ICS 75.18.30 E 98
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T30500---2014
气体超声流量计使用中检验
声速检验法
Ultrasonic gas flow meter performance online audit-
Method using speed of sound checking
2014-06-01实施
2014-02-19发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 发布中国国家标准化管理委员会 GB/T30500—2014
目 次
前言 1范围 2 规范性引用文件 3 术语、定义和符号. 3.1 术语和定义 3.2 符号
..
基本原理 4.1 理论声速 4.2 测量声速 4.3声速检验法的原理技术要求 5.1 气体条件 5.2 气体组成测量 5.3 压力测量 5.4 温度测量 5.5 安装条件 5.6 技术要求声速检验 6.1 测量条件 6.2 测量设备 6.3 测量前检查 6.4 测量程序测量结果处理 7.1 声速偏差计算 7.2 最大声速差计算 7.3 重复性计算 8 检验结果
4
5
6
检验间隔附录A（资料性附录） 天然气和其他烃类气体中的声速计算附录B（资料性附录） 超声流量计的信息诊断
9 GB/T 30500—2014
前言
本标准按照GB/T1.1--2009给出的规则起草。 本标准在起草过程中参考了美国天然气协会第9号技术报告（AGAReportNo.9）《用多声道超声
流量计测量天然气流量》（Measurementofgasbymultipathultrasonicmeters）和第1o号技术报告（AGAReportNo.1o）《天然气和其他相关烃类气体中的声速》（Speedofsoundinnaturalgasandother relatedhydrocarbongases)的部分内容。
本标准在起草过程中参考了JJG1030一2007《超声流量计》。本标准的主要技术要求与 JJG1030—2007的主要差异如下：
增加了声速检验法的基本原理；明确了声速检验法的技术要求；一对声速检验法的操作程序做了规定；对声速检验结果的处理方法做了规定；
一
-附录A“天然气和其他烃类气体中的声速计算”主要参考AGAReportNo.10进行编写。 本标准由全国石油天然气标准化技术委员会（SAC/TC355)提出并归口。 本标准起草单位：国家石油天然气大流量计量站、国家石油天然气大流量计量站南京分站、国家石
油天然气大流量计量站成都分站。
本标准主要起草人：肖迪、郑琦、张福元、高军、段继芹、马福军、郭亮、成晓一、于栋。
1 GB/T30500—2014
气体超声流量计使用中检验
声速检验法
1范围
本标准规定了用声速检验法对气体超声流量计进行使用中检验的方法本标准适用于以传播时间差法为原理、具备自诊断功能的插人式气体超声流量计。 表1规定了本标准可用的气体特性范围。
表 1 符合本标准的气体混合物的特性范围
项 目
适用范围 45.0~100.0
甲烷氮气二氧化碳乙烷丙烷总丁烷总皮烷碳六加氮气氢气一氧化碳水硫化氢
0~50.0 0~10.0 0~10.0 0~4.0 0~1.0 0~0.3 0~0.2 0~0.2 0~10.0 0~3.0 0~0.05 0~0.02 -8~62 0.2~12
尔分数/%
温度/℃ 压力（绝压）/MP
规范性引用文件
2
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 3836.1 爆炸性环境第1部分：设备通用要求 GB 3836.2 爆炸性环境 第2部分：由隔爆外壳“d"保护的设备 GB 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 13609 天然气取样导则 GB/T13610 天然气的组成分析气相色谱法 GB/T18603 天然气计量系统技术要求
1 GB/T30500—2014
GB/T18604 1用气体超声流量计测量天然气流量 GB50251 输气管道工程设计规范
术语、定义和符号
3
3.1术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。 3.1.1
声速speedof sound 声波在介质中的传播速度。
3.1.2
传播时间 jtransittime 超声流量计发射的脉冲信号在介质中传播的时间。
3.1.3
平均声速 average speed of sound 超声流量计各声道测量到的声速平均值。
3.1.4
理论声速 theoretical speed of sound 通过热力学公式得到的理论上的声速。
3.1.5
计算声速 calculatespeed of sound 利用声速计算软件计算得到的声速。
3.1.6
声速偏差 speed of sound deviation 测量声速与计算声速之间的偏差。
3.1.7
最大声速差 maximum speed of sound path spread 超声流量计各声道测量声速最大值与最小值之间的差值。
3.2 符号
本标准所用符号和单位见表2。
表 2 符号和单位
符号 A c C; c, cp cv L
名 称
量 纲 L3 LT-1 LT-1 LT-1 L T@-1 L3 T-2@-1
单位 m2 m/s m/s m/s kJ/(kg · K) kJ/(kg · K)
流量计流通面积计算声速测量声速平均声速比定压热容比定容热容声道长度
L
m
2 GB/T30500—2014
表2（续）
符号 M p q R T V V. z P K 注1：量纲中：符号L为长度，符号T为时间，符号M为质量，符号③为热力学温度。 注2：表中未列符号在文中出现处加以说明。
名 称
单位 kg/mol Pa m°/s kJ/(kg · K)
量 纲 M ML-1T-2 L'T-1 1L2 T-2@-1
摩尔质量工作条件下的绝对静压流量计测量体积流量通用气体常数热力学温度流体轴向平均流速流体轴向流速压缩因子摩尔密度等熵指数
0 LT-1 LT-I I L-3 1
K m/s m/s
m-3
4 基本原理
4.1 理论声速
声波在介质中的传播是由一个特定的速度来表征的。理论声速是与介质的压力、温度和组分有关的函数，由热力学公式推导出的理论声速计算表达式见式（1）：
().1
C-()
z+el
( 1 )
式中： Cv Cp R T M z p az/ap 其中cv和c，的表达式见式(2）)、式(3)或式（4)：
气体的比定容热容；气体的比定压热容；通用气体常数；气体的热力学温度；气体的摩尔质量；气体的压缩因子；气体的摩尔密度； -Z对p的一次偏导数。
[(),+鲁(影),] do)
cv=c,-R(1+Tl
·(2)
(P),] [(P)
....(3)
C,=Cy
3 GB/T30500—2014
或
(4 )
C=Cv+R
2+
通过测量介质的温度、压力以及气体组成的数据，可以求得各计算参数，代人上述公式可以求得理论声速。AGAReportNo.1o对天然气理论声速计算方法有详细的描述，其概要见附录A。 4.2测量声速
超声流量计是由流量计表体、超声换能器及其信号处理单元等构成的流量计量器具。基本原理如图1所示。
图1超声流量计测量基本原理图
声波脉冲由其中一个换能器发射，被另一个换能器所接收。当管道中的流体流速V不为零时，沿流动方向顺流传播（从A到B)的声波将加快速度，而逆流传播（从B到A）的声波将减慢。因此，声波在介质中的传播速度C，可以用声波传播路径的距离、声波顺流传播时间和逆流传播时间计算，见式 (5):
C,=
·(5 )
式中： L t dow t up. 测量过程中，通过测量换能器发射脉冲到该脉冲被接收的时间间隔，能够确定声波沿声道顺流和逆
声道长度；声波在介质中顺流传播的时间；声波在介质中逆流传播的时间。
流传播时间，从而得到声波在介质中的传播速度。 4.3声速检验法的原理
超声流量计测量的是体积流量。流体的轴向平均流速与流通面积相乘，能够确定工作条件下的体积流量g，见式（6)：
q=VA
(6)
式中： V A- 测量管的截面积。
流体的轴向平均流速；
7 GB/T 30500—2014
其中，流体的轴向平均流速是由流量计各声道测量的流体流速采用积分计算得到，见式（7)：
V=f(V.)
.........(7)
...........
根据图1的基本原理，如果声道与测量管轴线间的夹角为Φ，则流体流速的表达式见式（8)：
L-(1-1)
V.m = 2cospli om
.........
..(8)
t
超声流量计参与体积流量计算的参数包括声道长度、声道角以及流通面积，这些参数在流量计出厂时就已确定并置人，参数一且变化就会影响流量测量结果；在流量测量过程中，需要测量的只是声波传播时间。比较式（5)和式（8），声速与流速都是通过测量声波传播时间得到的。
通过测量流体的温度、压力和气体组成，利用声速计算软件计算得到工况条件下介质中的计算声速，与在同一条件下流量计的测量声速进行比较，就可以检验流量计测量声速是否准确，从而对流量计测量的声波传播时间进行验证，对流量计的计量性能进行评价。
5技术要求 5.1气体条件
适合开展声速检验法的测量气体组成应满足表1中的要求。 5.2气体组成测量
气体组成分析方法（使用的标准气体和取样方法）应符合GB/T13610和GB/T13609的要求，气相色谱分析仪应具备有效的检定证书。对于A级计量系统，开展声速检验采用的标气等级应不低于 1.0级。 5.3压力测量
超声流量计配套使用的压力测量仪表应符合GB/T18603的要求，最大允许误差为土0.2%，具备有效的检定证书。 5.4温度测量
超声流量计配套使用的温度测量仪表应符合GB/T18603的要求，最大允许误差为士0.3℃，具备有效的检定证书。 5.5 安装条件
超声流量计、温度测量仪表、压力测量仪表、气体组成分析设备的安装应符合GB/T18604要求。 5.6 技术要求
超声流量计的测量声速应满足表3的要求。
表3 3流量计测量声速技术要求
声速偏差允许范围，E
±0.2% 0.5 m/s 0.05%
各声道测量最大声速差允许范围，Eaux
测量重复性优于，E，
5