ГОСТ 8.611-2013 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Расход и количество газа. Методика (метод) измерений с помощью ультразвуковых преобразователей расхода.
ГОСТ 8.611-2013
Группа Т86.3
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
Государственная система обеспечения единства измерений
РАСХОД И КОЛИЧЕСТВО ГАЗА
Методика (метод) измерений с помощью ультразвуковых преобразователей расхода
State system for ensuring the uniformity of measurements. Flow rate and quantity of gas. Technique (method) of measurements by ultrasonic meters
МКС 17.020
ОКСТУ 0008
Дата введения 2014-07-01
Предисловие
Цели, основные принципы и порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2009 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены"
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью "Отраслевой метрологический центр Газметрология" (ООО "ОМЦ Газметрология"), Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии" (ФГУП "ВНИИР")
2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии, ТК 24 "Метрологическое обеспечение добычи и учета углеводородов"
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 6 июня 2013 г. N 43)
За принятие проголосовали:
|
|
|
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97 | Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97 | Сокращенное наименование национального органа по стандартизации |
Армения | AM | Минэкономики Республики Армения |
Беларусь | BY | Госстандарт Республики Беларусь |
Казахстан | KZ | Госстандарт Республики Казахстан |
Киргизия | KG | Кыргызстандарт |
Россия | RU | Росстандарт |
Узбекистан
| UZ
| Узстандарт
|
Украина | UA | Минэкономразвития Украины |
(Поправка*. ИУС N 8-2015).
________________
* См. ярлык "Примечания".
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 23 сентября 2013 г. N 1085-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 8.611-2013 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июля 2014 г.
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 8, 2015 год
Введение
В соответствии с требованиями к методикам (методам) измерений, установленными в Российской Федерации Федеральным законом от 26 июня 2008 г. N 102-ФЗ "Об обеспечении единства измерений" методики измерений должны описывать конкретные операции, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с установленными показателями точности.
В качестве показателя точности результатов измерений, выполненных по методике измерений, изложенной в настоящем стандарте, использована относительная расширенная неопределенность измерений (при коэффициенте охвата 2) в соответствии с [1].
Необходимый уровень точности измерений расхода и количества газа определяется экономической целесообразностью и экономическим интересом, а также назначением результатов измерений. В связи с этим изложенная в настоящем стандарте методика измерений предусматривает возможность измерений расхода и количества газа с различными значениями показателя неопределенности измерений.
С целью подтверждения возможности применения методики измерений с установленным уровнем точности измерений в конкретных условиях в стандарте предусмотрена процедура проверки соответствия реализации методики измерений требованиям настоящего стандарта.
Методика измерений, изложенная в настоящем стандарте, аттестована Федеральным государственным унитарным предприятием Всероссийский научно-исследовательский институт расходометрии (ФГУП "ВНИИР") и зарегистрирована в едином реестре методик измерений Федерального информационного фонда по обеспечению единства измерений под N ФР.1.29.2012.12671.
1 Область применения
1.1 Настоящий стандарт устанавливает методику (метод) измерений объемного расхода и объема, приведенных к стандартным условиям, однокомпонентных и многокомпонентных газов, находящихся в однофазном состоянии, с помощью ультразвуковых преобразователей расхода.
1.2 Настоящий стандарт распространяется на ультразвуковые преобразователи расхода газа с накладными электроакустическими преобразователями и ультразвуковые преобразователи расхода газа с электроакустическими преобразователями, врезанными в его корпус, и не распространяется на ультразвуковые преобразователи расхода газа с электроакустическими преобразователями, врезанными непосредственно в измерительный трубопровод.
1.3 Применение методики измерений, изложенной в настоящем стандарте, обеспечивает измерения объемного расхода и объема газа, приведенных к стандартным условиям, с различными уровнями точности измерений, которые выбирают в зависимости от установленных норм точности измерений.
1.4 Положения настоящего стандарта рекомендуется использовать при разработке и аттестации индивидуальных методик измерений для конкретных систем измерений расхода и количества газа.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 8.566-2011 Государственная система обеспечения единства измерений. Межгосударственная система данных о физических константах и свойствах веществ и материалов. Основные положения
ГОСТ 6651-2009 Государственная система обеспечения единства измерений. Термопреобразователи сопротивления из платины, меди и никеля. Общие технические требования и методы испытаний
ГОСТ 9293-74 Азот газообразный и жидкий. Технические условия
ГОСТ 15528-86 Средства измерений расхода, объема или массы протекающих жидкости и газа. Термины и определения
ГОСТ 17310-2002 Газы. Пикнометрический метод определения плотности
ГОСТ 30319.1-96 Газ природный. Методы расчета физических свойств. Определение физических свойств природного газа, его компонентов и продуктов его переработки
ГОСТ 31369-2008 Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава
ГОСТ 31370-2008 Газ природный. Руководство по отбору проб
ГОСТ 31371.7-2008 Газ природный. Определение состава методом газовой хроматографии с оценкой неопределенности. Часть 7. Методика выполнения измерений молярной доли компонентов
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 15528, рекомендациям по межгосударственной стандартизации [1] и [2], а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 Средства измерений и их компоненты
3.1.1 основные средства измерений: Ультразвуковой преобразователь расхода, а также средства измерений теплофизических характеристик и физико-химических параметров газа, используемых для корректировки показаний ультразвукового преобразователя расхода и приведения объемного расхода и объема газа к стандартным условиям.
3.1.2 дополнительные средства измерений: Средства измерений, предназначенные для контроля работоспособности основных средств измерений, дополнительных устройств и выполнения требований к условиям измерений.
Примечание - К дополнительным средствам измерений относятся, например, средства измерений перепада давления на фильтрах, устройстве подготовки потока.
3.1.3 ультразвуковой преобразователь расхода: Акустический преобразователь расхода, работающий в ультразвуковом диапазоне частот, в котором создается сигнал измерительной информации, основанный на измерении времени распространения ультразвукового импульса в текущей среде.
Ультразвуковой преобразователь расхода состоит из электроакустических преобразователей, установленных в корпусе либо накладываемых на наружную поверхность корпуса или измерительного трубопровода, и устройства обработки его сигналов.
3.1.4 электроакустический преобразователь: Устройство, преобразующее электрическую энергию в акустическую (энергию упругих колебаний среды) и обратно.
3.1.5 устройство обработки сигналов: Устройство, осуществляющее генерацию сигналов, поступающих на электроакустические преобразователи, обработку сигналов, поступающих с электроакустических преобразователей, и формирование стандартного выходного сигнала, пропорционального измеряемому расходу газа.
3.1.6 корпус ультразвукового преобразователя расхода: Элемент конструкции ультразвукового преобразователя расхода, через который проходит измеряемая среда, содержащий электроакустические преобразователи.
3.1.7 ультразвуковой преобразователь расхода газа с накладными электроакустическими преобразователями: Ультразвуковой преобразователь расхода газа, у которого электроакустические преобразователи накладываются на наружную поверхность его корпуса или на наружную поверхность измерительного трубопровода.
3.1.8 ультразвуковой преобразователь расхода газа с электроакустическими преобразователями, врезанными в корпус: Ультразвуковой преобразователь расхода газа, у которого электроакустические преобразователи установлены в его корпусе и находятся в непосредственном контакте с измеряемым газом.
3.1.9 ультразвуковой преобразователь расхода газа с электроакустическими преобразователями, врезанными в измерительный трубопровод: Ультразвуковой преобразователь расхода газа, у которого электроакустические преобразователи врезаются непосредственно в измерительный трубопровод и находятся в контакте с измеряемым газом.
3.1.10 корпусной ультразвуковой преобразователь расхода: Ультразвуковой преобразователь расхода, у которого электроакустические преобразователи установлены в его корпусе или на наружной поверхности корпуса.
3.1.11 ультразвуковой импульс: Сигнал (ультразвуковые колебания, волны в среде), генерируемый электроакустическими преобразователями при подаче на него возбуждающего электрического сигнала ограниченной продолжительности.
3.1.12 акустический канал: Совокупность измеряемой среды и пары электроакустических преобразователей, передающих и принимающих ультразвуковой импульс.
3.1.13 акустический луч: Прямая линия, вдоль которой распространяется ультразвуковой импульс, генерируемый электроакустическим преобразователем.
3.1.14 акустический путь: Траектория движения акустического импульса в потоке газа между электроакустическими преобразователями.
Примечание - Кривизна акустического пути зависит от числа Рейнольдса и числа Маха и возрастает с увеличением числа Маха и кривизны распределения скоростей потока.
3.1.15 одноканальный ультразвуковой преобразователь расхода: Преобразователь расхода, в котором для измерения расхода используется один акустический канал.
Примечания
1 Одноканальные ультразвуковые преобразователи часто в технической литературе называют однолучевыми или однопутевыми преобразователями расхода.
2 Акустический импульс в одноканальном преобразователе расхода газа может передаваться между электроакустическими преобразователями в виде прямых или отраженных (однократно или многократно) от стенок измерительного трубопровода акустических лучей.
3.1.16 многоканальный ультразвуковой преобразователь расхода: Преобразователь расхода, в котором для измерения расхода используется несколько акустических каналов.
Примечания
1 Многоканальные ультразвуковые преобразователи часто в технической литературе называют многолучевыми или многопутевыми преобразователями расхода.
2 Акустический импульс в многоканальном преобразователе расхода может передаваться между электроакустическими преобразователями в виде прямых или отраженных (однократно или многократно) от стенок измерительного трубопровода акустических лучей.
3.2 Вспомогательные и дополнительные устройства
3.2.1 вспомогательные устройства: Технические устройства, соединенные со средствами измерений и устройствами обработки результатов измерений, предназначенные для выполнения конкретных функций, непосредственно относящихся к преобразованию, передаче или отображению результатов измерений.
Примечания
1 К вспомогательным устройствам относятся, например, устройства повторной индикации, устройства печати, памяти, линии связи, адаптеры и межсетевые адаптеры.
2 Вспомогательные устройства могут быть интегрированы или входить в состав основных средств измерений, либо средств обработки результатов измерений.
3.2.2
|
показывающее устройство средства измерений: Совокупность элементов средства измерений, которые обеспечивают визуальное восприятие значений измеряемой величины или связанных с ней величин.
[рекомендации по межгосударственной стандартизации [2], подраздел 6.29] |
3.2.3 дополнительные устройства: Оборудование и устройства, предназначенные для подготовки потока и среды и обеспечивающие необходимые условия проведения измерений.
Примечание - К дополнительным устройствам относятся, например, измерительные трубопроводы, фильтры, формирователи потока, байпасные линии, задвижки, регуляторы давления.
3.2.4 формирователь потока: Устройство подготовки потока или струевыпрямитель, позволяющие устранить закрутку потока и/или уменьшить искажение эпюры скоростей потока газа.
3.2.5 устройство для очистки газа: Техническое устройство, предназначенное для защиты средств измерений, установленных на трубопроводе от капельной жидкости, смолистых веществ, а также пыли, песка, металлической окалины, ржавчины и других твердых частиц, содержащихся в потоке газа.
3.3 Средства обработки результатов измерений
3.3.1 вычислитель: Средство измерительной техники, которое преобразовывает выходные сигналы основных средств измерений и вычисляет объемный расход и объем газа, приведенные к стандартным условиям.
3.3.2 измерительно-вычислительный комплекс: Функционально объединенная совокупность средств измерительной техники, которая преобразует выходной сигнал ультразвукового преобразователя расхода, измеряет все или некоторые необходимые параметры потока и среды и вычисляет объемный расход и объем газа, приведенные к стандартным условиям.
3.4 Параметры потока и среды
3.4.1 объемный расход газа, приведенный к стандартным условиям: Объемный расход газа, определенный путем пересчета объема газа при рабочих условиях, протекающего через первичный преобразователь в единицу времени, к стандартным условиям.
3.4.2 количество газа: Объем газа, приведенный к стандартным условиям.
3.4.3 параметры состояния газа: Величины, характеризующие состояние газа.
Примечание - В настоящем стандарте в качестве параметров состояния газа приняты давление и температура газа.
3.4.4 теплофизические характеристики газа: Величины, характеризующие теплофизические свойства газа.
Примечание - В настоящем стандарте в качестве теплофизических характеристик газа приняты плотность при рабочих условиях, вязкость, фактор и коэффициент сжимаемости, скорость распространения звука.
3.4.5 физико-химические параметры газа: Величины, характеризующие физико-химические свойства газа, применяемые для расчета теплофизических характеристик газа.
Примечание - В настоящем стандарте в качестве физико-химических параметров газа приняты состав газа и плотность газа при стандартных условиях.
3.4.6 условно-постоянная величина: Параметр состояния газа или физико-химический параметр, или теплофизическая характеристика, значение которого (которой) при расчетах объема газа принимают в качестве постоянной величины на определенный период времени (например, час, сутки, месяц и т.д.).
3.4.7 статическое давление газа: Абсолютное давление движущегося газа, которое может быть измерено посредством подключения средства измерений к отверстию для отбора давления.
3.4.8 перепад давления: Разность между значениями статического давления газа в двух точках потока.
3.4.9 потери давления газа: Часть статического давления, идущая на преодоление сил гидравлического сопротивления.
3.4.10 рабочие условия: Давление и температура газа, при которых выполняют измерение его расхода и/или объема.
3.4.11 стандартные условия: Условия, к которым приводят измеренные при рабочих условиях объемный расход и объем газа, характеризуемые абсолютным давлением газа, равным 0,101325 МПа, и температурой газа, равной 20°С (293,15 К).
3.4.12 средняя скорость потока газа: Отношение объемного расхода газа при рабочих условиях к площади поперечного сечения потока газа.
3.4.13 фактор сжимаемости газа: Отношение фактического (реального) объема произвольной массы газа, при конкретном давлении и температуре, к объему того же самого газа, находящегося при таких же условиях, рассчитанного так, как если бы он подчинялся закону поведения идеального газа*.
________________
* В ГОСТ 31369 вместо термина "фактор сжимаемости" применен термин "коэффициент сжимаемости".
3.4.14 коэффициент сжимаемости газа: Коэффициент, равный отношению значения фактора сжимаемости газа при рабочих условиях к значению фактора сжимаемости газа, рассчитанного при стандартных условиях.
3.5 Измерительный трубопровод
3.5.1 измерительный трубопровод: Участок трубопровода с установленным на нем ультразвуковым преобразователем расхода, границы и геометрические характеристики которого, а также размещение на нем средств измерений и дополнительных устройств устанавливается настоящим стандартом и/или нормативными документами на конкретные средства измерений.
3.5.2 местное сопротивление: Фитинг, запорная арматура, фильтр и другие элементы трубопровода, искажающие кинематическую структуру потока газа.
3.5.3 уступ: Смещение внутренних поверхностей секций измерительного трубопровода и/или ультразвукового преобразователя расхода в месте их соединения, обусловленное смещением их осей и/или различием значений их внутренних диаметров, и/или отклонением от круглости их внутренних сечений.
3.6 Система измерений расхода и количества газа
система измерений расхода и количества: Совокупность средств измерительной техники (средств измерений, измерительных систем, измерительных принадлежностей и устройств), вспомогательных и дополнительных устройств, которые предназначены для подготовки потока и среды, измерений, регистрации результатов измерений расхода и объема газа, приведенных к стандартным условиям.
3.7 Погрешность и неопределенность
3.7.1
|
погрешность измерения: Результат измерения (измеренное значение величины) минус опорное значение величины.
[рекомендации по межгосударственной стандартизации [2], подраздел 4.1] |
|
Примечание - Опорным значением величины может быть истинное значение измеряемой величины, в таком случае оно неизвестно, или приписанное (стандартизованное) значение величины, в таком случае оно известно.
[рекомендации по межгосударственной стандартизации [2], подраздел 4.2] |
3.7.2 относительная погрешность измерения: Отношение погрешности измерения к опорному значению измеряемой величины, выраженное в процентах.
3.7.3
|
стабильность средства измерений: Качественная характеристика средства измерений, отражающая неизменность во времени его метрологических характеристик.
[рекомендации по межгосударственной стандартизации [2], подраздел 10.12] |
3.7.4 кривая погрешности: Зависимость погрешности измерений от значений измеряемой величины, представленная в виде таблицы или функции.
|
3.7.5 стандартная неопределенность: Неопределенность результата измерения, выраженная в виде среднего квадратического отклонения (СКО).
[рекомендации по межгосударственной стандартизации [3], подраздел 3.1] |
3.7.6 относительная стандартная неопределенность: Отношение стандартной неопределенности к значению оценки измеряемой величины (результату измерения или среднему арифметическому результатов измерений), выраженное в процентах.
3.7.7
|
суммарная стандартная неопределенность: Стандартная неопределенность результата измерений, полученного через значения других величин, равная положительному квадратному корню суммы членов, причем члены являются дисперсиями или ковариациями этих других величин, взвешенными в соответствии с тем, как результат измерений изменяется при изменении этих величин.
[рекомендации по межгосударственной стандартизации [3], подраздел 3.1] |
3.7.8 относительная суммарная стандартная неопределенность: Отношение суммарной стандартной неопределенности результата измерения к значению оценки измеряемой величины (результату измерения или среднему арифметическому результатов измерений), выраженное в процентах.
3.7.9
|
расширенная неопределенность: Величина, определяющая интервал вокруг результата измерений, в пределах которого, как можно ожидать, находится большая часть распределения значений, которые с достаточным основанием могли быть приписаны измеряемой величине.
[рекомендации по межгосударственной стандартизации [3], подраздел 3.1] |
3.7.10 относительная расширенная неопределенность: Отношение расширенной неопределенности к значению оценки измеряемой величины (результату измерения или среднему арифметическому результатов измерений), выраженное в процентах.
3.7.11 коэффициент охвата: Числовой коэффициент, используемый как множитель при суммарной стандартной неопределенности для получения расширенной неопределенности.
3.7.12 уровень точности измерений: Признак, обозначающий уровень качества измерений объемного расхода и объема газа, приведенных к стандартным условиям, выражаемый значением относительной расширенной неопределенности результата измерений.
Примечание - Термин введен с целью дифференциации требований данной методики измерений в зависимости от необходимой точности результата измерений.
3.8 Контроль соблюдения требований
3.8.1 проверка реализации методики измерений: Установление юридическим лицом или индивидуальным предпринимателем, аккредитованными в установленном порядке на аттестацию методик (методов) измерений, относящихся к сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, соответствия реализации методики измерений требованиям настоящего стандарта.
3.8.2 отношение сигнал-шум: Отношение уровня ультразвукового сигнала к уровню "фонового" шума, выраженное в децибелах (дБ).
3.8.3 качество сигнала: Отношение числа ультразвуковых импульсов, участвующих в расчетах (удовлетворяющих определенным критериям качества, установленным производителем), к общему числу ультразвуковых импульсов, выраженное в процентах.
3.8.4 уровень сигнала: Уровень звукового давления ультразвукового импульса.
3.8.5 тренд: Тенденция к возрастанию или убыванию наблюдаемых значений, нанесенных на график в порядке их получения.
3.8.6 смещение нуля: Показание ультразвукового преобразователя расхода, отличное от нуля, при расходе газа, равном нулю.
3.8.7 линеаризация: Способ уменьшения нелинейности ультразвукового преобразователя расхода, путем применения поправок, вводимых при помощи программного обеспечения устройств обработки сигнала или средств обработки результатов измерений.
4 Обозначения и сокращения
4.1 Условные обозначения
Основные условные обозначения, применяемые в настоящем стандарте, приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Условные обозначения величин
|
|
|
Обозна- чение | Наименование величины | Единица величины |
 | Площадь поперечного внутреннего сечения ультразвукового преобразователя расхода | м  |
 | Скорость звука в неподвижном газе | м/с |
 | Внутренний диаметр измерительного трубопровода | м |
 | Внутренний диаметр корпуса ультразвукового преобразователя расхода | м |
 | Условный внутренний диаметр (условный проход) | мм |
 | Модуль упругости материала корпуса ультразвукового преобразователя расхода или измерительного трубопровода | МПа |
 | Весовой коэффициент | 1 |
 | Коэффициент сжимаемости газа | 1 |
 | Коэффициент преобразования ультразвукового преобразователя расхода | имп/м  |
 | Длина | м |
 | Молярная масса газа | кг/кмоль |
 | Абсолютное давление газа | МПа |
 | Атмосферное давление | МПа |
 | Избыточное давление газа | МПа |
 | Абсолютное давление, определяющее стандартные условия | МПа |
 | Объемный расход газа, приведенный к стандартным условиям | м /с |
 | Объемный расход газа при рабочих условиях | м /с |
 | Универсальная газовая постоянная: =8,31451 | кДж/(кмоль·К) |
 | Число Рейнольдса | 1 |
 | Температура газа | °С |
 | Термодинамическая температура газа:  | К |
 | Термодинамическая температура, определяющая стандартные условия | К |
 | Стандартная неопределенность результата измерений величины  | Единица величины |
 | Относительная стандартная неопределенность результата измерений величины | % |
 | Относительная расширенная неопределенность величины | % |
 | Допускаемая относительная расширенная неопределенность величины | % |
 | Объем газа при рабочих условиях | м |
 | Объем газа, приведенный к стандартным условиям | м |
 | Локальная скорость потока газа | м/с |
 | Средняя скорость потока газа | м/с |
 | Средняя скорость потока газа вдоль акустического пути | м/с |
 | Молярная доля  -го компонента газа | 1 |
 | Молярная доля азота в газе | 1 |
 | Молярная доля диоксида углерода в газе | 1 |
| Любой контролируемый параметр | Единица величины |
 | Фактор сжимаемости газа при рабочих условиях | 1 |
 | Фактор сжимаемости газа при стандартных условиях | 1 |
 | Температурный коэффициент линейного расширения материала | °C  |
 | Приращение объема газа за -й интервал времени осреднения параметров газа | м |
 | Абсолютная погрешность величины | Единица величины |
 | Интервал дискретизации | с |
 | Потери давления | Па |
 | Относительная погрешность измерений величины | % |
 | Коэффициент Пуассона | 1 |
 | Динамическая вязкость газа | Па·с |
 | Приведенная погрешность | % |
 | Коэффициент гидравлического сопротивления | 1 |
 | Плотность газа при рабочих условиях | кг/м |
 | Плотность газа при стандартных условиях | кг/м |
 | Время | с |
Примечание - Остальные обозначения указаны непосредственно в тексте. | ||
Индексы, входящие в условные обозначения величин, обозначают следующее:
max - наибольшее значение величины;
min - наименьшее значение величины;
в - верхний предел измерений;
н - нижний предел измерений;
п - условно-постоянная величина;
с - стандартные условия;
4.2 Сокращения
В настоящем стандарте применены следующие сокращения:
ВСП - взвешенная по расходу средняя погрешность;
ИВК - измерительно-вычислительный комплекс;
ИП - измерительный преобразователь;
ИТ - измерительный трубопровод;
МИ - методика измерений;
МС - местное сопротивление;
MX - метрологические характеристики;
ПД - преобразователь давления или манометр;
ПЗ - пробоотборный зонд;
ПТ - преобразователь температуры или термометр;
ПЭА - преобразователь электроакустический;
СИ - средство(а) измерений;
СИКГ - система измерений расхода и количества газа;
УЗПР - ультразвуковой преобразователь расхода;
УОГ - устройство для очистки газа;
ФП - формирователь потока.
5 Требования к показателям точности измерений
Относительная расширенная неопределенность измерений (при коэффициенте охвата 2) объемного расхода и объема газа, приведенных к стандартным условиям, по данной методике в зависимости от уровня точности измерений приведена в таблице 2.
Таблица 2
|
|
|
|
|
|
Уровень точности измерений | А | Б | В | Г | Д |
 или  | 0,5 | 0,75 | 1,5 | 2,5 | 5,0 |
При выборе уровня точности измерений рекомендуется руководствоваться следующими положениями:
- значение относительной расширенной неопределенности измерений (при коэффициенте охвата 2) объемного расхода и объема газа, приведенных к стандартным условиям, для выбранного уровня точности не должно превышать установленных норм точности измерений;
- если нормы точности не установлены, то для коммерческого учета и измерений в газораспределительных системах рекомендуется выбирать уровни точности, для которых значение относительной расширенной неопределенности измерений (при коэффициенте охвата 2) объемного расхода и объема газа, приведенных к стандартным условиям, не превышает 2,5%;
- для измерений факельного газа и выбросов рекомендуется выбрать уровень точности, для которого значение относительной расширенной неопределенности измерений (при коэффициенте охвата 2) объемного расхода и объема газа, приведенных к стандартным условиям, не превышает 5,0%;
- для измерений промышленного назначения уровень точности выбирают, исходя из экономической целесообразности и/или необходимости обеспечения требований технологического процесса.
6 Метод измерений
6.1 Принцип метода измерений
Измерения объемного расхода и объема газа, приведенных к стандартным условиям, выполняют косвенным методом динамических измерений, основанном на измерении с помощью УЗПР объемного расхода и объема газа при рабочих условиях и их приведении к стандартным условиям с помощью средства обработки результатов измерений.
Для приведения объемного расхода и объема газа при рабочих условиях к стандартным условиям используют теплофизические характеристики и физико-химические параметры газа, перечень которых в стандарте установлен в зависимости от выбранного метода приведения.
6.2 Метод измерений расхода и объема газа при рабочих условиях
Измерение объемного расхода и объема газа при рабочих условиях выполняют с помощью УЗПР, принцип действия которых основан на зависимости разности времен прохождения ультразвукового импульса по и против течения газа между ПЭА от средней скорости газа вдоль акустического пути.
На рисунке 1 приведена схема одноканального УЗПР.
Рисунок 1 - Схема одноканального УЗПР с ПЭА, размещенными в стенке его корпуса
В случае применения УЗПР, у которых ПЭА накладываются на наружную поверхность ИТ, ультразвуковой импульс попадает во внутреннюю полость ИТ, после того как проходит через ПЭА и стенку ИТ. При этом ультразвуковой луч преломляется при пересечении границ между ПЭА и ИТ, между ИТ и газом, как показано на рисунке 2.
Рисунок 2 - Схема одноканального УЗПР с ПЭА, размещенными на наружной поверхности ИТ
В связи с этим обстоятельством применение УЗПР, у которых ПЭА накладываются на наружную поверхность ИТ, имеет следующие особенности:
Примечание - Настоящий стандарт не предусматривает использование УЗПР с накладными ПЭА на трубопроводах, имеющих облицовку внутренней поверхности, так как это приводит к возникновению дополнительной погрешности измерений, значение которой зависит от трудноконтролируемых факторов (толщина облицовки, скорость распространения звука в материале облицовки и т.д.).
Измеренные средние скорости потока газа вдоль акустических путей, проверенные на достоверность и усредненные по времени, применяют для расчета средней скорости газа в измерительном сечении УЗПР.
Вид функции, используемой для расчета средней скорости газа в измерительном сечении УЗПР, зависит от числа акустических каналов, конфигурации их размещения, а также применяемого изготовителем УЗПР подхода к учету параметров потока и среды.
Если все акустические каналы расположены одинаково относительно оси измерительного участка (корпуса УЗПР), то среднюю скорость газа в измерительном сечении УЗПР рассчитывают по формуле
Если акустические каналы имеют различное расположение относительно оси измерительного участка (корпуса УЗПР), то среднюю скорость газа в измерительном сечении УЗПР рассчитывают по формулам:
- при суммировании с постоянным взвешиванием
- при суммировании с переменным взвешиванием
С целью обеспечения заявленной точности измерений, шероховатость внутренних поверхностей ИТ и корпуса УЗПР должна находиться в пределах, установленных изготовителем УЗПР.
Для компенсации погрешностей УЗПР, обусловленных отклонением его геометрических параметров от их номинальных значений, вследствие производственных допусков и допущениями в принятой модели расчета средней скорости газа в измерительном сечении УЗПР, изготовителем может быть применен корректирующий или калибровочный коэффициент. В общем случае объемный расход газа при рабочих условиях с учетом корректирующего или калибровочного коэффициента может быть вычислен по формуле
При отличии температуры и давления газа при рабочих условиях от условий, при которых устанавливались метрологические характеристики УЗПР, в его показаниях возникает дополнительная погрешность, обусловленная изменением геометрических параметров корпуса УЗПР. Если данная дополнительная погрешность является значимой, т.е. превышает 1/6 основной погрешности УЗПР, то показания УЗПР корректируют путем умножения значения расхода на поправочный коэффициент, учитывающий изменение геометрических параметров его корпуса, обусловленные изменением температуры и давления газа. Расчет поправочного коэффициента может проводиться по измеренным значениям или условно-постоянным значениям температуры и давления газа.
Если поправочный коэффициент не применяется, то данная дополнительная погрешность должна учитываться при расчете неопределенности измерений расхода и количества газа.
Для целей оценки необходимости корректировки показаний УЗПР может быть использована упрощенная модель расчета дополнительной погрешности, обусловленной изменением температуры и давления газа, приведенная в приложении А.
6.3 Методы приведения расхода и объема газа к стандартным условиям
6.3.1 Приведение значения объемного расхода или объема газа при рабочих условиях к стандартным условиям в зависимости от применяемых СИ параметров потока и среды выполняют с применением методов, приведенных в таблице 3.
Таблица 3
|
|
Наименование метода | Тип среды |
 -пересчет | Газы, для которых имеются данные о коэффициенте сжимаемости (см. 6.4) |
-пересчет | Газы, для которых отсутствуют данные о коэффициенте сжимаемости (см. 6.4) или точность существующих расчетных методов не удовлетворяет требованиям настоящего стандарта |
где
Объем газа, приведенный к стандартным условиям, рассчитывают по формулам:
- при дискретизации объема газа
Объем газа, приведенный к стандартным условиям, рассчитывают по формулам:
- при дискретизации объема газа
Если задана цена импульса выходного сигнала УЗПР, то коэффициент преобразования рассчитывают по формуле
6.4 Определение теплофизических характеристик и физико-химических параметров газа
Примечание - Коэффициент сжимаемости газа может быть вычислен с использованием значений факторов сжимаемости газа при рабочих условиях и стандартных условиях по формуле
6.4.2 Физические свойства газа могут быть определены путем прямых измерений или косвенным методом на основе данных, аттестованных в качестве стандартных справочных данных категорий СТД или СД (см. ГОСТ 8.566).
Примечание - Для определения физических свойств газа рекомендуется применять тот метод, который для условий измерений имеет наименьшую погрешность. При этом следует учитывать экономическую целесообразность его применения.
6.4.3 Фактор сжимаемости однокомпонентных газов при стандартных условиях определяют, используя аттестованные в качестве стандартных справочных данные (см., например, таблицу 2 ГОСТ 31369 и таблицу 1 ГОСТ 30319.1).
Фактор сжимаемости многокомпонентного газа при стандартных условиях рассчитывают по измеренному компонентному составу с использованием стандартизованных или аттестованных методик.
Примечание - Фактор сжимаемости природного газа при стандартных условиях рекомендуется рассчитывать в соответствии с требованиями ГОСТ 31369.
6.4.4 Фактор сжимаемости однокомпонентных газов при рабочих условиях рассчитывают по измеренным значениям давления и температуры газа, а многокомпонентного газа - по измеренным значениям давления, температуры и компонентному составу газа, с применением уравнения состояния для данного газа.
6.4.5 Для определения плотности газа при стандартных условиях применяют один из следующих методов:
а) косвенный метод;
б) пикнометрический метод по ГОСТ 17310;
в) метод измерений с помощью потокового плотномера.
При применении косвенного метода плотность газа при стандартных условиях рекомендуется рассчитывать по формуле
Молярную массу многокомпонентного газа вычисляют по формуле
Компонентный состав газа измеряют с помощью потокового хроматографа либо лабораторного хроматографа в химико-аналитических лабораториях.
6.4.6 Для диагностики работы УЗПР используют значение теоретической скорости распространения звука в газе, которое сравнивают со значением скорости распространения звука в газе, измеренным УЗПР.
Скорость распространения звука в однокомпонентных газах рассчитывают по измеренным значениям давления и температуры газа, а в многокомпонентных газах по измеренным значениям давления, температуры и компонентному составу газа.
Если рабочей средой является природный газ, в котором молярная доля метана менее 90%, то молярную долю метана рекомендуется определять впрямую (см. ГОСТ 31371.7).
Скорость распространения звука в газе следует рассчитывать в соответствии с алгоритмами, основанными на использовании следующих уравнений:
или
7 Требования к квалификации обслуживающего персонала и безопасности
7.1 Требования к квалификации обслуживающего персонала
К проведению измерений и монтажу СИ и оборудования допускаются лица, изучившие требования настоящего стандарта, эксплуатационной документации на СИ и вспомогательные и дополнительные устройства, прошедшие инструктаж по охране труда, получившие допуск к самостоятельной работе и имеющие квалификационную группу по электробезопасности не ниже III.
7.2 Требования безопасности
7.2.1 При монтаже и эксплуатации СИ, вспомогательных и дополнительных устройств должны соблюдаться требования, нормы и правила, определяемые в [5]-[9].
7.2.2 Перед монтажом СИ, вспомогательных и дополнительных устройств необходимо обратить внимание на их соответствие эксплуатационной документации, наличие и целостность маркировок взрывозащиты, наличие и целостность крепежных элементов, оболочек (корпусов).
7.2.3 При подготовке и проведении работ на измерительном оборудовании должны соблюдаться установленные правила и действующие технические инструкции, распространяющиеся на данный вид оборудования.
Инструкции по эксплуатации оборудования и СИ должны быть доступны обслуживающему персоналу.
7.2.4 Уровень и вид взрывозащиты СИ, вспомогательных и дополнительных устройств должны соответствовать классу взрывоопасных зон, категории и группе взрывоопасных смесей.
7.2.5 Установка и демонтаж оборудования на ИТ, проведение ремонтных или технических работ должны производиться только на разгруженных по давлению ИТ. В случае измерений горючих газов или газов с токсичным действием необходима предварительная продувка ИТ воздухом или инертным газом. Если газ с повышенным содержанием серы, то продувка газопроводов сжатым воздухом запрещается.
7.2.6 Монтаж СИ необходимо производить в строгом соответствии с их схемой внешних соединений. Запрещается вносить какие-либо изменения в электрическую схему соединений, а также использовать любые запасные части, не предусмотренные эксплуатационной документацией без согласования с изготовителем СИ.
7.2.7 При монтаже оборудования массой более 50 кг необходимо использовать подъемные механизмы.
7.2.8 В процессе эксплуатации СИ, вспомогательные и дополнительные устройства должны подвергаться внешнему осмотру персоналом СИКГ с целью определения их технического состояния. Сроки проведения осмотров, их периодичность и объемы должны устанавливаться графиком, разработанным службой, ответственной за техническое состояние СИКГ. При определении сроков осмотра должны учитываться условия эксплуатации СИКГ.
8 Требования к условиям проведения измерений
8.1 Условия применения средств измерений, обработки результатов измерений и вспомогательных устройств
8.1.1 Условия проведения измерений (давление, температура и влажность окружающей среды) для СИ, средств обработки результатов измерений и вспомогательных устройств должны соответствовать требованиям, установленным их изготовителями.
8.1.2 Напряженность постоянных и переменных электромагнитных полей, а также уровень индустриальных радиопомех не должны превышать пределов, установленных изготовителем применяемых СИ, средств обработки результатов измерений и вспомогательных устройств. Если в эксплуатационной документации изготовителя данные пределы не указаны, то напряженность электромагнитных полей не должна превышать предельно допускаемых уровней, установленных к условиям труда обслуживающего персонала СИКГ.
8.1.3 Характеристики электроснабжения СИ, средств обработки результатов измерений и вспомогательных устройств должны соответствовать требованиям их эксплуатационной документации.
8.1.4 СИ следует размещать вдали от источников вибрации и/или применять меры по ее минимизации. При наличии соответствующих требований изготовителя СИ уровни вибрации в местах размещения СИ не должны превышать установленных изготовителем пределов.
8.2 Параметры потока и среды
8.2.1 Измеряемой средой является однокомпонентный или многокомпонентный газ, находящийся в однофазном состоянии и однородный по физическим свойствам.
Примечания
1 Газ считается однородным, если его свойства (состав, плотность, давление и др.) изменяются в пространстве непрерывно.
2 Газ считается однофазным, если все его составляющие части принадлежат газообразному состоянию.
Тип газов, для которых предназначен УЗПР, устанавливает его изготовитель.
Присутствие некоторых компонентов в газе может воздействовать на рабочие характеристики УЗПР. В частности, высокие уровни двуокиси углерода и водорода в газовой смеси могут влиять и даже приостановить функционирование УЗПР вследствие их свойства звукопоглощения. В нижеследующих случаях возможность применения УЗПР устанавливается на основе консультаций с его изготовителем [10]:
- когда объемная доля диоксида углерода ожидается выше 3%;
- когда суммарный уровень серы из веществ типа сероводорода, меркаптанов (тиолов) и элементарной серы превышает 320 мкмоль/моль;
- при солевых отложениях на внутренней поверхности корпуса УЗПР и ИТ.
8.2.2 Скорость потока, расход, температура и давление газа должны находиться в пределах, допускаемых изготовителем для применяемых УЗПР, и в пределах, обеспечивающих требования к точности выполнения измерений.
При этом температура газа должна быть выше точки росы по влаге и выше температуры конденсации газа или его компонентов, в случае измерений многокомпонентного газа. Если измеряемой средой являются смеси углеводородных газов (например, природный или нефтяной газ), то должны отсутствовать условия для образования гидратов.
9 Средства измерений, обработки, вспомогательные и дополнительные устройства
9.1 Требования к составу средств измерений, обработки, вспомогательных и дополнительных устройств
9.1.1 Состав средств измерений, обработки, вспомогательных и дополнительных устройств определяется применяемым методом пересчета объемного расхода и объема газа при рабочих условиях к стандартным условиям, производительностью СИКГ, требуемым уровнем точности измерений и необходимой степенью автоматизации.
В общем случае при выполнении измерений применяют:
- основные СИ;
- средства обработки результатов измерений;
- дополнительные СИ;
- вспомогательные устройства;
- дополнительные устройства.
При необходимости передачи информации с СИКГ должны быть дополнительно предусмотрены средства и каналы передачи данных.
9.1.2 Состав основных СИ выбирают в соответствии с таблицей 4.
Таблица 4
|
|
|
|
Наименование СИ | Необходимость применения СИ для методов пересчета: | ||
|  -пересчет для газов: | -пересчет | |
| однокомпонентный | многокомпонентный |
|
СИ давления | + | + |  |
СИ температуры | + | + | |
УЗПР | + | + | + |
Хроматограф | - |  и  |  |
СИ плотности при рабочих условиях | - | - | + |
СИ плотности при стандартных условиях | - | и  |  |
"-" - СИ не требуется, "+" - наличие СИ обязательно.
Наличие СИ на СИКГ не обязательно, если допускается использовать результаты анализов химико-аналитических лабораторий, полученных в результате отбора проб на СИКГ, либо результаты анализов химико-аналитических лабораторий или автоматизированных измерений в местах, установленных с применением кустового метода размещения аналитического оборудования. СИ не требуется, если средой является природный газ, фактор сжимаемости которого рассчитывают по плотности газа при стандартных условиях, определенной пикнометрическим методом или путем прямых измерений, и по значениям и . СИ не требуется при наличии хроматографа. СИ требуется только при необходимости компенсации влияния давления и температуры на показания УЗПР и/или плотномера. СИ требуется, если плотность при стандартных условиях рассчитывают по компонентному составу. Для многокомпонентных газов СИ требуется при отсутствии хроматографа. | |||
В зависимости от производительности СИКГ в составе основных СИ предусматривают один или несколько УЗПР.
При наличии нескольких УЗПР их устанавливают на ИТ, объединенных в коллекторную систему.
На объектах, где недопустимо прекращение подачи газа и прерывание измерений, следует предусмотреть резервный УЗПР, который устанавливают на резервном ИТ и используют во время ремонта рабочего ИТ или поверки (калибровки) рабочих УЗПР.
На объектах, допускающих временное прекращение подачи газа, допускается не предусматривать резервный УЗПР.
9.1.3 Для обработки результатов измерений применяют вычислители или ИВК.
Средства обработки результатов измерений должны преобразовывать выходные сигналы основных СИ, автоматически определять объемный расход и/или объем газа, приведенные к стандартным условиям.
Средства обработки результатов измерений должны обеспечивать возможность периодического введения и регистрации значений условно-постоянных величин, например плотности газа при стандартных условиях, компонентного состава газа, атмосферного давления, констант, применяемых взамен значений контролируемых параметров, в случае отказа СИ и прочее.
9.1.4 В состав дополнительных СИ могут входить:
- СИ перепада давления для контроля технического состояния УОГ и ФП;
- СИ перепада давления для измерения разности давлений газа в УЗПР и в месте установки чувствительного элемента плотномера при его наличии;
- СИ температуры точки росы по воде, а для углеводородсодержащих смесей газов - температуры точек росы по воде и углеводородам в случае необходимости контроля за отсутствием выпадения конденсата в ИТ;
- СИ давления и температуры для контроля режимов технологических процессов и условий проведения измерений.
Вместо СИ перепада давления допускается для контроля технического состояния УОГ использовать стационарно установленные индикаторы перепада давления.
9.1.5 Состав применяемых вспомогательных устройств определяется требованиями к сервису, коммуникациям, надежности и безопасности при эксплуатации УЗПР и может включать в себя, например, устройства повторной индикации, устройства печати, блоки питания, барьеры искробезопасности, линии связи, преобразователи интерфейсов, межсетевые адаптеры и устройства памяти.
9.1.6 Перечень дополнительных устройств и необходимость их применения приведены в таблице 5.
Таблица 5
|
|
Наименование дополнительного устройства | Необходимость применения |
УОГ | Рекомендуется для загрязненных газов |
ФП | Обязателен в случаях, установленных изготовителем УЗПР |
Шумоглушитель | Рекомендуется при установке УЗПР после регуляторов давления, работающих на критических режимах течения газа |
Демпфер пульсаций | Обязателен при уровне пульсаций расхода, превышающем пределы, установленные изготовителем |
ПЗ | Обязателен при отборе проб газа на СИКГ |
9.2 Требования к основным средствам измерений и средствам обработки результатов измерений
9.2.1 Общие требования
9.2.1.1 Метрологические характеристики основных СИ и средств обработки результатов измерений должны обеспечивать измерение объемного расхода и объема газа при рабочих условиях и их приведение к стандартным условиям в зависимости от уровня точности измерений с относительной расширенной неопределенностью (при коэффициенте охвата 2), не превышающей значений, приведенных в таблице 6.
Таблица 6
|
|
|
|
|
|
Наименование процедуры | Допускаемая относительная расширенная неопределенность, %, для уровня точности измерений | ||||
| А | Б | В | Г | Д |
Измерение объемного расхода и объема газа при рабочих условиях | 0,30 | 0,50 | 1,0 | 1,5 | 3,0 (4,0) |
Приведение объемного расхода и объема газа при рабочих условиях к стандартным условиям | 0,40 | 0,55 | 1,1 | 2,0 | 4,0 (3,0) |
Примечание - Для уровня точности измерений "Д" допускается использовать значения, заключенные в скобках, при этом если допускаемая относительная расширенная неопределенность измерений объемного расхода и объема газа при рабочих условиях равна 3%, то допускаемая относительная расширенная неопределенность процедуры приведения объемного расхода и объема газа при рабочих условиях к стандартным должна быть 4%. | |||||
9.2.1.2 Диапазоны измерений применяемых СИ должны перекрывать диапазон изменения значений измеряемого параметра потока и среды.
Если применение одного СИ не обеспечивает охват диапазона изменения значений измеряемого параметра или не обеспечивает необходимую точность во всем диапазоне измерений, то допускается использование нескольких СИ.
9.2.1.3 Основные СИ должны иметь унифицированный электрический выходной сигнал и/или цифровой выход.
Рекомендуется выбирать основные СИ с цифровым выходом. При выборе основных СИ с электрическим выходным сигналом следует отдавать предпочтение СИ с выходным сигналом силы постоянного тока от 4 до 20 мА.
9.2.1.4 Относительные расширенные неопределенности (при коэффициенте охвата 2) результатов измерений и расчетов величин, применяемых для приведения объемного расхода и объема газа при рабочих условиях к стандартным условиям, в зависимости от уровня точности измерений не должны превышать значений, приведенных в таблице 7.
Таблица 7
|
|
|
|
|
|
Наименование определяемой величины | Допускаемая относительная расширенная неопределенность, %, для уровня точности измерений | ||||
| А | Б | В | Г | Д |
Термодинамическая температура газа | 0,18 | 0,22 | 0,30 | 0,65 | 1,0 (0,70) |
Абсолютное давление газа | 0,25 | 0,30 | 0,95 | 1,7 | 3,5 (2,5) |
Плотность газа при рабочих условиях* | 0,28 | 0,40 | 0,75 | 1,5 | 2,8 (2,1) |
Плотность газа при стандартных условиях* | 0,28 | 0,35 | 0,75 | 1,2 | 2,8 (2,1) |
Коэффициент сжимаемости | 0,25 | 0,40 | 0,45 | 0,75 | 1,6 (1,5) |
* Только для метода " -пересчета". Примечание - Для уровня точности измерений "Д" значения, заключенные в скобках, применяют, если допускаемая относительная расширенная неопределенность приведения объемного расхода и объема газа при рабочих условиях к стандартным условиям равна 3% (см. таблицу 6). | |||||
9.2.1.5 Относительная погрешность вычислений объемного расхода и объема газа при стандартных условиях, выполняемых средствами обработки, по заданным параметрам газа и объемному расходу газа при рабочих условиях, обусловленная алгоритмом вычислений и его программной реализацией, не должна превышать ±0,05%.
9.2.2 Средство измерений объемного расхода и объема газа и его монтаж
9.2.2.1 УЗПР должен иметь, по крайней мере, один из следующих выходов:
- последовательный интерфейс передачи данных, например интерфейс RS-232, RS-485, или промышленная шина для ввода параметров УЗПР, опроса измеренных значений и диагностики;
- частотно-импульсный выход, представляющий не линеаризованное значение расхода газа при рабочих условиях.
Дополнительно УЗПР может быть оборудован следующими выходами:
- частотно-импульсным, представляющим линеаризованное значение расхода газа при рабочих условиях;
- аналоговым (4-20 мА), представляющим значение расхода газа при рабочих условиях.
9.2.2.2 Все внутренние части УЗПР, имеющие контакт с газом, должны быть изготовлены из материала, химически нейтрального к газу и его компонентам.
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.