DB35/T 1538-2015 天然气用超声流量计远程在线诊断及检验方法

ICS75.180.30

E98

DB35

福建省地方标准

DB35/T1538—2015

天然气用超声流量计

远程在线诊断及检验方法

Remoteonlinediagnosisandinspectionmethodsfornaturegasultrasonicflowmeter

2015-12-28发布2016-03-28实施

福建省质量技术监督局发布

DB35/T1538—2015

目次

前言...............................................................................III

1范围..............................................................................1

2规范性引用文件....................................................................1

3术语和定义........................................................................1

4工作原理..........................................................................4

5系统结构和功能....................................................................4

5.1系统构成......................................................................4

5.2数据采集终端（分站）..........................................................5

5.3中央处理中心（主站）..........................................................5

5.4通讯网络......................................................................5

6系统技术要求......................................................................5

6.1超声流量计....................................................................5

6.2温度变送器....................................................................6

6.3压力变送器....................................................................6

6.4在线气相色谱仪................................................................6

6.5取样器........................................................................6

6.6流量计算机....................................................................6

6.7标准流量计....................................................................6

6.8中央处理中心..................................................................7

6.9通讯网络......................................................................7

6.10软件.........................................................................7

6.11安全性能.....................................................................7

7数据采集..........................................................................7

7.1采集内容......................................................................7

7.2一致性........................................................................7

7.3安全性........................................................................8

7.4独立性........................................................................8

8诊断..............................................................................8

8.1诊断方法......................................................................8

8.2诊断内容......................................................................8

8.3诊断结果的处理...............................................................10

9检验.............................................................................10

9.1说明.........................................................................10

9.2技术条件.....................................................................10

I

DB35/T1538—2015

9.3标准流量计比较法..............................................................11

9.4声速检验法....................................................................14

9.5检验报告......................................................................16

附录A（规范性附录）典型天然气组成及其声速值........................................17

附录B（规范性附录）声速计算方法...................................................19

附录C（资料性附录）AGA10典型天然气组成的声速值...................................33

附录D（资料性附录）AGA8特征参数.................................................34

附录E（资料性附录）AGA10理想气体比热容、焓和熵的计算参数.........................36

参考文献.............................................................................38

II

DB35/T1538—2015

前言

本标准按GB/T1.1-2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写规则》给出的规则起草。

本标准的附录B参考了美国天然气协会第8号技术报告（AGAReportNo.8）《天然气和其他有关烃

类气体压缩系数》（Compressibilityfactorsofnaturalgasandotherrelatedhydrocarbongases）

和第10号技术报告（AGAReportNo.10）《在天然气和其他相关烃类气体中的声速》（Speedofsound

innaturalgasandotherrelatedhyarocarbongases），将这2份报告的计量单位转换为国家法定

计量单位。附录C列出了AGAReportNo.10中典型天然气组成的声速值，附录D列出了AGAReportNo.8

中细部特性法的特征参数，附录E列出了AGAReportNo.10中理想气体比热容、焓和熵的计算参数。

本标准由福建省计量科学研究院提出。

本标准由福建省质量技术监督局归口。

本标准起草单位：福建省计量科学研究院、艾默生过程控制有限公司。

本标准主要起草人：周杰、雷阳、刘鸿滨、苏黎丽、李小刚。

III

DB35/T1538—2015

天然气用超声流量计远程在线诊断及检验方法

1范围

本标准规定了安装在天然气管道上的超声流量计远程在线诊断和远程在线检验方法。

本标准适用于天然气用超声流量计的远程在线诊断及检验。

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。

GB3836（所有部分）爆炸性气体环境用电气设备

GB/T4943.1信息技术设备安全第1部分:通用要求

GB/T9361计算机场地安全要求

GB/T9813微型计算机通用规范

GB/T13609天然气取样导则

GB/T13610天然气组成分析气相色谱法

GB17820天然气

GB/T20270信息安全技术网络基础安全技术要求

GB50251输气管道工程设计规范

JJG1030-2007超声流量计检定规程

JJG1055-2009在线气相色谱仪

JJF1182计量器具软件测评指南

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

超声流量计ultrasonicflowmeter

利用超声波在流体中的传播特性测量流量的流量计。

3.2

超声换能器ultrasonictransducer

在电信号作用下可产生声波输出，并可将声波信号转换为电信号的器件。

3.3

在线online

计量设备在流体管线上运行。

3.4

在线诊断onlinediagnosis

对在线计量设备的运行状态（包括流场状态、设备状态）进行诊断。

1

DB35/T1538—2015

3.5

在线检验onlineinspection

对在线计量设备进行检验。

3.6

初始检验initialinspection

超声流量计投入使用后的第一次检验。

3.7

远程在线诊断remoteonlinediagnosis

通过通讯手段，对异地计量设备进行在线诊断。

3.8

远程在线检验remoteonlineinspection

通过通讯手段，对异地计量设备进行在线检验。

3.9

数据采集dataacquisition

通过通讯网络获取现场计量设备的相关数据。

3.10

声速speedofsound

cf

声波在媒质中的传播速度。

注：本标准中声波的媒质是天然气。

3.11

声道acousticpath

超声波信号在成对的超声换能器间传播的路径。

3.12

平均声速averagespeedofsound

cf

各声道声速的平均值。

3.13

声速偏差speedofsounddeviation

δ

平均声速与计算的声速值的偏差。

3.14

声道最大声速差maximumspeedofsoundpathspread

δmax

声道测量声速最大值与最小值的差值。

3.15

流速flowvelocity

v

流体运动速度。

3.16

声道平均流速averageflowvelocityalongacousticpath

声道和流动方向所决定的平面内的流体平均速度。

2

DB35/T1538—2015

3.17

单声道流量计single-pathmeter

只有一对换能器的流量计。

3.18

多声道流量计multiple-pathsmeter

有两对以上换能器的流量计。

3.19

增益gain

要达到所需振幅强度，需要对接收信号增强的程度。

3.20

信号接收率receptionrate

指有效信号数在总信号数中所占的比例。

3.21

信噪比signal-to-noiseratio

SNR

接收到的信号和背景噪音的能量比值。

3.22

脉动比pulsationratio

PR

声道发送声波的往返时间差的标准差与平均往返时间差的比值。

3.23

剖面系数profilecoefficient

PF

不同声道的声道平均流速（或声道组合的声道平均流速之和）的比值。

3.24

对称性系数symmetrycoefficient

S

管道剖面上半部平均流速与下半部平均流速的比值。

3.25

旋涡角spiralangle

旋涡矢量与管道轴线之间的夹角。

3.26

横向流系数crosscoefficient

CF

指交叉成90度的不同声道平面流速之和的比值。

3.27

最大流量maximumflowrate

qmax

要求流量计的示值符合最大允许误差的最高流量。

3.28

最小流量minimumflowrate

qmin

要求流量计的示值符合最大允许误差的最低流量。

3

DB35/T1538—2015

3.29

分界流量transitionflowrate

qt

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

3.30

流量计系数meterfactor

Kf

按流量计检验结果对流量计示值进行修正的系数，其值为标准流量计示值与被检流量计示值之比。

3.31

天然气用超声流量计远程在线诊断及检验系统remoteonlinediagnosisandinspectionsystem

fornaturegasultrasonicflowmeter

用于和天然气流量相关的参数远程采集、诊断及检验的网络系统，简称“系统”。

4工作原理

通过天然气用超声流量计远程在线诊断及检验系统采集天然气在线运行的相关数据，在此基础上，

对天然气流场和流量计进行远程在线诊断，对流量计进行远程在线检验。

远程在线诊断是将远程采集到的流场和流量计的参数或由采集到的数据通过数学模型计算得出的

参数与参考值比较，从而判断流场和流量计运行状态是否正常。

远程在线检验采用标准流量计法或声速检验法。标准流量计法是将远程采集到的安装于同一管道上

的被检流量计和标准流量计的示值进行比较，计算出测量偏差和重复性并判定其是否符合相关规定。声

速检验法是将流量计测得的声速与理论计算的声速（将远程采集到的天然气温度、压力、组分等参数通

过数学模型计算得出）进行比较，计算出两者偏差并判定其是否符合相关规定。

5系统结构和功能

5.1系统构成

天然气用超声流量计远程在线诊断及检验系统由数据采集终端（分站）、中央处理中心（主站）和

通讯网络构成。系统结构如图1所示。

中央处理中心（主站）

通讯网络

数据采集终端1（分站1）数据采集终端2（分站2）······数据采集终端N（分站N）

图1远程在线诊断及检验系统结构示意图

4

DB35/T1538—2015

5.2数据采集终端（分站）

数据采集终端（分站）由超声流量计、在线气相色谱仪、取样器、温度和压力变送器、标准流量计

(仅在采用标准流量计比较法进行检验时配备)等现场计量设备组成（见图2），必要时配备流量计算机

（见图3）。

数据采集终端（分站）将现场计量设备的数据通过网络上传至中央处理中心（主站）。或将现场计

量设备的数据集中至流量计算机后，经过通讯网络上传至中央处理中心（主站）。

超声流量计在线气相色谱仪取样器温度变送器压力变送器标准流量计

图2不包含流量计算机的数据采集终端（分站）组成示意图

流量计算机

超声流量计在线气相色谱仪取样器温度变送器压力变送器标准流量计

图3包含流量计算机的数据采集终端（分站）组成示意图

5.3中央处理中心（主站）

由一台或多台计算机及辅助设备组成，接收来自各数据采集终端（分站）的数据，对数据进行存储、

计算和分析，对现场计量设备进行实时监测。

计算机可选用台式微型机、便携式微型机、PC-工作站、PC-服务器等。

5.4通讯网络

由通讯介质、通讯协议和通讯设备组成，连接数据采集终端（分站）和中央处理中心（主站），实

现相互之间的通信和数据传输。

6系统技术要求

6.1超声流量计

6.1.1准确度等级应符合JJG1030-2007中5.1的要求。

6.1.2重复性应符合JJG1030-2007中5.2的要求。

6.1.3流量计的测量声速应符合表1的要求。

5

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表1流量计测量声速的要求

声速偏差±0.2%

声道最大声速差±0.5m/s

6.1.4各声道的流速与流量计的平均轴向流速之比应在合理范围之内，该范围由流量计说明书给出。

6.1.5应附有使用说明书，说明书中应详细说明流量计的安装方法和使用要求。

6.1.6周期检定的流量计应有有效的检定证书及上一次检定后的每次使用中检验的检验报告。

6.1.7对流量计系数的修改应有保护功能，并能记录历史修改过程，避免意外更改。流量计系数的值

应与上次检定时置入的系数的值相同。

6.1.8安装应符合JJG1030-2007中附录D的要求。

6.2温度变送器

6.2.1测量范围应能覆盖管道内天然气的温度范围。

6.2.2应按周期进行校准且具有有效的校准证书。

6.2.3最大允许误差：±0.1℃。

6.2.4安装应符合JJG1030-2007中的要求。

6.3压力变送器

6.3.1测量范围应能覆盖管道内天然气的压力范围。

6.3.2应按周期进行检定且具有有效的检定证书。

6.3.3准确度应优于0.1级。

6.3.4安装应符合JJG1030-2007中的要求。

6.4在线气相色谱仪

6.4.1技术性能应满足GB/T13610的要求。

6.4.2应按周期进行检定/校准且具有有效的检定/校准证书。

6.4.3灵敏度或检测限应符合JJG1055-2009中表1的要求。

6.4.4安装应满足制造厂家技术要求。

6.5取样器

取样器的选择和安装应符合GB/T13609的要求。

6.6流量计算机

6.6.1流量计算机的功能应符合JJG1030-2007附录A中A.6.3的要求。

6.6.2应具有通讯功能，通过国际标准通讯协议进行通讯。

6.7标准流量计

6.7.1测量范围应能覆盖被检流量计的现场使用流量范围。

6.7.2应按周期进行检定且具有有效的检定证书。

6.7.3准确度等级不应低于被检流量计的准确度等级。

6.7.4安装应符合JJG1030-2007附录B中B.2的要求。

6

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6.8中央处理中心

6.8.1计算机性能应符合GB/T9813的规定。

6.8.2场地应符合GB/T9361的规定。

6.9通讯网络

6.9.1通讯网络安全应符合GB/T20270的规定。

6.9.2通讯设备应符合GB/T4943.1的规定。

6.10软件

6.10.1软件应符合JJF1182的规定。

6.10.2由使用者开发的计算机软件应按如下方法对其适用性进行确认：

a)通过分析软件源码确认软件中数学模型的正确性；

b)在开发的声速计算软件中输入表A.1（见附录A）的某一种典型天然气组成及表A.2（见附录A）

的温度、压力，软件输出的声速计算结果与表A.2中相应的声速值之差应不大于0.005%。

6.10.3声速计算软件应经省级以上计量部门验证和认可。

6.10.4应建立并实施数据保护的程序。这些程序包括（但不限于）：数据输入或采集、数据存储、数

据转移、数据处理的完整性和保密性。

6.11安全性能

6.11.1所有检测装置及其辅助设备、检测场地应符合GB50251的规定。

6.11.2所有电气设备、环境条件应符合GB3836的规定。

7数据采集

7.1采集内容

数据采集内容主要包括：

a)天然气组分的摩尔百分比；

b)管道内天然气的压力值；

c)管道内天然气的温度值；

d)超声流量计的各项数据：

1)各声道增益值；

2)各声道信号接收率；

3)各声道信噪比；

4)各声道声速；

5)平均声速；

6)各声道流速；

7)平均流速；

8)流量计系数；

e)环境条件参数。

7.2一致性

中央处理中心采集到的数据应与对应的现场计量设备的读数一致。

7

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7.3安全性

7.3.1建立专用的通信网络，仅允许远程在线诊断及检验所需的数据通过。

7.3.2应对可能存在的非法入侵和网络病毒进行有效防护。

7.3.3应能观察、监控和管理通讯网络中的数据，实时发现通讯网络中的非法入侵和病毒感染等问题

并及时处理。

7.4独立性

各数据采集终端（分站）的局域网应相互独立。当某个局域网出现问题时，应不影响系统其它部分

的数据采集。

8诊断

8.1诊断方法

8.1.1远程在线诊断在远程在线数据采集的基础上进行。

8.1.2设置一组参数，参数的值可以是从现场计量设备直接采集到的数据，也可以是这些数据的函数

值。

8.1.3当参数是采集到的数据的函数时，系统应内置相应的计算软件。

8.1.4根据超声流量计说明书设定参数的参考值，参考值可以是最大允许值（区间），也可以是理想

值。

8.1.5参数的值与参考值比较，以此判定超声流量计运行及流场状态是否正常。

8.2诊断内容

8.2.1诊断项目

诊断项目通常包括增益、信号接收率、信噪比、脉动比、各声道声速与平均声速的偏差、剖面系数、

旋涡角、对称性系数、横向流系数等。

根据超声流量计说明书和使用需要，诊断项目可适当增减。

8.2.2增益

按照超声流量计说明书允许的范围设置最大允许增益。增益大于最大允许增益时系统应报警。

示例：某公司生产的某型号规格的四声道超声流量计，其说明书要求增益应不超过102dB。

8.2.3信号接收率

按照超声流量计说明书允许的范围设置信号接收率的最低限值。信号接收率低于最低限值时系统应

报警。

示例：某公司生产的某型号规格的四声道超声流量计，其说明书要求信号接收率正常值应不低于85%。

8.2.4信噪比

按照超声流量计说明书允许的范围设置信噪比的最低限值。信噪比低于最低限值时应报警。

示例：某公司生产的某型号规格的四声道超声流量计，其说明书要求信噪比应不低于500。

8

DB35/T1538—2015

8.2.5脉动比

脉动比应在超声流量计说明书允许的范围内，超出时系统应提示。

示例：某公司生产的某型号规格的四声道超声流量计，当脉动比不高于5%时，可认为流动状态是比较理想的。

8.2.6各声道声速与平均声速的偏差

正常状态下，各声道声速与平均声速的偏差应在超声流量计说明书允许的范围内，超出时系统应报

警。

注：各声道声速与平均声速的偏差的诊断仅适用于多声道超声流量计。

8.2.7剖面系数

剖面系数的计算公式与声道的数量和分布方式有关，具体由超声流量计制造厂家给出。

剖面系数应在超声流量计说明书允许的范围内，超出时系统应报警。

注：剖面系数的诊断仅适用于对射式超声流量计。

示例：

某公司生产的某型号规格的四声道超声流量计（见图4），其说明书给出的剖面系数计算公式见式（1）：

vv+

PF=23........................................(1)

vv14+

式中：

v2、v3——靠近圆心的两个声道的流速；

v1、v4——靠近外侧的两个声道的流速。

说明书给出的允许值为1.17±0.05。

1声道

2声道

·圆心

3声道

4声道

图4四声道超声流量计管道剖面图

8.2.8旋涡角

旋涡角和剖面系数、流场状态等相关。旋涡角计算的数理模型由超声流量计制造厂家给出。

旋涡角应在超声流量计说明书允许的范围内，超出时系统应报警。

示例：

某公司生产的某型号规格的四声道超声流量计（见图4），按其说明书要求，剖面系数处于理想值时，旋涡角为0°，

当旋涡角小于4°时，可认为运行状态是正常的。

8.2.9对称性系数

对称性系数和声道的数量及声道的分布方式相关，具体计算公式由超声流量计制造厂家给出。

对称性系数应在超声流量计说明书允许的范围内，超出时系统应报警。

示例：

某公司生产的某型号规格的四声道超声流量计（见图4）说明书给出的对称性系数计算公式见式（2）：

9

DB35/T1538—2015

vv+

S=12.........................................(2)

vv34+

理想情况下，其值为1。允许范围为1±0.05。

8.2.10横向流系数

横向流系数和声道的数量及声道的分布方式相关，具体计算公式由超声流量计制造厂家给出。

横向流系数应在超声流量计说明书允许的范围内，超出时系统应报警。

示例：

某公司生产的某型号规格的四声道超声流量计（见图4）说明书给出的横向流系数计算公式见式（3）：

vv+

CF=13........................................(3)

vv24+

理想情况下，其值为1。允许范围为1±0.05。

8.3诊断结果的处理

8.3.1诊断后出具诊断报告。报告应给出各项目诊断结果，并说明是否符合超声流量计说明书要求。

8.3.2任意一项诊断结果不符合超声流量计说明书要求时，应对超声流量计及相关设备进行检查，排

除故障直至符合要求。

8.3.3增益、信号接收率、信噪比中任意一项的诊断结果不符合超声流量计说明书要求时，应将超声

流量计送检。

9检验

9.1说明

9.1.1检验是超声流量计在实流装置上检定完成后，在检定周期内对其计量性能的检查。

9.1.2超声流量计投入使用后的一个月内应进行初始检验。

9.1.3初始检验后可根据需要安排检验，至少每年一次。

9.1.4远程在线检验在远程在线数据采集的基础上进行。

9.1.5检验方法分为标准流量计比较法和声速检验法。

9.2技术条件

9.2.1检验设备

检验设备为天然气用超声流量计远程在线诊断及检验系统。

检验设备各部分应符合第6章的要求。

9.2.2环境条件

环境温度一般为（5～45）℃。

环境湿度一般为（35～95）%RH。

大气压力一般为（86～106）kPa。

电源电压：标称电压Unom(1±10%)。

电源频率：标称频率fnom(1±5%)。

外界磁场应小到对超声流量计的影响可忽略不计。

机械振动和噪声应小到对超声流量计的影响可忽略不计。

10

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9.2.3检验介质

检验用天然气气质应符合GB17820中二类气的要求,天然气的相对密度为0.55～0.80。当采

用声速检验法时，检验用天然气的相对密度及各组成成分应在表2的范围内。

在检验过程中,气体的组分应相对稳定。天然气取样按GB/T13609执行,天然气组成分析按

GB/T13610执行。

在每个流量点的每一次检验过程中,对准确度等级不低于1.0级的超声流量计,检验用气体的

温度变化应不超过±0.5℃,对准确度等级低于1.0级的流量计，变化应不超过±1℃。

在每个流量点的检验过程中,压力波动应不超过±0.5%。

表2天然气主要成分及通用范围表

名称通用范围备注

相对密度0.546～0.857参考条件为293.15K，101325Pa

甲烷45～100%

乙烷0～10%

丙烷0～4%

丁烷0～1%

戊烷0～0.3%

己烷+0～0.2%

氮气0～50%

二氧化碳0～30%

一氧化碳0～3%

氩气#

氧气#

水0～0.05%

硫化氢0～0.02%

注：范围为#的组分在正常范围内可以认为是0。

9.3标准流量计比较法

9.3.1检验准备

按6.7.4的要求将标准流量计安装到和被检流量计同一管路上，并按流量计说明书中指定的方法分

别检查被检流量计和标准流量计参数的设置。

9.3.2试运行

在被检流量计在线运行时能达到的最大流量的70%～100%范围内运行至少5min，待温度、压力和流

量稳定后方可进行检验。

9.3.3检验流量点

一般情况下，检验点为：最小流量qmin,分界流量qt，流量计在线运行时能达到的最大流量qmax,及在

qt和qmax中间等分的2个流量点。

如在线运行无法达到最小流量qmin，则需测到在线运行能达到的最小流量。

如在线运行能达到的流量量程比小于5:1,则在流量计的实际工作流量范围内选择至少3个检验点。

11

DB35/T1538—2015

如在线运行时无法进行流量调节,且流量计是定点使用的,检验点可选实际使用流量点并在检验报

告上注明：定点使用。

在一次实验过程中，瞬时流量的最大变化不超过5%。

9.3.4检验次数

准确度等级低于0.5级的流量计，每个流量点的检验次数不少于3次。

准确度等级不低于0.5级的流量计，每个流量点的检验次数不少于6次。

9.3.5检验程序

将流量调节到规定的流量值并待其稳定。

同时采集并记录标准流量计和被检流量计的初始值。

按系统操作要求运行一段时间，期间同时采集并记录温度、压力等参数。

达到运行时间后，标准流量计和被检流量计同时停止采集，并记录相应的终止值。

分别计算标准流量计和被检流量计的流量值。

9.3.6检验结果计算

测量偏差

测量偏差的计算方法见式（4）：

δδ=±.......................................(4)

imax

式中：

δ——流量计的测量偏差，%；

δi——流量计第i检验点的测量偏差，%；

δ——流量计各检验点测量偏差中最大值。

imax

流量计第i检验点的测量偏差δi的计算式见式（5）：

KKff0,ii−

δi=......................................(5)

Kf0,i

式中：

Kfi——本次检验得到的第i检验点流量计系数的平均值；

Kf0,i——初始检验得到的第i检验点流量计系数平均值。

本次检验得到的第i检验点流量计系数的平均值Kfi计算式见式（6）：

1n

....................................