需要進行的機械、電氣和其他方面的測試及調整。制造廠應對每一只或每一對超聲換能器進行測試，其測試結果應作為超聲流量計質量保證體系的一部分以文檔的形式記錄并保存。每一只超聲換能器應標有永久系列號并由制造廠提供7.3.1要求的技術參數(shù)。當信號處理單元要求專門的超聲換能器特性參數(shù)時，應提供每一只或每一對超聲換能器的測試文件，包括專門的校準測試數(shù)據(jù)，使用的校準方法及特性參數(shù)。7.4電子部件制造廠應給出信號處理單元(SPU)的唯一性標識。電子部件的測試應符合JJG1030的規(guī)定。安裝在非爆炸危險區(qū)域的電源部分和工作接口等遠程單元應用屏蔽電纜與信號處理單元連接。信號處理單元應在第6章中規(guī)定的流量計測量性能要求指標范圍內和第5章規(guī)定的環(huán)境條件下工作，并且當更換整個信號處理單元或部分模塊時，不會導致流量計測量性能的明顯改變(見7.3.3)。信號處理單元應有監(jiān)視計時功能，以保證在程序故障鎖死的情況下重新啟動信號處理單元。流量計供電電源宜為50Hz、220V交流電源或者(12～24)V直流電源或電池。7.4.2輸出信號技術要求信號處理單元至少應具有下列輸出信號：a)代表工作條件下體積流量的頻率信號；b)串行通信數(shù)據(jù)接口，例如RS—232、RS—485或等效的接口。流量計還應具有針對工作條件下體積流量的(4～20)mA模擬信號。流量信號應可調節(jié)到最大流量的120%。流量計還應具有設置小流量切除功能，即當流量低于某一最小值時設定其輸出為0(但對串行通信數(shù)據(jù)輸出時不適用)。當超過流量計的最大流量時，制造廠應向用戶提供可以選擇的流量輸出，這些流量輸出可以是零、最大流量或用戶確定的流量。對雙向流應用場合，應提供兩個獨立的流量輸出和一個流向狀態(tài)輸出及串行通信數(shù)據(jù)值，由相應的流量計算機和流向狀態(tài)輸出信號分別進行流量的累積計算。所有輸出信號應與地隔離并具備過電壓保護。流量計的所有電子部件，應由具備能力的實驗室進行分析、測試和取證，然后在每臺流量計上貼上標簽。流量計的電氣設備和儀表的防爆等級應符合GB/T3836.1的規(guī)定，隔爆型電器設備和儀表應符合GB/T3836.2的規(guī)定，本質安全型電路和電器設備應符合GB/T3836.4的規(guī)定，其他防爆型式的電器設備也應符合相應標準的規(guī)定。用戶可指定流量計應滿足的防爆等級，以適應更加安全的安裝要求。更換或重新安裝超聲換能器、線纜、電子部件和軟件后，制造廠應向用戶提供一套工作程序和數(shù)據(jù)，以保證任一部件進行更換或重新安裝后，流量計的測量性能仍能滿足第6章的要求，且更換后的功能不低于更換前的功能。在更換部件前，應保存一套數(shù)據(jù)(見7.5.5),當更換部件后，用戶應將各聲道間的速度比、聲速比等與更換前數(shù)據(jù)進行比較，確保流量計的測量性能仍能滿足第6章的要求。部件更換后，宜對流量計重新校準。7.5流量計算機用于流量計控制和工作的計算機代碼應存儲在非易失性存儲器中，所有流量計算常數(shù)和人工輸入的參數(shù)也應存儲在非易失性存儲器中。制造廠應保存所有對硬件修改的記錄，包括修改系列號、修改日期、適用的流量計型號、電路板修改和對硬件改變的描述。檢查者通過目測檢查硬件模塊、顯示器或數(shù)據(jù)通信口，得到硬件修改號、修改日期、系列號和檢查次數(shù)。制造廠可隨時提供改進的硬件，以改變流量計的性能或增加更多的功能。制造廠應通知用戶硬件的修改是否影響經(jīng)實流校準的流量計的準確度。7.5.2組態(tài)和維護軟件流量計應具有對信號處理單元進行就地和遙控組態(tài)及監(jiān)控流量計運行，以及報警、故障指示的軟件。該軟件至少應顯示和記錄下列數(shù)據(jù)：a)瞬時流量；b)能量/熱值；c)軸向平均流速；d)平均聲速；e)每一聲道的自動增益水平；f)信噪比；g)軸向流速；h)聲速；i)信號質量。制造商可用流量計的部分嵌入軟件來實現(xiàn)上述功能。7.5.3檢查和檢驗功能為了進行查驗，當流量計工作時應能在流量計算機上檢查和確認所有流量計算常數(shù)和參數(shù)。檢查或檢驗人員可查看和打印信號處理單元的流量測量組態(tài)參數(shù)。影響流量計性能的參數(shù)應有保護措施，包括鉛封的開關或跳線、固化的可編程只讀存儲器芯片或在信號處理單元中設置密碼。檢驗人員應能夠驗證任一特定流量計所采用的全部算法、常數(shù)和組態(tài)參數(shù)，確保流量計達到或優(yōu)于原來流量計實流測試時的性能，或者達到或優(yōu)于該特定流量計經(jīng)最近一次實流校準且改變其校準系數(shù)時的性能。用戶應建立流量計的基礎資料，保存流量計在出廠測試、實流校準和初始安裝等過程中的聲道傳播時間、聲道自動增益控制、沿每一聲道的聲速、平均聲速、軸向平均流速以及未經(jīng)修正的體積量等數(shù)據(jù)之間的關系，以確定不同條件下的流量計是否工作正常，并決定在更換電子組件或硬件后是否需要對流量計進行校準。流量計應以故障安全型繼電器觸點或與地隔離的無源觸點的形式提供下列報警狀態(tài)輸出：a)輸出失效：當在管輸條件下指示的流量無效時；b)故障狀態(tài)：當若干個監(jiān)視參數(shù)中的任何一個在設定的時間段內超出了正常工作范圍；c)部分失效：當多個聲道的一個或多個無法使用時。制造廠應通過RS-232、RS-485或同等的串行通信口至少提供下列診斷測量數(shù)據(jù)：a)每一聲道的自動增益控制水平；b)每一聲道的信噪比；c)通過流量計的平均軸向流速；d)每一聲道的流速(或相當于評價流速分布);e)沿每一聲道的聲速；f)平均聲速；g)平均時間間隔；h)每一聲道接收到的脈沖的百分比；i)狀態(tài)和測量效果指示；j)報警、故障指示和相應的歷史記錄。流量計算機應具有工作條件下理論聲速計算的功能，該理論聲速計算方法應是GB/T30500中規(guī)定的聲速計算方法或其他與其計算結果相同的方法。其他技術要求應符合GB/T21446中天然氣流量計算機系統(tǒng)基本技術要求。8安裝及維護要求8.1安裝影響因素安裝流量計的外界環(huán)境溫度應符合5.3的規(guī)定，同時應根據(jù)安裝點具體的環(huán)境及工作條件，對流量計組件采取必要的隔熱、防凍及其他保護措施(如遮雨、防曬等)。流量計的安裝應避開振動環(huán)境，特別要避開可引起信號處理單元、超聲換能器等部件發(fā)生共振的環(huán)境。在安裝流量計及其相關的連接導線時，應避開可能存在較強電磁或電子干擾的環(huán)境，否則應咨詢制造廠并采取必要的防護措施。8.1.4聲學噪聲流量計的安裝應防止聲學噪聲對測量性能產(chǎn)生的不利影響。在調壓計量站中，流量計應安裝在調節(jié)閥的上游。聲學噪聲的產(chǎn)生及防治措施見附錄E。當流量計附近存在流動脈動時，應采取措施減小脈動導致的附加測量不確定度。8.2管道配置8.2.1流動方向和直管段要求流量計單向測量的流動方向及安裝見圖3。標引序號說明：1——流量計；l?——流動調整器至上游阻流件的直管段長度；l?——流量計的上游直管段長度；l?——溫度儀表至流量計下游端面直管段長度，l?=2D～5D;l?——下游直管段的長度。圖3超聲流量計單向測量安裝示意圖當流量計具有雙向測量功能，且被用于雙向測量，在設計安裝時，流量計的兩端都應視為上游，即下游的管道配置形式和相關技術要求應與上游一致，見圖4,并符合8.2.2～8.2.9的規(guī)定。標引序號說明：1——流量計；l?——流動調整器至上游阻流件的長度；l?——流量計的上、下游測量管長度；l?——溫度儀表至流量計下游斷面長度，l?=3D～5D。圖4超聲流量計雙向測量安裝示意圖8.2.2管道安裝為保證在流量計的全量程范圍內，流量計的現(xiàn)場測量性能滿足第6章的要求，且安裝條件引起的附加測量誤差不超過士0.3%,制造廠應按照用戶提供的流量計預期安裝條件，推薦流量計上、下游直管段長度，以及是否帶流動調整器。如果制造廠未提供流量計上、下游直管段長度要求和流動調整器的安裝要求時，或者用戶無法提供預期的安裝條件時，不帶流動調整器的情況下，流量計上游直管段長度至少50D;帶有流動調整器的情況下，流量計上游直管段長度至少30D,且流動調整器宜安裝在流量計上游10D處。流量計下游直管段長度至少應為5D。8.2.3突入物和對中流量計連接法蘭內徑與其緊鄰的上、下游直管段應具有相同的內徑，其偏差應在管徑的1%以內，且不超過3mm。流量計及其緊鄰的直管段在組裝時應嚴格對中，并保證其內部流通通道的光滑、平直，不應在連接部分出現(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管內的防銹油或沙石或灰塵等附屬物。使用中也應隨時保持介質流通通道的干凈、光滑。與流量計緊鄰的上、下游直管段內表面粗糙度(Ra)不宜大于3.2μm。8.2.5測溫孔和取樣孔當流量計只是進行單向流測量時，應將測溫孔和取樣孔設在流量計下游距法蘭端面(2～5)D之間；當流量計是用于雙向流測量，測溫孔和取樣孔應設在距流量計法蘭端面(3～5)D之間。多個測溫孔不應呈直線排列，制造廠或供貨商應向用戶提供與流量計聲道布置有關的最佳測溫孔位置。制造廠應給出測溫孔相對于聲道的安裝方位。測溫孔軸線與管道軸線宜垂直。測溫孔的安裝應保證管道的熱傳遞、測溫套管的附屬組件和太陽熱輻射不影響氣體溫度的測量。溫度計套管和取樣探頭插入深度宜為1/3D,對于DN300(DN為管道的公稱直徑)及以上的大口徑流量計，插入深度不應超過125mm。插入深度大于1/3D時，溫度計套管需要特殊設計，應避免高速氣流引起測溫套的共振。當環(huán)境溫度和氣體溫度差異大時，在流量計上游管道至下游管道上最遠的測溫孔下游1D處宜加裝隔熱層，并在流量計上安裝遮陽棚或采取其他措施以防止環(huán)境溫度對流量計計量性能的影響。超聲流量計宜安裝板式流動調整器，板式流動調整器應符合GB/T2624.2中流動調整器的規(guī)定，其性能驗證測試見附錄F。注：是否安裝流動調整器以及安裝哪種形式的流動調整器，主要取決于兩個方面的因素：所選擇的流量計種類(單聲道或多聲道)及流量計上游速度剖面受干擾的嚴重程度。8.2.7流量計安裝方位流量計應水平安裝，其他安裝方式應咨詢制造廠。在設計和安裝時，應留檢修空間。當采用串聯(lián)計量時，流量計宜來自不同的制造商，或具有不同的聲道配置。兩臺流量計間距宜不低于15D,并確保每臺流量計的換能器端口和換能器聲波激勵不會干擾相鄰流量計的流量穩(wěn)定性和信號檢測，每臺流量計應配壓力、溫度測量設備和數(shù)據(jù)采集通道，且測量性能應符合第6章的要求。串聯(lián)計量用流量計組件宜一起檢定或校準。在氣質較臟的場合，可在流量計的上游安裝效果良好的氣體過濾器，過濾器的結構和尺寸應能保證在最大流量下產(chǎn)生盡可能小的壓力損失和流態(tài)改變。在使用過程中，應監(jiān)測過濾器的差壓，定期進行污物排放和清洗，確保過濾器在良好的狀態(tài)下工作。8.3.1日常維護制造廠應負責對現(xiàn)場工作人員進行基本操作及維護技能培訓。日常維護主要是根據(jù)超聲流量計的自診斷系統(tǒng)反饋的信息有針對性地進行檢查、維護，以確保流量計的現(xiàn)場測量性能，相關技術要求見附檢查頻率應根據(jù)制造廠的建議周期確定或每年至少1次。檢查內容包括信號處理單元及計時系統(tǒng)是否工作正常、聲道有無故障、零流量測量是否準確、超聲換能器表面是否有沉積物、信號增益是否有明顯變化等。并應根據(jù)實際情況，檢查鄰近管道內是否有沉積物，根據(jù)檢查情況進行排污或清洗。檢查本次檢定或校準結果與上次檢定或校準結果的偏移量，偏移量應滿足氣體超聲流量計檢定規(guī)程的要求，確保流量計計量性能受控。9現(xiàn)場驗證測試要求9.1通則制造廠應向使用者提供流量計現(xiàn)場驗證測試的書面文件。當需要對氣體超聲流量計進行現(xiàn)場驗證9.2測試內容及步驟外觀檢查時，應檢查流量計內腔和超聲換能器是否有污物沉積、磨損或其他可能影響流量計性能的損傷。9.2.2零流量讀數(shù)檢查在無流動介質的情況下，檢查流量計的讀數(shù)是否為零或在流量計本身規(guī)定的允許范圍內。在進行現(xiàn)場驗證測試時，可進行聲速測試。測試時，首先測出某一工作條件下的實際聲速，再按GB/T30500規(guī)定的方法或其他與其計算結果相同的方法計算出相同工作條件下的理論聲速，二者的差值應符合6.1.1中的規(guī)定。9.3測試報告力、溫度及安裝方式等)、測試機構及人員、測試內容及方法、測試結果、異常情況原因分析及建議措施。10流量計算方法及測量不確定度估算10.1流量計算方法10.1.1標準參比條件下的流量計算體積計量的標準參比條件：壓力為101.325kPa(絕對壓力),溫度為20℃。能量計量的標準參比條件：壓力為101.325kPa(絕對壓力),溫度為20℃,干基。也可使用合同規(guī)定的其他參比條件。流量計工作條件下的天然氣流量計算方法見附錄A。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，按氣體狀態(tài)方程進行計算。標準參比條件下的瞬時體積流量按公式(1)計算：qn——標準參比條件下的瞬時體積流量，單位為立方米每秒(m3/s);qt——工作條件下的瞬時體積流量，單位為立方米每秒(m2/s);pn——標準參比條件下的絕對壓力，單位為兆帕(MPa);pc——工作條件下的絕對靜壓力，單位為兆帕(MPa);Ta——標準參比條件下的熱力學溫度，單位為開爾文(K);T?——工作條件下的熱力學溫度，單位為開爾文(K);Zn——標準參比條件下的壓縮因子；Z?——工作條件下的壓縮因子。Zn、Z?應按GB/T17747(所有部分)的規(guī)定計算得出。標準參比條件下的累積體積量按公式(2)計算：Qn——標準參比條件下在t?~t一段時間內的累積體積量，單位為立方米(m3);qn——標準參比條件下的瞬時體積流量，單位為立方米每秒(m3/s);t?！M行累積流量積分的初始時間，單位為秒(s);t——進行累積流量積分的結束時間，單位為秒(s)。質量流量按公式(3)計算：gm=9n×pn………(3)qm——質量流量，單位為千克每秒(kg/s);pn——標準參比條件下的天然氣密度，單位為千克每立方米(kg/m3)。10.1.1.5能量流量能量流量按公式(4)計算：式中：q?=qn×H、……………q?！芰苛髁?，單位為兆焦每秒(MJ/s);焦每立方米(MJ/m3)。10.1.2標準參比條件下的流量測量值的計算制造廠已將流量計和相關流量計算機做成一個流量計量系統(tǒng)，用戶可根據(jù)自己的需要選擇。10.1.2.2合同參比條件下的流量當輸出為合同參比條件下的流量時，如果合同參比條件與標準參比條件相同，則輸出指示值為標準參比條件下的流量值；如果不同，應按公式(1)、公式(2)計算標準參比條件下的流量，計算結果值為標準參比條件下的流量測量值。10.1.2.3輸出為工作條件下的流量當輸出為工作條件下的流量時，應按公式(1)、公式(2)計算標準參比條件下的流量，計算結果值為標準參比條件下的流量測量值。10.1.3工作條件下的常用流量計量系統(tǒng)標準參比條件下的常用流量(qn)應按公式(1)計算到工作條件下的常用流量(qr),選擇流量計規(guī)格時，應按計量系統(tǒng)工作壓力、溫度和流速范圍進行選擇。10.2流量測量不確定度估算10.2.1未經(jīng)實流校準的標準參比條件下的體積流量測量不確定度估算根據(jù)公式(1),各不確定度分量靈敏系數(shù)均為1,標準參比條件下體積流量測量不確定度可用公式(5)和公式(6)進行估算。u;(qn)=√u;(qt)2+u;(P?)2+u.(T)2+u(Zi)2+ur(Zn)2+u,(an)2; (5)U,(qn)=k·u;(qn)(k=2) (6)式中：U,(qn)——標準參比條件下的體積流量擴展測量不確定度；u(qn)——標準參比條件下的體積流量相對標準測量不確定度；u(qr)——操作條件下的體積流量相對標準測量不確定度，可由流量計的準確度等級確定；u(P?)——操作條件下的絕對靜壓相對標準測量不確定度，可依據(jù)校準證書取值，或按公式(10)計算；u,(Tr)——操作條件下的熱力學溫度測量標準不確定度，可依據(jù)校準證書取值，或按公式(10)計算；u,(Zn)——標準參比條件下壓縮因子的標準不確定度，根據(jù)GB/T11062和GB/T35186,當組分分析按GB/T13610規(guī)定進行，并使用二級標準氣體時，可取0.03%;u;(Zí)——操作條件下壓縮因子的標準不確定度，當計算方法采用GB/T17747.2的規(guī)定時，取0.05%;u(an)——安裝引起的附加流量測量標準不確定度，最大可取流量計最大允許誤差的1/3;注1:由于u,(Zn)計算時已考慮了組成分析的影響，因此，此處只考慮壓縮因子計算不確定度。10.2.2經(jīng)實流校準的體積流量測量不確定度評定經(jīng)實流校準的標準參比條件下體積流量測量擴展不確定度可用公式(7)和公式(6)進行估算：u,(qn)=√u{(m)+u2(pr)+u(T?)+u(Z?)+u:(Zn)+u?(an) (7)式中：u;(m)—-校準證書中給出的測量不確定度。10.2.3質量流量測量不確定度評定標準參比條件下質量流量測量擴展不確定度可用公式(8)和公式(6)估算：u(qm)=√u;(qn)2+u,(pn)2……………(8)式中：u,(pn)——標準參比條件下密度的不確定度，依據(jù)GB/T11062和GB/T35186,此項可取值0.15%10.2.4能量流量測量不確定度評定標準參比條件下能量流量測量擴展不確定度可用公式(9)和公式(6)估算：u,(qe)2=√u,(qn)2+u,(Hv)2……………(9)式中：u,(Hv)——標準參比條件下體積發(fā)熱量的標準不確定度。根據(jù)GB/T11062和GB/T35186,該項不確定度主要來源于基礎數(shù)據(jù)、物性參數(shù)計算方法和組成分析，當采用二級標準物質時，用在線色譜分析進行組成分析時，u,(Hv)可取0.15%。10.2.5絕對靜壓或熱力學溫度測量不確定度評定絕對靜壓或熱力學溫度測量不確定度按公式(10)估算：式中：uy——絕對靜壓測量或熱力學溫度測量的標準不確定度；ξy——靜壓測量儀表或溫度測量儀表的準確度等級；Yx——靜壓測量儀表或溫度測量儀表的量程，溫度用以攝氏溫度(℃)為單位的數(shù)值；Y;——工作條件下的靜壓測量值(單位與壓力儀表量程相同)或溫度測量值(以熱力學溫度K為單位的數(shù)值)。(資料性)氣體超聲流量計測量的基本原理氣體超聲流量計是由流量計表體、電子組件及微處理器系統(tǒng)、超聲換能器等構成的流量計量器具。超聲換能器通常沿管壁安裝，且直接同氣體接觸，并承受氣體的壓力。由一個超聲換能器發(fā)射的超聲波脈沖被另一個超聲換能器所接收，反之亦然。如圖1所示為Tx和Tx?兩個超聲換能器的簡化幾何關射聲道，此時聲波脈沖在管壁上經(jīng)一次或多次反射。超聲脈沖穿過管道如同渡船渡過河流。如果氣體沒有流動，聲波將以相同速度向兩個方向傳播。當管道中的氣體流速不為零時，沿氣流方向順流傳播的脈沖將加快速度，而逆流傳播的脈沖將減慢。因此，相對于沒有氣流的情況，順流傳播的時間tp將縮短，逆流傳播的時間tu會增長，這兩個傳播時間都由電子部件進行測量。根據(jù)這兩個傳播時間，分別按公式(A.1)、公式(A.2)計算流速V和聲速C:式中：√——氣體沿聲道的平均流速，單位為米每秒(m/s);L——聲道長度，單位為米(m);X——聲道軸向距離，單位為米(m);tu—-聲脈沖逆流傳播的時間，單位為秒(s);tp——聲脈沖順流傳播的時間，單位為秒(s);C——聲波在氣流中的傳播速度，單位為米每秒(m/s)。A.2天然氣中的聲速流量計從上游和下游的兩個方向，向天然氣氣流中發(fā)射聲脈沖信號，聲波的逆流傳播時間和順流傳播時間之差為傳播時間差。由公式(A.1)可知，用流量計進行流量測量不受聲速影響。公式(A.2)表明，用聲道長度分別除以順逆流傳播時間再取平均，能測得聲速。將實測的聲速值與理論計算值相比較，可判斷流量計是否正常工作。對于流量計的用戶，了解氣體性質變化對聲速的影響規(guī)律是很重要的。天然氣的聲速與壓力、溫度、真實相對密度及組分有關。A.3超聲流量測量理論A.3.1管道中的流速可用一維速度矢量v描述流速，流速與空間位置x和時間t有關。對于半徑為R的長直管內的定常無渦流流動，唯一的非零時均速度分量是沿軸線方向的,且僅僅是徑向位置r的函數(shù)。對于充分發(fā)展的紊流速度分布，可用公式(A.3)半經(jīng)驗的冪函數(shù)表示：歸·化處理后的速度以歸·化處理后的速度以式中：v(r)——沿管道徑向位置r處的氣體流速，單位為米每秒(m/s);Vmx——管道中心處的最大流速，單位為米每秒(m/s);r——管道徑向位置，單位為米(m);R——管道半徑，單位為米(m);n——管道雷諾數(shù)R和管道粗糙度的函數(shù)。對于光滑管，n可用公式(A.4)普朗特方程表示為：當管道雷諾數(shù)已知，可用公式(A.4)計算n。再用公式(A.3)計算v(r),以得到管道截面的速度分布。此為定常流動狀態(tài)的描述。圖A.1為按公式(A.3)和公式(A.4)計算得出的速度分布曲線示意圖，且已按管道中心處最大流速vmx做歸一化處理，3個雷諾數(shù)的取值分別為Rp=10?(n=7.455)、Rep=對于充分發(fā)展的紊流，瞬時流速是時間和空間的復合函數(shù)。根據(jù)海因茲的推導，v=v(x,t)可以分解成公式(A.5):式中：u——瞬時流速平均值，一般為時間的函數(shù)，單位為米每秒(m/s);w——零均紊流速度脈動值，單位為米每秒(m/s)。這些紊流速度脈動總以穩(wěn)定紊流出現(xiàn)，可看作是隨機過程。相對徑向位置r/R圖A.1光滑管紊流速度分布示意圖A.3.2超聲流量測量在超聲流量測量中，聲脈沖靠一對壓電傳感器發(fā)射和接收，聲波在流體中的傳播已有理論描述，它是由一個特定的速度來表征的，通常是壓力、密度和流體組分的函數(shù)。用熱力學理論公式公式(A.6)可計算該速度：GB/T18604—2023式中：P——壓力，單位為帕(Pa);…………p——流體密度，單位為米千克每立方米(kg/m2);C——聲波在氣流中的傳播速度，單位為米每秒(m/s)。但是，熱力學聲速是無限大流體在零頻率下的值。在管道中，由于溫度和粘度的影響。在超聲頻率下的實際聲速與熱力學聲速可能稍有不同。對于氣體測量，這一差異可忽略。超聲脈沖沿聲道傳播，可用幾何聲學的聲線跟蹤方法進行計算。當聲速只有軸向分量(x方向)時，其僅與徑向位置有關[v=v(r)],可用斯耐爾(Snell)定律公式(A.7)確定其形式：式中φ(r)——沿管道徑向位置r處聲道角，單位為度(°)………(A.7)為進一步簡化，可假定聲速c為常數(shù)，則根據(jù)布尼和維馬斯的推導，可按公式(A.8)～公式(A.10)確定聲道：……………(A.9)如果給定超聲換能器的位置，則可求解這些方程，確定聲道。由于沿管道截面的速度不是常數(shù)，故聲道不是直線而是曲線，相對于管道軸線的聲道角也不是常數(shù)，且逆流聲道也不同于順流聲道。聲道的曲率取決于雷諾數(shù)和馬赫數(shù)，且隨著馬赫數(shù)和速度分布曲率的增加而增加。圖A.2給出了經(jīng)夸大的聲道曲率示意圖。圖A.2夸大的聲道曲率示意圖可將公式(A.11)和公式(A.12)代入公式(A.1)和公式(A.2),得到逆流和順流傳播時間，計算公式如下：……………(A.11)GB/T18604—2023…………(A.13)換言之，流量計所檢測到的速度等于沿聲道方向流體速度分量的平均值，按公式(A.13)計算V。如果將超聲換能器置于氣流邊界外，則應對公式(A.11)和公式(A.12)進行修改。如果存在溫度梯度，則超聲換能器安裝凹座處會產(chǎn)生聲速效應，故一般要求沿整個聲道的聲速應能代表流動介質的聲速。V是管道橫截面上的平均流速，即v(r)在管道橫截面上的積分再除以橫截面積，按公式(A.14)計算：式中：A——管道橫截面積，單位為平方米(m2)。……………如只有垂直于橫截面的速度分量，則校正后流速按公式(A.15)計算為：式中：V——校正后流速，單位為米每秒(m/s);ke——速度分布校正系數(shù)。速度分布校正系數(shù)可按公式(A.16)計算：如聲道在通過管道軸線的平面內，可用公式(A.17)近似計算k。(可有多個近似值):對于充分發(fā)展的紊流，如聲道不在通過管道軸線的平面內(即沿著傾斜的弦線),則計算公式不同。由于在實際應用中只知道雷諾數(shù)的范圍，因此宜選擇固定的k。系數(shù)值。在多聲道氣體超聲流量計中，超聲換能器有多種布置形式。聲道或相互平行，或是其他方向。流量計可以沿兩個或多個傾斜弦線直接傳播聲波或經(jīng)反射傳播聲波。用于將各個聲道的測量值合成為平均流速的方法也隨不同流量計結構而不同。因此，并非所有方法都要使用公式(A.16)、公式(A.17)的速度分布校正系數(shù)計算平均流量。表示為：…………(A.18)此處是沿聲道(弦線橫向位置為y)方向的平均流速，采用數(shù)字積分技術，如高斯積分方法，根據(jù)每一聲道的v(y;)計算出軸向平均流速V的近似值，計算方法見公式(A.19):m——與所用積分技術有關的權重系數(shù)；y;——第i個聲道超聲換能器的弦線橫向位置?！@是一種廣泛使用的數(shù)字積分技術，在流量計中有多種方式能實現(xiàn)這種技術。所選擇的聲道位置權重系數(shù)作為常數(shù)處理，而不要求對速度分布做假設，但這取決于所用的方法。工作條件下的體積流量(qr)按公式(A.20)計算：qr=V×A……………(A.20)式中：q?——工作條件下的體積流量，單位為立方米每秒(m2/s);V——校正后流速，單位為米每秒(m/s);A——管道橫截面積，單位為平方米(m2)。A.3.3超聲信號的產(chǎn)生測量流量所需的超聲信號由超聲換能器發(fā)射和接收，壓電超聲換能器采用石英或陶瓷材料。給壓電組件施加交變的電壓后，就會產(chǎn)生振動，振動組件在流體中發(fā)出聲波。由于壓電效應的可逆性，在入射聲波的作用下石英晶體產(chǎn)生變形，壓電組件會出現(xiàn)電子偏振，產(chǎn)生與機械應力相關的電壓。由于氣體的聲阻遠遠小于壓電組件的聲阻，通常要在氣體和壓電組件之間采用一層匹配材料以最大限度地發(fā)揮聲音效率，該層材料的聲阻介于氣體和壓電組件之間。超聲換能器表面通常為扁圓形，扁圓形柱狀結構的聲學特性已經(jīng)過許多資料證明。當連續(xù)發(fā)射單一頻率的聲波時，聲壓場具有聲波束的性質，其寬度取決于聲波波長與圓柱直徑之比，即該比值越大，聲波波束越寬。而且，隨著在氣體中被吸收，聲波會衰減。盡管在某些氣體(如二氧化碳)中，吸收較為嚴重，但在天然氣應用中，在聲道長度內，通常可忽略吸收影響。隨著在每個方向上一次或多次發(fā)射，會同步或交替地激勵超聲換能器。聲波頻率和脈沖重復性會因設計結構的不同而變化。信號處理方法可劃分為兩類：一類屬于時間范疇的方法；一類屬于頻率范疇的方法。采用這兩類方法中的哪一種特定方法，取決于傳播時間與超聲脈沖周期的關系或聲道長度與聲波波長的關系。對用于天然氣測量的大多數(shù)流量計而言，聲道長度(0.1m～1m)比聲波波長(通常約3mm)要大得多，因此都采用屬于時間范疇的方法。在屬于時間范疇的方法中，采用最廣泛的是單脈沖傳播時間測量法和相關峰值位移法。第一種方法要求進行兩項重要的操作：先檢測接收脈沖，再估計其到達時間。實際上，所有檢測技術的實現(xiàn)方法都是在接收脈沖中識別出一個或幾個預先確定的零電平交點。簡單但常用的方法是，當接收脈沖達到預定的幅值電壓時，給出觸發(fā)信號，接著檢測其后的第一個零電平交點，如圖A.3所示。采用更寬的脈沖并在脈沖穩(wěn)定部分檢測幾個零電平交點可改進該技術，并能避免脈沖過渡階段出現(xiàn)的脈沖周期變化。另外，每個脈沖的傳播時間按對應于每個零電平交點的各個傳播時間的平均值計算。第二種方法更先進，它是利用脈沖過渡階段幅值相對不變的波形，其不同之處是采用了相關技術，即發(fā)射脈沖和接收脈沖相關聯(lián)，按對應于峰值相關函數(shù)的時間來計算傳播時間。信號水平信號水平時問(任意單位)圖A.3接收脈沖的簡單檢測示意圖當聲波信號出錯時，增加了信號檢測的難度，此時會出現(xiàn)兩種誤差：脈沖丟失和零位錯誤。后者會導致計時誤差。接收幅值改變、波形變化或噪聲，都不能合理地判別正確的計時點。合理設計檢測器結構能最大限度地減少誤差出現(xiàn)。在實踐中，零位錯誤所帶來的后果比脈沖丟失還嚴重。通過有效性檢通常要對傳播時間進行偽值檢驗，并從數(shù)據(jù)組中剔除偽值。有若干可供選擇的檢驗方法，隨時對數(shù)值進行檢驗，以保證這些數(shù)值所提供的流體速度和聲速在實際中是可能存在的。最后，根據(jù)測得的幾個順流傳播時間和幾個逆流傳播時間，可計算順流平均傳播時間和逆流平均傳播時間。(資料性)流量計的實流校準B.1通則流量計溯源至國家標準的流量標準裝置或校準系統(tǒng)進行實流校準，用于減少因流量計聲道長度、聲道角度、測量管內徑和聲道位置等的誤差所造成的流量測量誤差。通過實流校準來確定流量計系數(shù)，并通過實流校準來判斷流量計的測量性能是否滿足第6章的要求。宜將流量計組件進行實流校準。B.2校準條件B.2.1標準裝置B.2.1.1實流標準裝置及其輔助測量儀表具有有效的校準證書，經(jīng)國家行政計量主管部門考核授權，溯源到相應的國家標準上。B.2.2實流校準流體及流動條件實流校準流體為天然氣或其他氣體，其組分宜基本穩(wěn)定，天然氣氣質符合5.1的要求，其物性或熱物理參數(shù)值(如密度、壓縮因子、聲速、臨界流函數(shù)等)采用GB/T17747.2和GB/T11062來計算。在實驗室進行實流校準時，在100s內，流體溫度變化不大于0.25℃,壓力波動不大于0.2%,流量波動不大大氣溫度宜為(一40～60)℃,相對濕度宜為(45～85)%,大氣壓力宜為(86～106)kPa。實流校準沒有外界磁場和機械振動的影響。B.3實流校準項目和方法實流校準前對流量計的隨機文件和外觀進行檢查。流量計宜附有說明書、出廠證書(或上一周期檢定證書)、測量誤差或測量不確定度和其他有關技術指標文件。流量計表體上有符合7.2.7要求的銘牌，流量計外觀質量符合7.2.8的規(guī)定。B.3.2零流量測試零流量測試按C.5執(zhí)行。B.3.3實流校準實流校準宜在接近工作條件的氣體溫度、壓力和密度下進行。實流校準至少測試重復性、流量示值誤差、最大峰間誤差等指標。必要時還宜對流量(或流速)范圍和壓力范圍等做出評定。流量計安裝符合8.2.2的上下游直管段、測溫孔、取樣孔和流動調整器，該流動調整器能夠保證在實驗室測試時的氣體流速分布與最終安裝后的流速分布無明顯不同，保證穩(wěn)定、充分發(fā)展的紊流速度分布，不存在渦流和脈動流。流量計取壓孔和測溫孔宜分別符合7.2.6和8.2.5的規(guī)定。將標準裝置在標準參比條件下的流量轉換成被校流量計處的工作條件下的流量時，其轉換壓力取壓孔和轉換溫度的測溫孔宜與被校流量計的對應相同或在其附近。實流校準時推薦至少測試下列流量點：qmin,0.05qmax,0.10qmax,0.25qmx,0.40qmx,0.70qmax和qmax。也可以增加其他流量點進行附加實流校準試驗。對于大口徑流量計的實流校準可能達不到上限流量值，可指定低于qmx的實流校準流量范圍，一般宜達到0.4qmx以上，此時，宜以標準裝置實際能夠。在測試過程中，每個流量點的每次測試流量與布點流量相比，其偏差宜不大于±5%。B.3.3.5測試次數(shù)在實流校準時，每個流量點至少測試6次。每次數(shù)據(jù)采集時間不宜小于100s。B.3.3.7預運行實流校準前，整個校準系統(tǒng)宜在一定流量范圍內預熱運行至少5min,待壓力、溫度和流量穩(wěn)定并B.3.3.8采集數(shù)據(jù)內容在每次測試過程中，除采集流量計顯示儀表的示值、標準裝置的示值和測試時間外，還宜根據(jù)需要，測試并采集流量計安裝處的流體溫度、壓力等。在校準過程中，宜采集每個流量下的流量計診斷數(shù)據(jù)。每個流量采集至少120s的診斷數(shù)據(jù)。在校準過程中，宜對每個流量進行至少一次聲速偏差檢查。該流量計診斷數(shù)據(jù)和聲速偏差檢查結果可用于建立流量計性能基線。B.3.3.9雙向流校準對用于雙向流測量的流量計，宜進行正、反兩個流動方向的實流校準。B.3.4數(shù)據(jù)處理流量計的流量和標準裝置的流量換算為同一狀態(tài)下的流量。流量計各校準流量點的相對示值誤差GB/T18604—2023按公式(B.1)～公式(B.3)計算：………(B.2)E;——第i校準點流量計的相對示值誤差，無量綱；q;——流量計第i校準點n次測量的平均流量，單位為立方米每小時(m3/h);(qs);——標準裝置第i校準點的n次測量的平均流量，單位為立方米每小時(m3/h);qy——第i校準點第j次校準時流量計的流量示值，單位為立方米每小時(m3/h);(q.);——第i校準點第j次校準時標準裝置的流量示值，單位為立方米每小時(m3/h);n——第i校準點重復測量的次數(shù)。流量計的相對示值誤差按公式(B.4)計算。E——流量計的相對示值誤|E;|mx——第i校準點絕對值最大的相對示值誤差，無量綱。B.3.4.2流量計的重復性流量計的重復性按公式(B.5)～公式(B.9)計算：Mr;——第i校準點的平均流量計系數(shù)；M;,——第i校準點第j次校準的流量計系數(shù)；Q;;——第i校準點第j次校準時在校準時間內流量計測得的累積量，單位為立方米(m3);(Q);——第i校準點第j次校準時在校準時間內標準裝置測得的累積量，單位為立方米(m3);E,=[(E,);]max…………(B.9)B.3.5校準系數(shù)調整方法B.3.5.1校準系數(shù)確定確定校準系數(shù)可采用以下方法：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、分段線性插值法等。B.3.5.2校準系數(shù)調整流量計示值誤差的修正，宜使用校準系數(shù)及下列方法進行：a)在流量計的規(guī)定流量范圍內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。校準系數(shù)的調整量不宜超出6.1中相應的最大誤差要求。通過實流校準得出新的校準系數(shù)并置入流量計，對流量計的測量誤差進行修正。在應用多個調整系數(shù)后，宜測試兩個驗證流量點，用戶可以指定多個校驗點，以確認修正計算和修正的應用是正確的。如果利用了線性化算法來修正流量計的性能，那么也宜測試兩個驗證點。確認后的校準系數(shù)在下次實流校準前不宜作任何修改。B.3.5.3模擬現(xiàn)場測試對實流校準后的流量計，可模擬現(xiàn)場安裝使用條件作安裝影響的測試，由于安裝影響造成的流量計示值附加誤差宜不大于±0.3%。B.3.5.4雙向流量計的測試對用于雙向測量的流量計，需要第二組校準系數(shù)，以用于反向流動的測量。如果在零流量檢驗測試期間，建立了偏移系數(shù)，那么按照實流校準的結果可對其進行修正，以便使流量計的整個準確度性能最優(yōu)化。制造廠宜把這一系數(shù)的變化記錄下來，以提醒用戶，為了提高最小流量準確度，零流量輸出可能包括某些人為引入的偏差。B.3.5.5校準證書對每項測試結果，宜以書面報告形式記錄下來，并形成校準證書，由制造廠或校準測試部門提供給用戶。對每一臺流量計，該證書宜至少包括下列內容：a)制造廠名稱及地址；b)標準裝置名稱及地址；c)流量計型號和系列號；d)信號處理單元硬件版本修訂號；e)所有配管和流動調整器的系列號；f)校準時，軟件配置參數(shù)的診斷報告；g)校準日期；h)測試人和檢驗人簽名；i)測試環(huán)境條件；j)對校準步驟的簡要描述；k)安裝條件或測試管道安裝示意圖；m)與所要求的測試條件不同或有偏差的說明；n)測量結果的不確定度評定計算公式及評定結果。(規(guī)范性)出廠測試要求C.1通則在流量計出廠之前，制造廠應對每一臺流量計進行出廠測試和檢查。出廠測試和檢查可參照JJG1030的規(guī)定或有相同效力的其他標準進行。所有的測試和檢查結果應記錄在制造廠的報告中，并提交給用戶。C.2強度測試對流量計表體應進行強度試驗，試驗介質為水或煤油，試驗壓力為1.5倍公稱壓力，并至少保持5min,經(jīng)檢查無泄漏和損壞。C.3嚴密性試驗對裝有超聲換能器和取壓隔離閥的流量計應進行嚴密性試驗，試驗介質為干空氣或氮氣，試驗壓力為公稱壓力，并至少保持5min。經(jīng)檢查無泄漏。C.4幾何尺寸測量C.4.1流量計表體的平均內徑用12個不同方位(大致等角距)的內徑測量值，算出流量計表體平均內徑，或由座標測量儀確定其等效值，分別在流量計表體的三個截面上測量內徑，三個截面分別位于：a)上游超聲換能器組處截面；b)下游超聲換能器組處截面；c)兩組超聲換能器的中間截面。C.4.2聲道長度的測量聲道長度可直接測量。如不能直接測量，則采用直角三角函數(shù)法推導計算。C.4.3溫度影響修正所有測量的尺寸應修正到溫度為20℃時的長度。對修正過的多個測量值取平均數(shù)，并修約到C.4.4測試和檢查結果記錄量人和檢驗人姓名、日期等。C.5零流量測試C.5.1零流量測試步驟零流量測試步驟如下。a)在流量計兩端法蘭外連接盲板，形成封閉的測量腔，并安裝與流量計準確度等級相匹配的溫度和壓力測量儀表。用抽吸或置換的方法把流量計內的所有空氣排出，充入已知聲速的純氣體(或混合氣體),在封閉的測量腔內保持氣體無流動。b)測試期間氣體的壓力和溫度應始終保持穩(wěn)定。每一聲道的聲速應至少記錄30s,然后計算在零流量時的傳播時間。從理論上講，在零流量時，信號的順流傳播時間和逆流傳播時間是相等的。但流量計測出的傳播時間包括了超聲換能器、電子電路和電纜中的延遲時間。c)計算出每一聲道的氣體平均聲速和標準偏差，并按照GB/T30500或其他與其計算結果相同的方法計算出相同工作條件下的理論聲速進行比較，對流量計進行必要的調整，使零流量讀數(shù)達到制造廠的技術要求。測試過程中，應記錄流量計所用的全部干標參數(shù)，包括超聲換能器和電子電路及電纜的傳播時間延遲、遞增延遲修正值、聲道長度、角度、測量管內徑和零流量偏C.6實流校準為減少流量計的測量誤差，出廠前可進行實流校準。(資料性)具備的文件除本文件其他部分要求提供流量計測量準確度、安裝影響、電子部件檢驗測試、超聲換能器和零流量檢驗測試的記錄文件及實流校準證書外，對特定的流量計，制造廠還宜對儀表的正確組態(tài)、啟動和使用向用戶提供必要的數(shù)據(jù)、證書和文件。D.2記錄文件制造廠宜向用戶提供具有下列內容的記錄文件，且所有記錄文件宜注明日期：a)對流量計的描述，給出其技術特點和工作原理；b)流量計軸測剖視圖和照片；c)零部件名稱和材料；d)帶有零部件名稱和編號的裝配圖；e)標有尺寸的安裝圖；f)表示檢驗標記和鉛封位置的示圖；g)與計量密切相關的零部件的尺寸圖；h)標牌或面板以及刻字布置圖；i)附屬裝置圖；j)安裝、操作、周期維護和故障檢修說明書；k)維護記錄文件，包括現(xiàn)場維護部分的圖紙；i)信號處理單元及其布局的說明和工作說明；m)對輸出信號的說明和對任何可調整部分的說明；n)電氣接口和用戶接線端子及其主要特征清單；o)軟件功能和信號處理單元的組態(tài)參數(shù)說明，包括故障值和工作說明；p)符合安全規(guī)程規(guī)范要求的設計和制造文件；q)流量計測量性能滿足第6章要求的記錄文件；r)流量計系統(tǒng)完全通過JJG1030規(guī)定的電子部件檢驗測試的記錄文件；s)影響流量的附加誤差不超過±0.3%的最小上下游直管段長度；t)影響流量的附加誤差不超過±0.3%的最大允許速度分布干擾；u)第9章所述的現(xiàn)場驗證測試步驟；v)提交的文件清單。D.3收到訂單后提供的資料收到訂單后，制造廠宜向用戶提供下列資料：a)所指定的流量計的安裝圖，包括法蘭端面間的尺寸、內徑、維修空間、電纜管連接點和流量計的總質量；b)推薦的備件清單；c)所指定的流量計的儀表電子線路圖。該圖宜示出用戶接線端子點和相應的返回到第一個隔離部件(如光電隔離器、繼電器、運算放大器等)的所有電子組件的電子接線圖，使用戶能合理設計接口電路。D.4發(fā)貨前準備的文件在流量計發(fā)運前，制造廠宜準備好下列文件供檢驗人員審查：a)材料的金相分析報告；b)焊接檢查報告；c)壓力測試報告；d)最終尺寸測試報告。(資料性)聲學噪聲的產(chǎn)生及防治措施E.1聲學噪聲的產(chǎn)生及影響與氣流擾動相關的很多因素，如：高速氣流流經(jīng)管道、突出的探頭、流動調整器以及附近工作中的調節(jié)閥均可能會產(chǎn)生聲學噪聲。當聲學噪聲的頻率范圍與流量計的工作頻率相近時，就可能會干擾聲脈沖檢測，從而干擾傳播時間的測量。如果流量計不能檢測到聲脈沖，就不能測量聲脈沖在換能器間的傳播時間，因此也無法進行流量測量。聲學噪聲干擾還會引起脈沖“誤檢測”,導致傳播時間的錯誤測量，從而導致計量誤差。E.2聲學噪聲的評估和防治E.2.1聲學噪聲的評估制造廠規(guī)定了超聲換能器的工作頻率，根據(jù)工作頻率可知道特定流量計可能受噪聲影響的頻率范圍。同時，流量計都有自診斷輸出，可根據(jù)自診斷信息來評估噪聲對流量計性能的影響程度。一般來說，噪聲源安裝在超聲流量計的上游比安裝在下游時對流量計的影響要大，即使將調壓閥和其他產(chǎn)生噪聲的設備安裝在流量計的下游，也不能保證對流量計的測量性能不造成影響。特定的安裝條件下可能存在噪聲干擾，在站場設計階段宜采取措施，防止噪聲干擾對流量計性能的不利影響。具有籠式消聲結構的調壓閥產(chǎn)生的噪聲頻率接近超聲換能器工作頻率，對流量計性能有較大的影響。流量計安裝在調節(jié)閥附近時，在站場設計階段宜評估以下因素：a)調節(jié)閥(即噪聲源)安裝在流量計的上游還是下游；b)流量計與噪聲源之間的安裝距離；c)流量計與噪聲源之間管件的數(shù)量和類型；d)流量計超聲換能器的工作頻率以及噪聲源產(chǎn)生的噪聲頻率范圍