GB T 18215.1-2000 城镇人工煤气主管道流量测量 第1部分 采用标准孔板节流装置的方法.pdf

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1、前言随着城镇人工煤气迅速发展 制定符合我国国情的城镇人工煤气主管道中煤气的流量测量标准是现有燃气行业急待解决的问题也是深化改革改善企业管理的迫切需求本标准中的标准孔板节流装置的主要技术要求等同于国际标准 用差压装置测量流体流量第一部分 安装在充满流体的圆形截面管道中的孔板喷嘴和文丘里管 及引用流量测量节流装置用孔板喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量本标准的附录 附录 附录 是标准的附录 本标准的附录 附录 附录 和附录 是提示的附录本标准由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会提出并归口本标准主要起草单位 上海工业自动化仪表研究所中国计量科学研究院 上海市煤气公司 北京博思达仪器仪表有限公司

2、参加的单位有中国市政工程华北设计研究院 冶金工业部鞍山焦化耐火材料设计研究院北京市煤气热力工程设计院 北京市煤气公司 沈阳市煤气公司徐州市煤气公司河北宣化煤气公司厦门市煤气公司北京炼焦化学厂 石家庄焦化厂上海西派埃自动化工程有限公司天津新科成套仪表有限公司 辽宁省朝阳市煤气公司本标准主要起草人邵瑞华翟秀贞罗元海 王京安中华人民共和国国家标准城镇人工煤气主管道流量测量第 部分 采用标准孔板节流装置的方法国家质量技术监督局 批准 实施范围本标准规定了城镇人工煤气主管道流量测量中以多管并联标准孔板节流装置包括可换孔板节流装置为原理的差压式流量计的流量计算 测量系统的构成技术要求与安装要求人工煤气的物

3、理性质及计算公式 以及测量系统的检验规则和流量测量的不确定度等内容本标准中规定的流量测量方法和系统适用于圆管的人工煤气的流量测量引用标准下列标准所包含的条文 通过在本标准中引用而构成为本标准的条文 本标准出版时所示版本均为有效 所有标准都会被修订 使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性流量测量节流装置用孔板 喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量城市燃气相对密度测定方法人工煤气流量显示仪表差压式流量计检定规程定义和符号定义本标准采用下列定义城镇 人工煤气由人工制气厂生产的城镇煤气主管道由制气厂或经营企业输送到用户之前用于贸易结算的总管道多管并联将主管道通过汇管分成多条并联管的一种连接

4、 它便于清扫 提高流速扩大范围度和方便检验可换孔板节流装置以孔板为节流件在不拆动管线或不停气情况下可更换孔板进行检查和清洗的节流装置符号本标准中使用的符号见表 脚标见表 表中未列的符号见本标准有关条文的说明表 符号序号 量符量纲法定计量单位 备注流出系数 无量纲工作条件下上游管道内径工作条件下孔板开孔直径相对误差 相对不确定度 无量纲孔板上下游侧直管段煤气的绝对静压差压压力损失质量流量体积流量与 有关的雷诺数 无量纲煤气的热力学温度煤气的摄氏温度平均轴向流速直径比 无量纲可膨胀性系数 无量纲煤气的比热容比 无量纲煤气的动力粘度阻流件的局部阻力损失系数 无量纲煤气的密度相对湿度 无量纲表 脚标含

5、义 符号临界折合对比干的湿的水蒸气次数管数 阻流件数质量 混合最大饱和标准状态对比次数 方次定压定容 体积上游 状态下游 状态约定状态测量原理和计算公式原理测量管道由和主管道串联的多根并联管道组成 充满主管道的煤气经汇管分别流入安装在各并联的测量管道内的节流装置 以下简称节流装置 流束在孔板处形成局部收缩 从而使流速增加 静压力降低于是在孔板前后产生了差压 流速越高产生的差压就越大本标准规定的测量方法是通过各条并联管上的节流装置来测量主管道中人工煤气的流量为便于清洗检修更换和检定 可优先采用可换孔板节流装置计算公式流量计算公式主管道的总的质量流量 可按公式 通过各条并联管上节流装置测得的各分流

6、量 计算获得式中 由公式 求得式中 用公式 计算体积流量 用公式 计算当计算的结果用体积流量表示时 应将其换算到标准状态 一般取 或约定的参比状态下由供需双方确认的参比压力 温度及湿度 的值 标准状态下体积流量 按公式 计算 约定状态下的体积流量 按附录 中的公式 换算流量状态换算公式列在附录 标准的附录中差压式流量计示值修正公式列在附录 标准的附录中雷诺数计算公式上游管道直径表示的雷诺数 按公式 计算压力损失计算公式测量系统中 汇管之间单根管线总的压力损失 按公式 计算式中 与 分别表示各阻流件出口处的密度与流速 为差压的上限值测量系统的构成和技术要求构成测量系统是由多管并联节流装置及其测量

7、管道与管件差压信号管路差压变送器 温度变送器 压力变送器及流量显示装置构成其示意图见图节流装置及其测量管道与管件的铺设用单管说明 见图 图中虚线框内为节流装置 它包括孔板 取压装置和前后测量管节流装置及其测量管道与管件 压力温度差压信号管路压力 差压 温度变送器 流量显示装置图 测量系统示意图主管道 疏水器 汇管 全开球阀或全开闸阀三通 或 弯头 孔板节流装置图 节流装置及其测量管道与管件铺设示意图技术要求对煤气的要求测量的煤气应是牛顿流体在物理学和热力学上是均匀的和单相或可以认为是单相的流体测量的煤气质量应符合 的规定进入测量系统的煤气 流动应稳定或随时间缓慢变化测量系统的准确度等级应满足表

8、 的要求用于贸易结算的测量系统准确度一般应优于级表 测量系统的准确度等级准确度等级基本误差限注 基本误差限以示值的百分数表示 优先使用不带括号的等级采用可换孔板节流装置或多管并联形式在不停气的条件下 可以对节流装置进行清洗检修更换和检定 清洗周期根据煤气脏污程度而定一般首次为三个月孔板与取压装置应符合 中第 章的要求仪表要求仪表包括差压变送器 压力变送器 温度变送器 检测密度的仪器流量显示装置也称二次表或二次装置 等仪表应能实现本标准规定的计算公式软件及准确度等要求仪表的防爆性能应符合防爆场所的防爆等级的要求流量显示装置的技术要求应符合 中第 章的要求流量显示装置应具有设定计量人工煤气所需要数

9、学模型的各种参数流量显示装置基本误差的试验方法按附录 提示的附录 进行测量系统的安装要求节流装置安装的部位节流装置离压送机应足够远 以尽可能满足稳定流的要求 如果节流装置处产生脉动流则见附录提示的附录节流装置及其管路管件的安装节流装置一般应设置在主管道输气管道上方由汇管与其连接 见图节流装置采用多管并联形式分为双管 型 三管及四管并联三种节流装置及其测量管道内表面应无明显的凹凸坑及其他异物直管段长度当孔板上下游侧的阻流件按图 铺设时直管段长度 应根据 由表 确定 其他按的表 最短的直管段长度上游直管段长度 下游直管段长度注 表中 的值为管径 的倍数 使用括号内的数值时应增加附加 不确定度测量管

10、道圆度孔板上游 长度范围内任意直径与平均直径 长度内 个直径的平均值 之差应不超过 当 以外由一种或多种截面的管道组成若干台阶高度 若 不超过 的圆度要求则流出系数的误差 无附加不确定度 当 超过 的圆度要求但又满足公式 和 时则应在 上算术相加 的附加不确定度式中 台阶高度上游取压口或夹持环到台阶的距离上游管道的相对粗糙度应满足 的要求 绝对粗糙度 单位同孔板应垂直于管道轴线 其偏差允许在 之间孔板中心轴线与管道轴线之间的偏差 不同轴度 满足公式 时 则流出系数的误差 无附加不确定度 当 满足公式 时 应在 上算术相加 的附加不确定度式中 孔板轴线与管道轴线之间的偏差 不同轴度流体静压应在上

11、游取压口平面处取出与差压取压口分开流体温度应在下游靠近的主管道处取出装配测量管与节流装置在组装前应检验合格待管道清洗后再装配 取压口方向见 装配和夹紧的方法均应保证孔板及取压装置安装在正确的位置上保持不变其密封垫圈不应有任何部位突入管道内测量管可以是纵向焊接管 但内部焊缝应该与管子的轴线平行 焊缝所在的管轴平面与任一取压口轴线所在管轴平面之间的夹角应大于在测量系统前应有排水系统及防冻措施测量系统的密封性测量系统的密封性应在 倍公称压力下 持续时间不少于 进行密封性试验 压力降小于差压信号管路应保证节流装置的输出差压信号无泄漏 无堵塞现象 能够准确无误地传送给差压变送器应防止冷凝水进入导压管正负

12、导压管应尽量靠近导压管应垂直或倾斜铺设 倾斜度不得小于 导压管内径一般为长度不超过安装节流装置的主管道水平或倾斜时 取压口位置如图 所示 当安装节流装置的主管道垂直时取压口的位置在取压装置的平面上可任意选择图 取压口位置差压变送器的安装位置一般按图 进行截断阀门 节流装置 差压变送器差压变送器装在节流装置上方截断阀门 节流装置 差压变送器差压变送器装在节流装置下方图 差压变送器的安装位置 可任意选用煤气的物理性质及计算公式密度及其计算公式煤气的密度可以在孔板前用检测密度的仪器测定参见 也可根据孔板前的流体组分 工作状态 计算或由表中查得标准状态下湿煤气的密度按公式 计算式中 湿煤气在标准状态下

13、干部分的密度湿煤气在标准状态下湿部分的密度煤气在标准状态下干部分的密度按公式 计算式中 煤气各组分的体积百分数工作状态下湿煤气的密度按公式 计算式中 湿煤气在工作状态下干部分的密度湿煤气在工作状态下湿部分的密度与 分别按公式 和 计算式中 气体压缩系数工作状态下饱和水蒸气压力工作状态下饱和水蒸气密度湿度及其计算公式煤气在净化过程中都经过洗涤因此一般水分含量都呈饱和状态相对湿度为 在工艺末端设置增压风机 或在煤气输配过程中经增压后水蒸气呈不饱和状态 随着温压状态的变化 煤气的湿度亦发生变化因此在计算煤气密度时应根据具体情况确定湿度的数值 本标准用相对湿度计算相对湿度 为湿煤气中实际所包含的水蒸气

14、量与同温度下最大可能水蒸气量的比值 常用公式表示不同状态 的换算按公式 计算若由公式 求出的 时 说明在工作状态下的煤气已被水蒸气饱和 而且部分水蒸气已冷凝这时取粘度及其计算公式粘度是用于雷诺数计算的参数由于 的准确度对 的影响较小 粘度的准确度不必像代入流量公式中的参数那样高单气体的动力粘度计算公式单气体的动力粘度用公式 计算由两个已知的气体动力粘度值 与 确定系数 和 与 分别用公式 和 计算煤气的动力粘度计算式煤气的动力粘度 按公式 计算式中 各组分的摩尔分子量粘度主要用于 计算在常用工作压力与工作温度下变化很小在煤气计量中可用 左右组分的粘度来计算等熵指数及其计算公式计算气体可膨胀性系

15、数 值时 需要知道被测气体的等熵指数 只有气体服从理想气体定律时才等于比热容比即定压热容与定容热容的比值煤气的等熵指数不服从叠加规律 但其定压热容和定容热容服从叠加规律可按叠加规律求得 然后再求出煤气的比热容比 等熵指数对流量计算不很敏感尤其是对工作于低压状态的煤气 可以用比热容比近似计算等熵指数煤气比热容比 可按公式 计算式中 定压热容可从附录 提示的附录查得取 或附近温度下的值在煤气计量中 用 左右的组分来计算检验规则各部件的检验节流装置及管路管件检验孔板取压装置 测量管管路管件的检验应按 的第 章 第 章进行 其结果应符合 的要求如采用可换孔板节流装置孔板升降及孔板座体的检验至少重复 次

16、 并应符合 的要求差压信号管路用目测法或量具进行检查 其结果应符合 的要求仪表检验差压变送器的检验应按 的第 章 第 章进行其结果应符合其准确度等级要求流量显示仪表检验应按 中的 进行其结果应符合其准确度等级要求测量系统检验节流装置与仪表应有制造计量器具许可证 产品合格证书与检定证书测量系统密封性检验应对每条测量管加压到 倍公称压力 观察 其结果应符合 的要求在测量系统投运前应在规定的温度压力范围内检验理论计算流量与显示装置显示的流量 其差值应符合双方合同的要求 其测试方法应按附录 的规定进行流量测量的不确定度测量系统的流量测量相对不确定度 和 和 的置信概率为 根据误差传递原理 分别按公式

17、和公式 计算式中 和 分别按公式 和公式 计算式中 分别表示 的相对不确定度参考 中的和当不符合标准 又能给出附加误差时的总的附加误差应根据供需双方的合同 其值不超过表 基本误差限的要求附录标准的附录煤气流量换算公式湿煤气体积流量的换算公式式中 分别为状态 和状态 湿煤气的体积流量分别为状态 和状态 的绝对压力分别为状态 和状态 的热力学温度分别为状态 和状态 的煤气压缩系数分别为状态 和状态 的煤气相对湿度分别为状态 和状态 的水蒸汽最大可能压力工作状态下干煤气体积流量换算到标准状态时的体积流量式中 工作状态下干煤气的体积流量状态下干煤气的体积流量状态下干煤气的体积流量工作状态下干煤气密度分

18、别为工作状态下绝对压力 热力学温度 压缩系数分别为 及 状态下干煤气的密度分别为标准状态下的绝对压力分别为 的热力学温度分别为 及 状态的煤气压缩系数煤气的压缩系数计算公式单气体压缩系数 采用公式 方程计算式中 分别按公式 和 计算和式中 气体的对比压力气体的对比温度气体的临界压力气体的临界温度采用迭代法求 按公式 计算式中 按公式 和 计算方程亦用于煤气压缩系数的计算这时式中的对比压力 对比温度应采用折合对比压力和折合对比温度 折合对比参数按公式 和 计算附录标准的附录差压式流量计示值修正公式流量示值 气体密度改变时 气体温度改变时 气体压力改变时 气体温度和压力改变时 气体湿度改变时工作状

19、态下被测气体的流量干气体在标准状态的流量湿气体干部分在标准状态的流量注被测气体的状态和参数改变时 其各量的符号与改变前相同 只是在符号的右上角加以上所列各式仅适用于不至于引起流出系数 改变的情况下如果由于有关参数变化较大而引起流出系数 改变时相应地乘以 数值附录标准的附录设计计算例题节流件为标准孔板孔径的节流装置设计计算例题已知条件被测流体 高炉煤气组分体积百分量流量 状态工作压力表压工作温度工作状态下相对湿度差压上限允许的压力损失管道内径管道材质 钢轻微锈蚀纵向焊接管管道和局部阻力件敷设简图按设计要求敷设仪表使用地点 乌鲁木齐附近取压方法 取压 配 型差压变送器辅助计算仪表使用地点平均大气压

20、工作压力 绝对工作温度管道材质及孔板的线膨胀系数工作温度下的管道内径各组分在 状态下 干气体的密度组分各组分在工作状态下的压缩系数状态下 高炉煤气干部分的密度 按公式 计算工作状态下高炉干煤气的密度 按公式 计算式中当 时 由附录 查表得工作状态下高炉湿煤气的密度 由公式 计算式中 当 时由附录 查表得工作状态下高炉煤气的动力粘度各组分的动力粘度和摩尔分子量表中 是根据公式 计算得到并由附录 查表得高炉煤气的动力粘度 由公式 计算工作状态下高炉煤气的等熵指数各组分的等熵指数和定压比热容时的值高炉煤气的等熵指数 按公式 计算管道粗糙度求故可采用 取压方式标准孔板工作状态下高炉煤气的体积流量流量状

21、态换算按公式 计算求 值按公式 计算验算最小界限雷诺数求 值计算求求假设迭代停止求验算流量允许偏差值求最大压损确定最小直管段长度流量测量不确定度 按公式 计算首先 节流装置零部件的几何精度经检验符合本标准要求 则是差压变送器的精确度等级三管并联可换孔板节流装置差压计算例题某焦化厂总管流量 常用流量 最小流量口径 设计三管并联管道和可换孔板节流装置两管运行余一根管作为备用和在线校验 单管两管情况相同 差压计算如下已知条件被测流体 焦炉湿煤气 以下简称煤气供需双方约定的煤气流量结算状态为单管流量煤气的体积流量结算状态下管道内径孔板开孔直径管道材质的线膨胀系数孔板材质的线膨胀系数工作压力 当地大气压

22、为表压工作温度工作状态下相对湿度在 状态下干煤气的密度煤气的动力粘度煤气的等熵指数煤气的压缩系数取压方式 法兰取压辅助计算工作压力 绝对工作温度工作状态下的管道内径 孔板开孔直径和孔径比工作状态下煤气的密度工作状态下煤气的体积流量求 值验算最小界限雷诺数满足最小界限雷诺数要求计算求流出系数式中 法兰取压求迭代计算求设迭代停止验算 值计算不同流量时对应的差压流量 差压 流出系数 可膨胀性系数 雷诺数流量测量不确定度 按公式 计算首先 节流装置零部件的几何精度经检验符合本标准要求 则选用 差压变送器 精确度等级为测压和测温仪表的精确度等级为如果供需双方约定 经确认的煤气流量结算状态为则上述 中辅助

23、计算的第 项工作状态下的煤气体积流量为计算不同流量时对应的差压流量 差压 流出系数 可膨胀性系数 雷诺数附录提示的附录煤气脉动流平均流量测量指南城镇人工煤气需经压送机远程输送如果节流装置处流体产生脉动 脉动流测量误差和平均流量的测量计算公式如下稳定流阈值或式中 轴向流速时均时间平均 流速流速脉动分量流速脉动分量均方根值节流装置产生的差压时均差压差压脉动分量差压脉动分量均方根值采用差压式流量计测量脉动流时建议采取以下措施在管线上采用衰减措施 安置滤波器由容器及管阻组成仪表检测件尽量远离脉动源采用尽量大的 和 在测量处减少管线尺寸管线 仪表支架安装牢固二根差压取压管阻力要对称脉动衰减阻尼准则式中

24、脉动源处质量流量脉动分量的均方根值时均质量流量流量计流量示值由于脉动产生的最大允许相对误差气体的等熵指数霍奇森阻尼准则式中 脉动源与流量计之间容器及管线的容积每脉动周期时均体积流量脉动源与容器之间在恒压下的时均压损容器中平均绝对静压满足公式 流量测量可按 计算时均流量 或时均流量的流量误差公式 和 的使用条件为式中 测量相对误差差压脉动分量均方根值在同样时均流量下 稳定流时节流装置产生的差压时均体积流量体积流量脉动分量均方根值的时均值的时均值为附加误差它与 求得的基本误差合成为流量测量总误差附录提示的附录流量显示装置基本误差的试验方法输入参数设置参数流量显示装置一般应能方便地设置下列参数测量管

25、内径测量管材质的线胀系数孔板开孔直径孔板材质线胀系数当地常用大气压煤气工作状态相对湿度流量结算的约定标准状态变送器的测量范围差压变送器压力变送器温度变送器密度 下列方法中任选一种煤气体积组分 见表表组分体积各组分的体积之和应为按 输入干煤气的相对密度或标准状态 下干煤气的密度外输入参数从接线端子输入与 相应的电流信号 标准信号源可用恒压源 也可用恒流源 用不低于 位半的数字电压表对输入信号监测试验步骤体积流量计量基本公式式中 湿煤气密度 按本标准中公式 公式 和公式 确定工作状态 湿煤气的体积流量煤气的动力粘度 和比热容比 按本标准中公式 公式 公式 公式 和公式计算其余参数的定义及确定方法应

26、符合 的规定在约定状态下煤气的体积流量为式中 约定状态下湿煤气的体积流量煤气工作状态下压缩系数 按附录 中公式 公式 公式 公式 公式和公式 计算工作状态下煤气的绝对压力热力学温度由相应变送器提供工作状态下湿煤气的相对湿度一般情况可取 某些场合按实际测量结果而定试验方法按表 要求送入标准化信号的组合并用数字电压表读出其准确值 在显示屏读出实测流量值用 表示 按公式 公式 提供的基本算式 计算理论值 用 表示 由于输入信号为标准信号 与 之差即反映了流量显示装置的流量计量误差 循环测量三次取其中最大的数 作流量显示装置的流量计量误差表试验点 输入方式外输入外输入外输入实测值理论值注 括号内数字表示变送器输出为附录提示的附录气体性质表表名称 分子式分子量密度 理想相对密度空气压缩系数 比热容比 沸点 临界点温度 压力 密度 压缩系数偏心因子空气干氮氧氦氢甲烷乙烷丙烷丁烷异丁烷戊烷乙烯丙烯丁烯顺丁烯反丁烯苯氨硫化氢一氧化碳二氧化碳 升华附录提示的附录饱和水蒸气的压力和密度表表绝对压力表 完绝对压力