GB/T 21391-2022 用气体涡轮流量计测量天然气流量

　　ICS 75 . 180 . 30 CCS E 98

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 21391—2022

　　代替 GB/T21391—2008

　　用气体涡轮流量计测量天然气流量

　　Measurementofnaturalgasflow byturbinegasmeters

　　2022-04-15 发布 2022-1 1-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 21391—2022

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语、定义和符号 1

　　3 . 1 术语和定义 1

　　3 . 2 符号 2

　　4 工作原理 3

　　4 . 1 结构和原理 3

　　4 . 2 影响测量准确度的因素 4

　　5 计量性能 4

　　5 . 1 通则 4

　　5 . 2 准确度要求 4

　　5 . 3 重复性 5

　　5 . 4 峰间误差 5

　　5 . 5 短期过载 5

　　5 . 6 工作温度范围 5

　　5 . 7 安装条件 5

　　5 . 8 最大允许压损 5

　　6 流量计要求 5

　　6 . 1 通则 5

　　6 . 2 耐压强度及严密性 6

　　6 . 3 流量计的连接和长度 6

　　6 . 4 取压口 6

　　6 . 5 可拆卸的流量计测量芯 6

　　6 . 6 润滑 7

　　6 . 7 电气安全 7

　　6 . 8 输出和显示 7

　　6 . 9 流量计标志 7

　　6 . 10 外观质量 8

　　6 . 11 适应环境的能力 8

　　6 . 12 运输和储存 8

　　6 . 13 流量积算 8

　　6 . 14 智能流量计 8

　　7 安装要求、使用及维护 10

　　7 . 1 安装环境 10

　　7 . 2 管道配置 10

　　Ⅰ

　　GB/T 21391—2022

　　7 . 3 使用 13

　　7 . 4 维护和检查 14

　　8 流量计算方法及测量不确定度估算 14

　　8 . 1 标准参比条件 14

　　8 . 2 体积流量计算 14

　　8 . 3 质量流量计算 15

　　8 . 4 能量流量计算 15

　　8 . 5 测量不确定度估算 16

　　附录 A(规范性) 实流校准 18

　　附录 B(资料性) 流量计的其他性能特性 25

　　附录 C(资料性) 流量计的现场检验 28

　　附录 D(资料性) 天然气流量计算实例 29

　　参考文献 32

　　图 1 带机械式转换器的涡轮流量计结构示意图 3

　　图 2 带电子式转换器的涡轮流量计结构示意图 4

　　图 3 带辅助设备的典型计量管路推荐安装方式 10

　　图 4 短管安装方式 11

　　图 5 紧凑连接安装方式 12

　　图 6 内置流动调整器的尺寸参数 12

　　表 1 准确度等级及最大允许误差 5

　　表 2 分界流量(qt) 5

　　表 A. 1 校准流量点 19

　　表 B. 1 依赖于最小流速及公称直径的最大流量的额定值 26

　　表 B.2 在 qmax下用常压下的空气作介质进行测试时，流量计的最大压损 26

　　表 D. 1 流量计算实例用天然气组成 29

　　Ⅱ

　　GB/T 21391—2022

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 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》的规定起草。

　　本文件代替 GB/T 21391—2008《用气体涡轮流量计测量天然气流量》，与 GB/T 21391—2008 相比，除结构调整和编辑性修改外，主要技术变化如下：

　　— 增加了气体组成在 GB/T 37124 范围内的要求，更改了标准参比条件所在章条(见第 1 章和8 . 1 , 2008 年版的第 1 章和第 8 章);

　　— 更改了规范性引用文件，所有文件为现行有效文件(见第 2 章，2008 年版的第 2 章);

　　— 更改了量程比、K 系数和分界流量的定义(见 3 . 1 . 2、3 . 1 . 6 和 3 . 1 . 7 , 2008 年版的 3 . 1 . 2、3 . 1 . 6 和3 . 1 . 7) ;

　　— 增加了测量芯、峰间误差、智能流量计和实流校准的定义(见 3 . 1 . 8~3 . 1 . 11) ;

　　— 更改了流量计结构原理，增加了不同类型的典型涡轮流量计结构示意图(见 4 . 1 , 2008 年版的4 . 1) ;

　　— 更改了一体化流量计重复性要求(见 5 . 3 , 2008 年版的 5 . 3) ;

　　— 增加了峰间误差要求(见 5 . 4) ;

　　— 将气流温度范围更改为工作介质和环境条件温度范围(见 5 . 7 , 2008 年版的 5 . 6) ;

　　— 更改了流量计输出和显示(见 6 . 8 , 2008 年版的 6 . 8) ;

　　— 更改了一体化流量计相关产品技术要求，增加了能量计量的功能(见 6 . 14,2008 年版的 6 . 14) ;

　　— 更改了推荐安装方式，将直通式推荐安装方式与带辅助设备的直通式推荐安装方式合并，删除了受限空间和紧凑安装方式中测温孔位置安装建议，并将这两种安装方式限定为一体化流量计(见 7 . 2 . 1 , 2008 年版的 7 . 2 . 1) ;

　　— 更改了不确定度估算中各标准不确定度的表达，以及发热量标准不确定度、标准参比条件下压缩因子和密度标准不确定度取值(见 8 . 5 , 2008 年版的 8 . 4) ;

　　— 更改了附录 A 中对校准用标准装置不确定度的要求(见 A. 2 . 1 , 2008 年版的 A. 2 . 1) 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由全国石油天然气标准化技术委员会(SAC/TC 355)提出并归口 。

　　本文件起草单位：国家石油天然气大流量计量站成都分站、中国石油天然气股份有限公司西南油气田分公司、中国石油天然气股份有限公司天然气销售分公司、国家管网集团新疆煤制天然气外输管道有限责任公司湖广分公司、中国石油工程建设有限公司西南分公司、国家管网集团西气东输管道分公司、国家管网集团西南管道有限责任公司油气计量中心、天信仪表集团有限公司。

　　本文件主要起草人：任佳、郭绪明、段继芹、谢富文、何敏、张智、黄和、邱惠、闵伟、夏寿华、袁平凡、刘丁发、陶朝建、周芳、伍淑辉。

　　本文件于 2008 年首次发布，本次为第一次修订。

　　Ⅲ

　　GB/T 21391—2022

　　用气体涡轮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气体涡轮流量计(以下简称流量计)的工作原理、计量性能、安装和使用维护、流量计算和测量不确定度评定、实流校准和现场检查等。

　　本文件适用于组成在 GB 17820 和 GB/T 37124 界定范围内，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。

　　GB/T 3836 . 1 爆炸性环境 第 1 部分：设备 通用要求

　　GB/T 3836 . 2 爆炸性环境 第 2 部分：由隔爆外壳“d”保护的设备

　　GB/T 3836 . 4 爆炸性环境 第 4 部分：由本质安全型“i”保护的设备

　　GB/T 4208 外壳防护等级(IP代码)

　　GB/T 11062 天然气 发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法

　　GB/T 13384 机电产品包装通用技术条件

　　GB/T 13610 天然气的组成分析 气相色谱法

　　GB/T 17747 . 1 天然气压缩因子的计算 第 1 部分：导论和指南

　　GB/T 17747 . 2 天然气压缩因子的计算 第 2 部分：用摩尔组成进行计算

　　GB/T 17747 . 3 天然气压缩因子的计算 第 3 部分：用物性值进行计算

　　GB 17820 天然气

　　GB/T 18603—2014 天然气计量系统技术要求

　　GB/T 21446—2008 用标准孔板流量计测量天然气流量

　　GB/T 25480 仪器仪表运输、贮存基本环境条件及试验方法

　　GB/T 35186 天然气计量系统性能评价

　　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。

　　3 . 1 . 1

　　气体涡轮流量计 turbinegasmeter

　　在流体作用下叶轮受力旋转，其转速与流体体积流量成函数关系的流量计。

　　注：通过流量计的流体体积流量是基于叶轮旋转数得到的。

　　3.1.2

　　量程比 rangeability/turndownratio

　　范围度

　　在最大允许误差范围内流量计的最大流量和最小流量之比。

　　1

　　GB/T 21391—2022

　　3.1.3

　　工作压力范围 workingpressurerange

　　满足流量计计量性能要求的压力范围。

　　3.1.4

　　工作温度范围 workingtemperaturerange

　　满足流量计计量性能要求的温度范围。

　　3.1.5

　　压损 pressureloss

　　管路中由涡轮流量计引起的不能恢复的压降。

　　3.1.6

　　K 系数 K factor

　　单位体积流体流过流量计时流量计发出的脉冲数。

　　[来源：JJG 1037—2008,3.1,有修改]

　　3.1.7

　　分界流量 transitionflow rate

　　在最大流量和最小流量间的流量值，它将流量范围分割成最大允许误差不同的两个区，即“高区”和“低区”。

　　[来源：JJG 1037—2008,3.3]

　　3.1.8

　　测量芯 measurementcartridge

　　流量计内部组件，可以从流量计体中拆卸下来，包括内置流动调整器(如适用)、叶轮和轴承等用于计量的部件。

　　3.1.9

　　峰间误差 maximum peak-to-peakerror

　　分界流量以上，最大示值误差与最小示值误差间的差值。

　　[来源：GB/T 18604—2014,3 . 2 . 14,有修改]

　　3 . 1 . 10

　　智能流量计 intelligentflow meter

　　集流量、温度、压力检测功能于一体，并能进行温度、压力、压缩因子自动补偿和流量积算的流量计。 [来源：GB/T 28848—2012,3 . 1,有修改]

　　3 . 1 . 1 1

　　实流校准 flow calibration

　　以天然气、空气或水等为介质所进行的流量计校准。

　　[来源：GB/T 18603—2001,3 . 1 . 13]

　　3 . 2 符号

　　下列符号适用于本文件。

　　c 流量计类型所代表的压损系数

　　D 流量计的公称通径E 相对示值误差

　　s 标准参比条件质量发热量

　　H(～)s 标准参比条件体积发热量

　　2

　　GB/T 21391—2022

　　K

　　K 系数

　　Mm

　　摩尔质量

　　Mf

　　流量计系数

　　P

　　绝对静压力

　　qe

　　能量流量

　　qv

　　体积流量

　　qm

　　质量流量

　　qt

　　分界量流量

　　qmax

　　质量流量

　　T

　　热力学温度

　　u

　　标准不确定度

　　U

　　扩展不确定度

　　Z

　　ρ

　　ψ

　　ξ

　　天然气压缩因子

　　天然气密度

　　测量范围

　　静压测量仪表或温度测量仪表的准确度等级

　　4 工作原理

　　4 . 1 结构和原理

　　涡轮流量计主要由传感器和转换器组成，传感器主要包括测量芯、壳体、前后导向件，转换器分为机械式和电子式两种，其典型结构分别见图 1 和图 2 。流动流体的动力驱使叶轮旋转，其旋转速度与体积流量近似成比例。 通过流量计的流体体积是基于叶轮的旋转数得到的。

　　a)带机械式转换器的正视图 b)带机械式转换器的侧视图标引序号说明：

　　1 — 机械表头;

　　2 — 壳体;

　　3 — 前导向件;

　　4 — 叶轮;

　　5 — 润滑油泵;

　　6 — 轴承;

　　7 — 后导向件。

　　图 1 带机械式转换器的涡轮流量计结构示意图

　　3

　　GB/T 21391—2022

　　a)带电子转换器的正视图 b)带电子转换器侧视图标引序号说明：

　　1 — 电子表头;

　　2 — 壳体;

　　3 — 前导向件;

　　4 — 叶轮;

　　5 — 润滑油泵;

　　6 — 轴承;

　　7 — 后导向件。

　　图 2 带电子式转换器的涡轮流量计结构示意图

　　4 . 2 影响测量准确度的因素

　　流量计的测量准确度主要受下列因素影响：

　　— 轴承的摩擦力变化;

　　— 气体黏度变化;

　　— 气体密度变化：气体密度变化可能带来流量计的范围度、压力损失以及准确度的变化;

　　— 流体温度、压力的变化：当工作时流体的温度、压力与校准或检定时的温度、压力有显著不同时，将引起系数的变化;

　　— 气流中固液杂质;

　　— 管道安装结构;

　　— 气体流态变化;

　　— 过载;

　　— 管线振动;

　　— 射频干扰或电磁干扰，流量计应远离电机等强电磁干扰的区域;

　　— 脉动流的影响，应把流量计设置在远离脉动的地方，或者在脉动源后附加脉动衰减器。

　　5 计量性能

　　5 . 1 通则

　　每一台流量计应符合第 6 章和第 7 章的技术要求。 为保证流量计使用中的计量性能，宜按附录 A进行实流校准。

　　5 . 2 准确度要求

　　操作条件下流量计的准确度应符合表 1 的要求，不同量程比的流量计分界流量见表 2 。

　　4

　　GB/T 21391—2022

　　表 1 准确度等级及最大允许误差

　　准确度等级

　　0.2

　　0.5

　　1.0

　　1.5

　　最大允许误差

　　qt≤qv≤qmax

　　±0 . 2%

　　±0 . 5%

　　±1 . 0%

　　±1 . 5%

　　qmin≤qv

　　±1 . 0%

　　±2 . 0%

　　±3 . 0%

　　表 2 分界流量(qt)

　　量程比

　　qt

　　10 ∶ 1

　　0 . 20qmax

　　20 ∶ 1

　　0 . 20qmax

　　30 ∶ 1

　　0 . 15qmax

　　≥50 ∶ 1

　　0 . 10qmax

　　5 . 3 重复性

　　重复性应不大于准确度等级对应最大允许误差绝对值的 1/3。

　　5 . 4 峰间误差

　　分界流量以上峰间误差应不大于 1 . 0%。

　　5 . 5 短期过载

　　在额定的压力和温度范围内，流量计应在 1 . 2qmax流量下运行至少 30 min 不损坏，并且不影响流量计的性能。

　　5 . 6 工作温度范围

　　生产厂家给出的流量计测量介质温度范围和工作环境温度范围应满足流量计性能要求，并至少应

　　为 - 10 ℃ ~40 ℃。

　　5 . 7 安装条件

　　安装条件对流量计的影响应不大于表 2 规定的最大允许误差的 1/3。 安装条件对流量计的影响试验见 GB/T 18940—2003 附录 E。

　　5 . 8 最大允许压损

　　生产厂家应提供各种类型和口径的流量计或流量计组件的压损数据。 压损计算方法及典型压损值见附录 B。

　　6 流量计要求

　　6 . 1 通则

　　流量计一般应满足以下要求：

　　5

　　GB/T 21391—2022

　　— 相同型号、相同压力等级和相同类型的流量计和部件应能互换;

　　— 流量计应具备防雨水、抗腐蚀和外力冲击等能力;

　　— 与气流直接接触的流量计轴承和机械驱动装置应具备防止气体中杂质进入的保护措施;

　　— 流量计的所有部件应选用几何尺寸稳定的材料制造，材料表面应进行防腐处理。以上的要求应根据相关标准评定，必要时宜通过仪器进行检测。

　　6 . 2 耐压强度及严密性

　　6 . 2 . 1 耐压强度

　　流量计出厂前，其承压部件应按有关标准进行强度试压，并由生产厂家提供合格证书。

　　6 . 2 . 2 严密性

　　生产厂家应提供组装好的流量计按相关标准进行严密性试验合格的证书。

　　6 . 3 流量计的连接和长度

　　流量计的入口和出口连接应符合相关标准。 流量计的入口连接端和出口连接端之间的长度应不大于 5D。

　　6 . 4 取压口

　　6 . 4 . 1 总则

　　取压口的设计应确保连接端不伸入气流中。

　　流量计上任何压力测试点或取压口均应配置适当的密封件。

　　6 . 4 . 2 测量取压口

　　流量计上通常应至少提供一个测量取压口，以便能在测量条件下测量涡轮叶轮处的静压。 该取压口用“fim”标识，如果流量计上有多个“fim”取压口，用常压下(±10 kPa) 的空气作测试时，各取压口压力读数的差值应不超过 50 Pa。

　　6 . 4 . 3 其他取压口

　　流量计上用于其他目的的取压口应用“fi”标识。

　　6 . 4 . 4 尺寸

　　圆形取压口直径应在 3 mm~10 mm,其最小深度应不小于孔径。 此外，其他均应符合 GB/T 21446 的规定。 槽形取压口在流动方向上尺寸应至少为 2 mm,横截面积应为 10 mm2 ~80 mm2 , 其深度最小应等于流动方向上槽形尺寸。

　　6 . 5 可拆卸的流量计测量芯

　　6 . 5 . 1 完整性

　　测量芯的完整性应符合以下要求。

　　— 具有可拆卸测量芯的流量计，其拆装和更换应不影响流量计的结构和完整性，并应符合 6 . 2 . 2的严密性要求。

　　— 流量计的可拆卸测量芯应有唯一的编号，该编号应被清晰地标在流量计外表面。

　　— 每一种流量计的可拆卸测量芯应能密封。

　　6

　　GB/T 21391—2022

　　6 . 5 . 2 性能

　　流量计的可拆卸测量芯在同型号和同口径的流量计上反复更换或拆装后，仍应保证其性能。

　　6 . 6 润滑

　　流量计润滑应符合以下要求。

　　— 为使流量计运行良好，其结构应使所需的任何润滑装置密封不泄漏，可采用永久性免维护方式或外部加注泵的形式。

　　— 当使用外部润滑油时，厂家应提供加注润滑油的质量要求和加注量，宜具有标号范围或互换性 。 当加注正确时，无论自动加注或手动加注，流量计的操作或性能不应受润滑剂的影响。

　　— 润滑油泵应能承受在流量计额定状态下的最大设计压力。

　　— 润滑系统的设计应考虑防水。

　　6 . 7 电气安全

　　流量计的所有电气部件应进行严格的测试和老化处理。 流量计应具备接地装置。 流量计的防爆等级应符合 GB/T 3836 . 1 的规定，隔爆型应符合 GB/T 3836 . 2 的规定，本质安全型应符合 GB/T 3836 . 4的规定，其他防爆型式的流量计应符合相应的专用标准规定。 电缆护套、橡胶、塑料和其他裸露部分应耐紫外光、油脂、高温和阻燃。

　　6 . 8 输出和显示

　　6 . 8 . 1 概述

　　流量计的输出由机械或电子计数器所组成，且不可复位和工作可靠，用以累计通过流量计的总量。脉冲信号或旋转轴的转速可以用来反映流量计的流量。

　　6 . 8 . 2 计数器容量

　　计数器以末位数为单位的数字位数，应足以指示相当于在最大流量下运行至少 8 000 h 通过的体积总量。

　　6 . 8 . 3 指示单位

　　指示单位应在指示装置上清晰明确地标明(如 m3 ) 。在指示装置十进制符号后面的数字应与十进制符号前面的数字清楚地区分开来，例如使用红色遮板包围。

　　6 . 8 . 4 可读性

　　应无需使用工具即可轻松读取指示值。 数字的最小高度应为 4 mm,最小宽度应为 2 . 4 mm。应能够在与窗口或显示器垂直的 15°内清晰正确地读取指示值。

　　6 . 9 流量计标志

　　6 . 9 . 1 概述

　　下列标志和铭牌应被固定在流量计上。 在正常使用条件下，这些标志应清晰可见、不易损坏。 当流量计处于正常工作位置时，标志和铭牌是可见的。

　　6 . 9 . 2 铭牌

　　流量计铭牌应至少标有以下内容：

　　7

　　GB/T 21391—2022

　　— 制造商名称或商标;

　　— 产品名称及规格型号;

　　— 出厂编号;

　　— 型评标志和编号;

　　— 准确度等级;

　　— 适用工作压力和工作温度范围;

　　— 公称直径;

　　— 操作条件下的流量范围;

　　— 计数器指示的每立方米脉冲数;

　　— 防爆等级和防爆合格证标志;