石油与天然气化工  2020, Vol. 49 Issue (2): 93-97, 102
SY/T 6658-2006《用旋进旋涡流量计测量天然气流量》修订建议
刘丁发1,2 , 段继芹1,2 , 张强1,2 , 王辉1,2     
1. 中国石油西南油气田公司天然气研究院;
2. 中国石油天然气集团公司天然气质量控制和能量计量重点实验室
收稿日期：2019-12-01
基金项目：中国石油西南油气田公司科技现场应用试验项目“燃气终端用智能流量计安装工艺影响现场试验”(20190308KS01)
作者简介：刘丁发(1987-), 硕士研究生, 工程师, 2014年毕业于中国计量学院测试计量技术及仪器专业, 现就职于中国石油西南油气田公司天然气研究院, 主要从事天然气流量计量和测试技术研究工作。E-mail：liu_df@petrochina.com.cn.
摘要：旋进旋涡流量计在天然气销售终端计量领域应用较多, 随着计量技术和流量计现场使用经验的积累, 以及国家实施天然气能量计量的迫切性, 有必要对SY/T 6658-2006《用旋进旋涡流量计测量天然气流量》进行修订。对比分析了旋进旋涡流量计国内外有关标准主要技术条款存在的差异, 试验测得渐缩管和弯管后不同直管段长度安装时旋进旋涡流量计最大测量性能偏差可达-0.7%。建议对SY/T 6658-2006进行修订时, 在准确度等级和重复性要求, 以及实流校准要求方面与国家有关技术标准条款进行统一, 完善安装工艺要求和扰流测试评价要求, 增加能量计量的显示、输出功能和流量计修正系数方法等。
关键词：天然气    流量测量    旋进旋涡流量计    标准修订    
Suggestions on the revision of SY/T 6658-2006 measurement of natural gas flow by vortex precession flowmeter
Liu Dingfa1,2 , Duan Jiqin1,2 , Zhang Qiang1,2 , Wang Hui1,2     
1. Natural Gas Research Institute, PetroChina Southwest Oil & Gasfield Company, Chengdu, Sichuan, China;
2. Key Laboratory of Natural Gas Quality Control & Energy Measurement, CNPC, Chengdu, Sichuan, China
Abstract: Vortex precession flowmeter is widely used in the field of natural gas sales terminal measurement, as the technology of flow measurement advanced and the field using experience accumulated, it is necessary to revise the standard of SY/T 6658-2006 Measurement of Natural Gas Flow by Vortex Precession Flowmeter. The main difference of technical terms of standards of vortex precession flowmeter between national and international were contrasted and analyzed, and the test results shown that the maximum performance deviation of the vortex precession flowmeter can reach -0.7% when installing the reducer pipe and the elbow pipe with different lengths of straight pipe. It is suggested that the requirements of accuracy level, repeatability and real-flow calibration should be unified with the relevant technical provisions of national verification regulations, the requirements of turbulent flow test and installation process should be improved, and the display and output function and flowmeter correction method of energy measurement should be increased when SY/T 6658-2006 is revised.
Key words: natural gas    flow measurement    vortex precession flowmeter    standard revision    

旋进旋涡流量计具有内部无机械可动部件、量程比宽、重复性好、可靠性高、易维修等优点, 在我国中、小流量的天然气销售终端计量领域应用较为广泛[1-2]。据不完全统计, 截至2019年底, 中国石油西南油气田公司下属燃气销售终端华油公司、川港燃气公司和燃气分公司合计在用旋进旋涡流量计接近500台, 在天然气贸易交接流量计中占比约为10%, 每年天然气贸易交接量接近10×108 m3。

当前, 在天然气贸易交接计量过程中, 关于旋进旋涡流量计的基本性能要求, 以及现场安装和维护等影响流量计计量性能的技术要求主要参考SY/T 6658-2006《用旋进旋涡流量计测量天然气流量》[3]。该标准是对ISO/TR 12764：1997《密闭管道气体测量－采用安装在充满流体的圆形截面管道中的涡街流量计测量流量》的非等效采用, 后者于2017年更新发布了ISO/TR 12764：2017版[4-7]。同时, 作为天然气贸易交接计量器具, 需要进行周期检定或校准来确保流量计的计量性能准确可靠, 旋进旋涡流量计属于典型的速度式流量计, 长期以来一直是依据JJG 198-1994《速度式流量计》进行检定, 而随着机械设计加工和电子信息技术的快速发展, 流量计也在不断地更新换代, 为更好地开展旋进旋涡流量计的检定校准和设计生产工作, 我国于2015年发布了国家检定规程JJG 1121-2015《旋进旋涡流量计》[8], 并且于2018年发布了用于指导厂家产品制造和生产的GB/T 36241-2018《气体旋进旋涡流量计》, 该标准主要是围绕气体旋进旋涡流量计的分类、基本参数、工作条件和试验方法等方面进行要求[9]。

为进一步加强SY/T 6658-2006对天然气贸易交接现场应用的指导作用, 促进标准之间相近技术条款的融合相通, 通过跟踪研究国内外有关标准的制修订进展, 比对标准之间的技术差异, 开展了标准的修订前期研究工作。本文主要介绍了SY/T 6658-2006修订的前期研究和拟修订主要技术条款国内外有关标准的比对情况。

1 工艺安装要求

旋进旋涡流量计是基于流体旋涡的旋转频率与介质流速成函数关系的原理来进行流量的计量。因此。旋进旋涡流量计在进行天然气计量时, 较容易受现场安装工艺上游汇管、弯管、渐缩管、渐扩管等扰流件导致的脉动流、旋转流等干扰, 而较长的直管段可以减小管道内流场扰流对其性能的影响[10]。因此, 国内外的有关标准对旋进旋涡流量计的上下游直管段长度进行了建议, 其中SY/T 6658-2006建议流量计的上游最短直管段长度为管道标称直径的10倍, 下游最短为管道标称直径的5倍, 即前10D后5D, 如果流量计本体自带流动调整器, 则上下游直管段长度应咨询厂家[3]; ISO/TR 12764-2017建议流量计上游直管段长度在管道标称直径的5~20倍之间, 下游长度在管道标称直径的3~10倍之间[4]; API MPMS 14.12：2017《用涡街/旋涡流量计测量天然气流量》则并未进行明确规定, 只是要求用户根据厂家建议进行安装[11]。

鉴于现场安装工艺对流量计性能影响的关键作用, 国家石油天然气大流量计量站成都分站(以下简称成都分站)有针对性地开展了不同工艺安装对流量计性能影响的试验研究工作。

1.1 试验装置和仪表

试验标准装置：成都分站涡流标准表法气体流量标准装置, 流量范围16~8 000 m3/h, 压力范围1.5~5.5 MPa, 体积流量测量不确定度为0.33%(k=2)。

试验仪表：某厂家旋进旋涡流量计, 规格尺寸为DN80, 公称压力4.0 MPa, 流量范围28~400 m3/h, 准确度等级1.0级。

1.2 试验工艺设计

试验工艺基于燃气销售终端典型计量仪表安装工艺, 并结合国内外标准推荐安装的上下游直管段长度进行设计。主要扰流件为汇管、渐缩管和弯管等, 流量计上下游直管段内径与流量计一致, 上游直管段长度分别设置为管道标称直径的5倍、10倍和20倍, 下游直管段长度为管道标称直径的5倍。基于渐缩管(DN150转DN80)的测试工艺流程如图 1所示, 基于弯管的测试工艺流程如图 2所示。

图 1     基于渐缩管的安装工艺流程图(L=5D/10D/20D)

图 2     基于弯管的安装工艺流程图(L=5D/10D/20D)

1.3 试验方案

采用涡轮标准表法气体流量标准装置, 首先将旋进旋涡流量计安装在上游直管段长度大于100D的理想工艺条件下进行测试, 以确定被测旋进旋涡流量计的理想性能。然后, 将旋进旋涡流量计安装在如图 1和图 2所示的工艺安装条件下进行测试, 将测得的示值误差与理想工艺条件下测得的示值误差进行比较, 用其偏差大小来评价不同工艺条件对流量计性能的影响程度。

测试介质压力为1.5 MPa, 测试流量点依据JJG 1121-2015《旋进旋涡流量计》检定规程进行布置, 考虑到涡轮标准装置最小涡轮的分界流量为32 m3/h, 为确保标准装置性能的准确可靠, 将最小测试流量点设置为32 m3/h, 其余测试流量点分别为qt(80 m3/h)、0.5qmax(200 m3/h)、0.7qmax(280 m3/h)、qmax(400 m3/h), 共5个流量点, 每个流量点测试6次, 每次100 s。

1.4 试验结果与分析

表 1为将旋进旋涡流量计分别安装在上游直管段长度大于100D的理想安装工艺, 以及基于渐缩管和弯管后不同直管段长度安装工艺流程下与涡流标准表法气体流量标准装置的相对示值误差测试结果。

表 1    不同工艺安装条件下测试结果

通过对表 1数据进行处理, 可以获得旋进旋涡流量计在渐缩管扰流后不同直管段长度安装工艺下与理想安装工艺相比的测量示值误差偏差情况, 具体如图 3所示。由图 3可以看出, 在渐缩管后5D、10D和20D直管段长度后安装与基准示值误差的最大偏差分别为0.08%、0.18%、-0.06%, 偏差处于标准装置不确定度0.33%(k=2)以内。

图 3     渐缩管安装工艺计量性能偏差

同样, 对表 1数据进行处理, 可以获得旋进旋涡流量计在弯管扰流后不同直管段长度安装工艺下与理想安装工艺相比的示值误差偏差情况, 具体如图 4所示。由图 4可以看出, 在弯管后5D直管段处安装流量计时, 与理想性能的最大偏差为-0.70%, 超过标准装置不确定度0.33%(k=2);在弯管后10D和20D直管段处安装流量计时, 与理想性能的最大偏差分别为-0.09%和-0.11%, 偏差处于标准装置不确定度0.33%(k=2)以内。

图 4     弯管安装工艺计量性能偏差

总的来说, 渐缩管后5D直管段、弯管后10D直管段即可满足旋进旋涡流量计的安装要求, 考虑到在不同扰流工况条件下, 不同厂家、不同型号的旋进旋涡流量计对上下游直管段要求不同, 流量计上游直管段长度应根据实际具体工况情况通过试验评价给出, 若缺少试验数据, 应最大化利用现场空间尽量增加旋进旋涡流量计上游直管段长度。

2 准确度等级和重复性要求

涉及到旋进旋涡流量计准确度等级和重复性要求的标准主要有SY/T 6658-2006、JJG 1121-2015和GB/T 36241-2018, 要求分别如表 2所列[3-8]。

表 2    旋进旋涡流量计的误差和重复性

从表 2可以看出, 相比SY/T 6658-2006而言, JJG 1121-2015和GB/T 36241-2018增加了准确度等级2.5级的设置, 并引入了分界流量qt将旋进旋涡流量计的流量范围分为两个区间, 将流量计的最大允许误差和重复性根据区间的不同分别进行了要求。成都分站的长期检定经验表明, 旋进旋涡流量计在分界流量qt以下和qt以上的测量性能有明显差距。因此, 有必要以分界流量qt为界对流量计的最大允许误差和重复性作出不同要求, 才符合流量计的实际性能特征。

3 实流校准要求

流量计的实流校准关系到流量计现场应用时的计量性能, 各标准关于实流校准的要求如表 3所列[3-9, 11]。

表 3    实流校准要求

从表 3可以看出, SY/T 6658-2006与其他标准主要在标准装置技术要求、校准流量点的布置, 以及流量调节要求方面存在差异。考虑到我国在进行流量计检定或校准时, 主要依据为国家检定规程, 因此在SY/T 6658-2006修订时, 应确保技术条款与国家检定规程基本一致, 避免各标准之间互不兼容。

4 智能流量计基本功能

智能流量计具备的功能主要是指流量计的流量积算、信号显示和输出、通信方式及仪表系数修正方法等, 各标准关于智能流量计的功能要求如表 4所列[3-9, 11]。

表 4    智能旋进旋涡流量计的功能要求

从表 4可以看出, SY/T 6658-2006、JJG 1121-2015和GB/T 36241-2018在智能流量计基本功能方面总体要求相近, API MPMS 14.12：2017仅要求了最基本的通信方式, 而ISO/TR 12764：2017在流量积算方面增加了实时计算能量流量功能, 在信号显示和输出功能要求方面, 增加了能量/发热量的功能。

当前, 我国正处于从体积计量到能量计量方式转变的过渡时期, 在流量计的应用标准中增加能量计量的功能将更加有助于能量计量的实施。另外, 在流量计通信方式功能要求方面, 4~20 mA、数字输出、脉冲输出等通信方式是ISO/TR 12764: 2017相比其1997版增加的内容, 这些通信方式也属于当前市场上应用较为广泛的通信方式之一。而随着电子信息技术的提高, 其他如超声流量计等都具备单一K系数修正和多点K系数或示值误差修正功能, 考虑到流量计各流量点测试的K系数可能存在线性度较差的情况, 有必要补充多点K系数或示值误差修正方式以确保流量计在不同流量点计量时性能的准确可靠。

5 结论和建议

通过国内外标准对标和试验研究, 表明SY/T 6658-2006《用旋进旋涡流量计测量天然气流量》在工艺安装、准确度等级和重复性、实流校准、智能流量计基本功能等方面的要求需要增补和改进, 建议及时修订, 以更好地指导流量计的科学应用。

(1) 在工艺安装要求方面, 渐缩管后加5D直管段、弯管后加10D直管段产生的扰流对旋进旋涡流量计性能的影响可以忽略。考虑到不同厂家、不同扰流工艺条件下流量计的直管段要求存在差异, 建议修订SY/T 6658-2006时补充有关扰流测试要求的条款。

(2) 在准确度等级和重复性要求方面, 建议修订SY/T 6658-2006时增加2.5级准确度等级的划分, 并以分界流量qt为界对流量计的准确度和重复性指标分别进行要求。

(3) 在实流校准要求方面, 建议修订SY/T 6658-2006时与JJG 1121-2015和GB/T 36241-2018在标准装置技术要求、实流校准流量点、测试次数及时间, 以及流量调节要求等方面进行统一。

(4) 在智能流量计具备的功能方面, 建议修订SY/T 6658-2006时增加能量计量的基本功能要求, 明确4~20 mA、数字输出、脉冲输出等通信方式, 补充多点K系数或示值误差修正方式来提高流量计的全量程范围修正效果。

参考文献
[1]
冯登朝.旋进旋涡流量计的研究与设计[D].天津: 天津理工大学, 2015.
[2]
李军, 王秀英. 旋进旋涡流量计检定方式和计量特性的研究[J]. 石油工业技术监督, 2010(6): 28-29.
[3]
中国石油西南油气田分公司.用旋进旋涡流量计测量天然气流量: SY/T 6658-2006[S].北京: 石油工业出版社, 2006: 4-12.
[4]
ISO. Measurement of fluid flow in closed conduits - Flowrate measurement by means of vortex shedding flowmeters inserted in circular cross-section conduits running full: ISO/TR 12764: 2017[S]. London: BSI Publications, 2017: 7-13.
[5]
赵成海. 我国天然气流量测量技术标准体系的建立[J]. 石油与天然气化工, 2016, 45(1): 92-95. DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2016.01.019
[6]
张强, 宋彬, 刘丁发. 湿气流量计现场使用技术难点分析[J]. 石油与天然气化工, 2018, 47(4): 83-89. DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2018.04.016
[7]
许晓英, 赵庆凯, 陈丰波, 等. 多相流量计在国内市场的应用及发展趋势[J]. 石油与天然气化工, 2017, 46(2): 99-104. DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2017.02.020
[8]
中国计量科学研究院.旋进旋涡流量计: JJG 1121-2015[S].北京: 中国标准出版社. 2015: 2-5.
[9]
浙江省计量科学研究院.气体旋进旋涡流量计: GB/T 36241-2018[S].北京: 中国标准出版社, 2018: 4-8.
[10]
朱珊珊, 宋晓琴, 王磊. 调压装置的位置对TDS智能流量计测量结果的影响[J]. 石油与天然气化工, 2006, 35(5): 410-411. DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2006.05.022
[11]
API. Measurement of gas by votex meters: API MPMS 14.12: 2017[S]. Washington: American Petroleum Institute, 2017: 11-15.
X