GB/T 30243-2013 封闭管道中流体流量的测量 V形内锥流量测量节流装置

　　ICS 17. 120. 10 N 12

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 30243—2013

　　封闭管道中流体流量的测量V形内锥流量测量节流装置

　　Measurementoffluid flow inclosed conduits—

　　SpecificationsforV-conepressuredifferentialflow measuringdevice

　　2013-12-31发布 2014-07-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 30243—2013

　　目 次

　　前言 Ⅰ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 测量原理 2

　　5 产品分类与基本参数 3

　　5. 1 产品分类 3

　　5. 2 基本参数 3

　　6 测量的一般要求 3

　　6. 1 流体的性质 3

　　6. 2 流动状态 3

　　6. 3 安装 4

　　7 技术要求 4

　　7. 1 基本误差限和重复性误差 4

　　7. 2 耐压强度 4

　　7. 3 压力损失 4

　　7. 4 外观 4

　　8 试验方法 5

　　8. 1 试验设备和试验条件 5

　　8. 2 基本误差和重复性误差 5

　　8. 3 耐压强度 6

　　8. 4 压力损失 6

　　8. 5 外观 7

　　9 检验规则 7

　　9. 1 出厂检验 7

　　9. 2 型式检验 7

　　10 标志 、包装及储存 7

　　10. 1 标志 7

　　10. 2 包装 8

　　10. 3 运输 8

　　10. 4 储存 8

　　附录 A (资料性附录) 可膨胀性系数 ε 的计算 9

　　附录 B (资料性附录) V锥最小上 、下游直管段 10

　　参考文献 11

　　GB/T 30243—2013

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　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这些专利的责任 。

　　本标准由中国机械工业联合会提出 。

　　本标准由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会(SAC/TC124)归 口 。

　　本标准由上海工业自动化仪表研究院 、天津大学自动化系负责起草 。北京瑞普三元仪表公司 、重庆川仪自动化股份有限公司流量仪表分公司 、丹东通博电器(集团) 有限公司 、福建上润精密仪器有限公司 、合肥精大仪表有限公司 、江阴节流装置厂有限公司 、开封仪表有限公司 、山东飞龙仪表有限公司 、上海华强仪表有限公司 、上海肯特智能仪器有限公司 、上海信东仪器仪表有限公司 、天津市亿环自动化仪表技术有限公司 、天信仪表集团有限公司 、余姚市银环流量仪表有限公司 、浙江迪元仪表有限公司 、中国仪器仪表行业协会自动化仪表分会参加起草(按汉语拼音顺序排列) 。

　　本标准主要起草人 :张涛 、徐英 、李明华 。

　　本标准参加起草人(按汉语拼音顺序排列) :戈剑、郭爱华、郭永刚、何勤、李振中、林清萍、刘杰、刘忠海、吕宁军 、苗豫生 、邵思 、孙向东 、武丽英 、颜永丰 、赵仁玉 、朱家顺 、朱建国 。

　　Ⅰ

　　GB/T 30243—2013

　　封闭管道中流体流量的测量V形内锥流量测量节流装置

　　1 范围

　　本标准规定了安装在充满流体的圆形截面管道中测量流体流量的 V形内锥流量测量节流装置(以下简称 V锥)的术语 、产品分类 、基本参数 、要求 、试验方法 、检验规则 、标志 、包装及储存 。

　　本标准适用于测量单相流的 V锥 。

　　本标准不适用于测量脉动流的 V锥 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是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 191 包装储运图示标志

　　GB/T 2624. 1—2006 用安装在圆形截面管道中的差压装置测量满管流体流量 第 1 部分 : 一般原理和要求

　　GB/T 13384 机电产品包装通用技术条件

　　GB/T 17611—1998 封闭管道中流体流量的测量 术语和符号

　　GB/T 22133—2008 流体流量测量 流量计性能表述方法

　　ISO/TR 3313:1998 封闭管道中流体流量的测量 脉动流对流量测量仪表的影响(Measurement offluidflow in closed conduits—Guidelines on the effects offlow pulsations on flow-measurementin- struments)

　　3 术语和定义

　　GB/T 2624. 1—2006、GB/T 17611—1998和 GB/T 22133—2008界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　V形内锥流量测量节流装置 V-conepressuredifferentialflow measuringdevice

　　由测量圆管 、V形锥体组成的节流装置 。 在测量圆管内 , V 形锥体同轴固定安装在测量圆管的中心轴线上 。V形锥体由具有同一圆形底面的两个平截头圆锥体构成 。

　　3.2

　　等效直径比 equivalentdiameterratio

　　β

　　V锥锥体最大直径处的环隙流通面积相等的圆面积的直径与 V锥上游测量管道的内径之比 ,可表示为式(1) :

　　…………………………( 1 )

　　1

　　GB/T 30243—2013

　　式中 :

　　D — 上游测量管道的内径 ,单位为米(m) ;

　　d — V锥最大横截面的直径 ,单位为米(m) 。

　　3.3

　　永久压力损失 permanentpressureloss

　　压力损失或压损 pressureloss

　　流体为克服阻力(例如流体流过各种节流装置 、流量计 、阻流件 、或流动调整器时) 所引发的不可恢复的压力降低值 。

　　4 测量原理

　　充满管道的流体流经管道内的 V锥 ,流束将在节流件(V形锥体)与测量圆管的内壁之间形成局部收缩 ,从而使流速增加 ,静压力降低 ,于是在节流件前后产生静压力差(或称差压) 。流体的流速愈大 ,在节流件前后产生的差压也愈大 ,所以可通过测量差压来测量流体流经 V 锥时的流量大小 ,这种测量方法是以能量守恒定律和流动连续性方程为基础的 。原理结构如图 1所示 。

　　图 1 原理结构示意图

　　质量流量与差压的关系可用式(2)确定 :

　　qm

　　体积流量可用式(3)确定 :

　　qV …………………………( 3 )

　　其中 :

　　Δp= p1 - p2 …………………………( 4 )

　　式中 :

　　qm — 流体的质量流量 ,单位为千克每秒(kg/s) ;

　　qV — 流体体积流量 ,单位为立方米每秒(m3/s) ;

　　C — 流出系数 ,无量纲 ;

　　Δp—V锥上 、下游侧的差压 ,单位为帕(Pa) ;

　　p1 —V锥上游侧压力 ,单位为帕(Pa) ;

　　p2 —V锥下游侧压力 ,单位为帕(Pa) ;

　　ρ — 工作状况下 ,节流件上游处流体的密度 ,单位为千克每立方米(kg/m3 ) ;

　　附录 A。

　　ε — 被测介质的可膨胀性系数 ,无量纲(不可压缩流体 ε= 1,可压缩流体 ε<1) ,ε 的确定请参照

　　2

　　GB/T 30243—2013

　　5 产品分类与基本参数

　　5. 1 产品分类

　　V锥与管道连接方式分为 :

　　a) 法兰式 ;

　　b) 夹持式 ;

　　c) 焊接式 。

　　5.2 基本参数

　　5.2. 1 适用管道通径范围

　　V锥的适用管道通径范围为 25 mm~ 3 000 mm。

　　5.2.2 适用雷诺数

　　V锥的适用雷诺数大于 5 000,经过锥形芯体产生的差压应不大于表 1 的差压上限 。

　　表 1 差压上限值

　　节流比

　　0. 4

　　0. 5

　　0. 6

　　0. 65

　　0. 75

　　差压上限/kPa

　　400

　　370

　　310

　　270

　　150

　　5.2.3 等效直径比

　　V锥的等效直径比 阝在 0. 35~0. 85之间 。

　　5.2.4 前后锥角

　　V锥锥形芯体的前锥角为 35°~ 60°,后锥角为 60°~ 135°。

　　注 : 后锥角在 120°~ 135°之间为宜 。

　　5.2.5 取压方式

　　V锥取压方式分为管壁取压 、尾部取压 。

　　6 测量的一般要求

　　6. 1 流体的性质

　　流体可以是可压缩的或者被认为是不可压缩的 。

　　流体在物理学和热力学上可被认为是均匀的和单相的 。高分散度的胶质溶液(例如牛奶) ,也只有这类溶液 ,被认为相当于单相流体 。

　　6.2 流动状态

　　本标准不适用于脉动 流 的 测 量 。 流 体 的 流 量 应 该 恒 定 , 或 实 际 上 只 随 着 时 间 发 生 微 小 和 缓 慢 的变化 。

　　符合式(5)条件的流动被认为不是脉动流 :

　　3

　　GB/T 30243—2013

　　…………………………( 5 )

　　式中 :

　　Δp — 差压的时间平均值 ;

　　Δpr(′)ms— 差压波动分量的均方根值 。

　　Δpr(′)ms只能采用快速响应差压传感器进行精确测量 ; 而且整个二次系统要符合 ISO/TR 3313: 1998规定的设计建议 。但通常并不要求检查是否满足此条件 。

　　只有当一次装置内流体没有相变时 ,本标准相应部分规定的误差才是有效的 。

　　如果流体是气体 ,下游与上游的压力比(p2/p1 )应足够大 ,否则可膨胀性系数会有较大的不确定度(参见附录 A) 。

　　6.3 安装

　　V锥的安装应符合下列要求 :

　　a) V锥应安装在与上 、下游通径一致的相应管道上 ;

　　b) 流量调节阀应设置在 V锥的下游处 ;

　　c) V锥上 、下游的最小直管段长度由锥形芯体的几何结构决定 , 即受节流比 、前后锥角等影响 ,具体应由制造厂根据自行设计的结构通过实流试验给出 。 附录 B 为某一特定结构下的上 、下游最小直管段长度参考值 。

　　7 技术要求

　　7. 1 基本误差限和重复性误差

　　每一台 V锥在出厂前都应经过实流标定(校准)来确定它的流出系数和基本误差 。

　　经实流标定后 V锥的基本误差应不超过表 2 中的规定 ,重复性误差应不超过其基本误差限绝对值的三分之一 。

　　表 2 基本误差限

　　准确度等级

　　0. 5

　　1. 0

　　1. 5

　　2. 0

　　基本误差限/%

　　±0. 5

　　±1. 0

　　±1. 5

　　±2. 0

　　7.2 耐压强度

　　V锥应能承受 1. 5倍公称压力保持 5 min的耐压强度试验 ,无损坏 、无渗漏 。

　　7.3 压力损失

　　应提供 V锥的压力损失测试数据 ,并提供所测试 V锥的口径 、β值 、流量值等所需信息 。

　　7.4 外观

　　V锥的表面应光洁完整 ,金属零件应无锈蚀损伤 ,零部件 、紧固件无松动 。 铭牌上的所有文字 、数字 、符号及流向标记应正确清晰 。

　　4

　　GB/T 30243—2013

　　8 试验方法

　　8. 1 试验设备和试验条件

　　8. 1. 1 试验设备

　　液体流量标准装置 :

　　a) 流量标准装置的基本误差限应不超过 V锥基本误差限的二分之一 ;

　　b) 装置累积时间内的流量稳定性应优于 0. 2% 。

　　8. 1.2 试验条件

　　试验条件如下所示 :

　　a) 一般试验大气条件

　　环境温度 :5 ℃ ~ 35 ℃ ;

　　相对湿度 :35% ~ 85% ;

　　大气压力 :86kPa~ 106kPa。

　　b) 其他环境条件

　　机械振动应小到忽略不计 。

　　c) 试验介质

　　水或其他液体 。

　　当标定用介质的密度 、黏度不同于工况下的介质密度 、黏度时 ,应按等雷诺数原则 ,对标定用流量进行换算 。

　　8.2 基本误差和重复性误差

　　8.2. 1 试验方法

　　V锥安装在流量标准装置水平试验管段上 ,在流量上限值下预运行一段时间(>5 min) ,使管道介质温度均匀 ,流场稳定 ,然后开始进行试验 ,按 qmin、0. 2qmax、0. 4qmax、0. 7qmax、qmax 5 个标定点进行标定 ,分别测出标准流量值 、与之对应的差压值及密度值 ,计算流出系数 。

　　qmin和 qmax分别为 V锥的 流 量 测 量 下 限 和 上 限 , 经 计 算 如 果 0. 2qmax 等 标 定 点 小 于 流 量 测 量 下 限qmin,则该点可以取消 。对口径大于等于 300 mm 的 V锥 ,qmax允许设在上限值的 80%左右 。

　　8.2.2 流出系数的计算

　　用液体流量装置标定时 ,流出系数按式(6)计算 :

　　C …………………………( 6 )

　　式中 :

　　i — 标定点数 ,1,2,3,4,5;

　　j — 每个标定点的标定次数 1,2, … ,n,n≥3。

　　qVij — 第i个标定点上第j次标定测得的流体体积流量 ,单位为立方米每秒(m3/s) ;

　　Δpij — 第i个标定点上第j次标定测得的差压值 ,单位为帕(Pa) ;

　　Cij — 第i个标定点上第j次标定测得的流出系数 ,无量纲 。

　　第 i个标定点的平均流出系数 Ci 按式(7)计算 :

　　5

　　GB/T 30243—2013

　　Ci …………………………( 7 )

　　V锥的平均流出系数 C 按式(8)计算 :

　　C …………………………( 8 )

　　式中 :

　　Cimax— 第 i个标定点上测得的最大流出系数 ;

　　Cimin — 第 i个标定点上测得的最小流出系数 。

　　8.2.3 流出系数线性度误差计算

　　第 i个标定点的流出系数线性度误差δli按式(9)计算 :

　　…………………………( 9 )

　　V锥的流出系数线性度误差 δl 按式(10)计算 :

　　8.2.4 流出系数重复性误差计算

　　第 i个标定点的流出系数重复性误差δri按式(11)计算 :

　　式中 :

　　n— 每一标定点的测量次数 。

　　V锥的重复性误差δr按式(12)计算 :

　　δr = max(δri) ( 12 )

　　8.2.5 V锥基本误差的计算

　　V锥的基本误差δ按式(13)计算 :

　　…………………………( 13 )

　　式中 :

　　δl— 流出系数线性度误差 ;

　　δs— 流量标准装置的基本误差限 , 当其值不超过 V锥基本误差限的三分之一时 ,可以忽略不计 ,则得出式(14) :

　　δ=|δl | …………………………( 14 )

　　8.3 耐压强度

　　给 V锥通入 1. 5倍公称压力的液压 ,历时 5 min,观察外壳及密封面处有无损坏和渗漏现象 。

　　8.4 压力损失

　　利用 V锥上游的高压取压孔和下游侧(从 V形锥体的尾端算起的下游侧)6D 处设置的低压取压孔 ,在最大流量下测取两处的压差 , 即为其最大压力损失值 。记录被试 V锥的口径 、β值 、测试流量等信息 ,可以给出压力损失数据 。

　　6

　　GB/T 30243—2013

　　8.5 外观

　　采用目测法和相应的工具检验 V锥的外观 。

　　9 检验规则

　　9. 1 出厂检验

　　每台 V锥须经本厂质量检验部门检验合格 ,并出具产品合格证后方可出厂 。出厂检验如有项目不合格 ,允许修复后重新检测 。

　　V锥的出厂检验项目见表 3。

　　表 3 出厂检验和型式检验项目

　　序号

　　试验项 目

　　技术要求

　　试验方法

　　出厂检验

　　型式检验

　　1

　　基本误差和重复性误差

　　7. 1

　　8. 2

　　√

　　√

　　2

　　耐压强度

　　7. 2

　　8. 3

　　√

　　√

　　3

　　压力损失

　　7. 3

　　8. 4

　　—

　　√

　　4

　　外观

　　7. 4

　　8. 5

　　√

　　√

　　注 : “√ ”为必需检验项 目 ;“— ”为不检项 目 。

　　9.2 型式检验

　　9.2. 1 型式检验条件

　　在下列情况之一时 ,V锥应按本标准全部技术要求进行型式检验 :

　　a) 试制产品的定型鉴定或样机试验 ;

　　b) 正式生产后 ,如结构 、材料 、工艺有较大改进 ,可能影响产品性能时 ;

　　c) 产品停产一年以上再恢复生产时 ;

　　d) 国家质量监督机构提出型式检验要求时 。

　　9.2.2 型式检验的样本抽取和判定规则

　　检验的样品从出厂检验合格品中抽取 ,每次抽取 3 台 ,全部通过为检验合格 ,若有一台一项不合格 ,则加倍抽取样品,对不合格项进行复检 ,全部通过为检验合格 ,否则为检验不合格 。

　　10 标志、包装及储存

　　10. 1 标志

　　10. 1. 1 铭牌

　　V锥外壳的适当位置上应有铭牌 ,铭牌上标明 :

　　a) 制造厂名 ;

　　b) CMC标志和许可证编号 ;

　　7

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　　c) 产品名称 ;

　　d) 产品型号 ;

　　e) 制造日期和编号 ;

　　f) 公称通径 ;

　　g) 公称压力 ;

　　h) 准确度等级 ;

　　i) 平均流出系数 ;

　　j) 等效直径比 。

　　10. 1.2 外壳标志

　　在 V锥外壳的明显部位应有表示流体流动方向的永久性标志 。

　　10. 1.3 包装标志

　　包装箱外应有包装储运图示标志 ,标志应符合 GB/T 191的规定 。

　　10.2 包装

　　V锥的包装应符合 GB/T 13384的规定 。 随机文件装入资料袋 ,资料应有以下内容 :

　　a) 产品合格证 ;

　　b) 使用说明书 ;

　　c) 装箱单 。

　　10.3 运输

　　包装后的 V锥可用常规运输工具运输 ,应避免雨雪直接淋浸 ,并要防止剧烈的撞击和振动 。

　　10.4 储存

　　V锥应储存在环境温度为 -40 ℃ ~ +55 ℃ ,清洁 、干燥 、无腐蚀性气体和物质的场所 。

　　8

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　　附 录 A

　　(资料性附录)

　　可膨胀性系数 ε 的计算

　　A. 1 可膨胀性系数 ε 的计算公式

　　可膨胀性系数 ε 是考虑到流体的压缩性所使用的系数 。气体流量测量与校准中的关键问题是可膨胀系数 ε 如何确定 。根据 V锥的流量计算公式 ,可按式(A. 1)确定 ε值 。

　　…………………………( A. 1 )

　　可膨胀性系数 ε 应由制造厂根据自行设计的结构 ,通过实流实验和研究给出 。

　　A.2 可膨胀性系数 ε 估算公式

　　可膨胀性系数 ε 的估算见式(A. 2) :

　　式中 :

　　κ— 等熵指数 ,无量纲 。

　　注 : 估算公式(A. 2)依托现有实验装置 ,利用正压法和负压法五套气体流量标准装置 ,在不同上游侧压力下 ,对天津大学设计[9] ~ [11] 的不同等效直径比的 DN 50和 DN 100 口径 V锥流量计进行 73组实验 ,每组实验包含不同标定点 10个以上 。对全部实验数据进行有效性判别之后 ,利用有效数据拟合得到的 。其适用范围见表 A. 1。

　　表 A. 1 可膨胀系数计算模型适用范围

　　β

　　0. 45

　　0. 55

　　0. 65

　　0. 75

　　0. 85

　　流速范围m/s

　　≤40

　　≤60

　　≤75

　　≤85

　　≤90

　　p2 /p1

　　≥0. 65

　　≥0. 68

　　≥0. 70

　　≥0. 80

　　≥0. 89

　　不确定度

　　0. 75%

　　0. 55%

　　0. 67%

　　0. 73%

　　0. 55%

　　9

　　GB/T 30243—2013

　　附 录 B

　　(资料性附录)

　　V锥最小上、下游直管段

　　当锥形芯体的前后锥角分别为 45°和 120°时 ,不同等效直径比下 V锥与阻流件间所需的最小上 、下游直管段可参考表 B. 1(参见参考文献[12] ~ [14]) 。

　　表 B. 1 液体与气体测量 ,雷诺数≤2× 106

　　阻流件

　　上游

　　下游

　　单弯头

　　0. 45≤β<0. 65

　　0. 65≤β≤0. 75

　　2D

　　2D

　　3D

　　双弯头

　　0. 45≤β<0. 65

　　0. 65≤β≤0. 75

　　2D

　　1D

　　2D

　　三通

　　2D

　　3D

　　全开球阀

　　2D

　　3D

　　全开蝶阀

　　5D

　　3D

　　半月形孔板

　　5D

　　3D

　　同心渐扩管(在 2. 5D 长度内由

　　0. 67D 变为 1D)

　　2D

　　2D

　　同心渐缩管(在 3. 5D 长度内由

　　3D 变为 1D)

　　2D

　　2D

　　10

　　GB/T 30243—2013

　　参 考 文 献

　　[1] Stephen A. Ifft,EricD. Mikkelsen. PipeElbow Effectson theV-ConeFlowmeter,ASME Flu- ids Engineering Conference[R] ,Washington D. C. ,1993.

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　　[3] R. J. W. Peters, M. J. Reader-Harris, D. G. Stewart. An experimental derivation of an expansibility factorfortheV-Coneand wafermeter[R] . NorthSeanow MeasurementWorkshop,Kris- tiansand,Norway:2001.

　　[4] S. N. Singh, V. Seshadri, R. K. Singh, et al. Effect of upstream flow disturbances on the per- formance characteristics of a V-cone flowmeter, Flow Measurement and Instrumentation[R] , 2006, 17:291~ 297.

　　[5] Darin George, Edgar Bowles, Marybeth Nored, et al. Tests on the V-Cone Flow Meter at SouthwestResearch Instituteand the Utah StateUniversityin Accordancewith the New APIChapter 5. 7 TestProtocol[R] .

　　[6] R.J. W. Peters,Richard Steven,SteveCaldwell,etal.TestingtheWaferV-Coneflowmetersin accordance with API5. 7 “Testing Protocol for Differential Pressure Flow Measurement Devices”in the CEESIColorado testfacility,Flow Measurementand Instrumentation[R] ,2006,17:247~ 254.

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　　[16] APIManualof Petroleum measurementStandards,Chapter22—Testing Protocol,Section 2—DifferentialPressure Flow MeasurementDevices,firstedition,August2005.