超聲波流量計(jì)在天然氣計(jì)量的應(yīng)用研究

曹曉鋒（陜西省天然氣股份有限公司，陜西 西安 710016）

伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，無論是工業(yè)生產(chǎn)還是居民的日常生活對于天然氣的需求都呈現(xiàn)出爆發(fā)式的增長，這給天然氣的計(jì)量帶來了巨大的壓力。超聲波量計(jì)是當(dāng)前國內(nèi)主要天然氣計(jì)量方式，尤其在大口徑天然氣長輸管道計(jì)量方面占有重要的位置，它的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在可靠性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、適應(yīng)性強(qiáng)、操作簡單、投入低、效率高等方面。2001年國家發(fā)布了《用氣體超聲流量計(jì)測量天然氣流量》以后，超聲流量計(jì)在國內(nèi)的應(yīng)用更加的廣泛了。

1 工作原理

超聲波流量計(jì)按工作原理劃分可以分成很多種方式，目前，應(yīng)用在天然氣計(jì)量的上的超聲波流量計(jì)主要是通過時(shí)間差法來進(jìn)行的測量。時(shí)間差法下的超聲波流量計(jì)的工作原理很簡單，就是在天然氣運(yùn)輸管道上安裝一對超聲換能器，通過換能器接受超聲信號，通過測量到的氣體流速乘以超聲波流量計(jì)的截面面積就得到了管道內(nèi)的天然氣流量，然而這樣得到的流量數(shù)據(jù)還有些不準(zhǔn)確，這是就需要我們結(jié)合溫度、壓力等數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚?，得到最終的流量數(shù)據(jù)。

2 應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

目前，超聲波以其可靠性高、準(zhǔn)確度高等優(yōu)勢，在大流量天然氣計(jì)量中占有重要的位置，但要充分發(fā)揮其計(jì)量優(yōu)勢就要在應(yīng)用過程中充分考慮環(huán)境因素對于測量的影響。因此我們在使用過成中除了要滿足國家頒布的《用氣體超聲流量計(jì)測量天然氣流量》的要求和一些具體操作規(guī)范外，還應(yīng)充分考慮以下因素對計(jì)量的影響。

2.1 噪聲影響

時(shí)間差法下的超聲波流量計(jì)主要是通過天然氣運(yùn)輸管道中的一對超聲波脈沖測量換能器之間的順、逆行的時(shí)間差進(jìn)行計(jì)量，因此超聲波脈沖的信號的準(zhǔn)確性直接關(guān)系計(jì)量效果。在計(jì)量過程中，天然氣管道中各個(gè)部件之間產(chǎn)生的噪聲會(huì)影響到超聲波脈沖測量換能器對超聲波脈沖信號的接受，進(jìn)而影響到計(jì)量的效果。為了最大限度的提高計(jì)量的準(zhǔn)確性，減少運(yùn)輸管道內(nèi)的噪聲影響，我們在安裝超聲波脈沖測量換能器的時(shí)候應(yīng)該盡量避開運(yùn)輸管道的彎頭部位；同時(shí)，我們也應(yīng)該選擇抗干擾能力強(qiáng)的超聲波脈沖信號接收器，降低噪聲的影響，提高計(jì)量的準(zhǔn)確性。

2.2 管道配置

2.2.1 直管段長度要求

通過超聲波流量計(jì)對天然氣流量進(jìn)行計(jì)量時(shí)，天然氣中的門閥、匯管等阻力件會(huì)導(dǎo)致天然氣的流速發(fā)生畸變，進(jìn)而增加天然氣流量計(jì)量的誤差。具體的誤差大小還要取決于天然氣流速的畸變程度以及計(jì)量設(shè)備自身的修正能力。為了減少阻力件對于天然氣流速的干擾，我們一般在計(jì)量區(qū)域內(nèi)采用直管段。一般情況下，直管段越長測量的準(zhǔn)確性和可靠性也就越高。《用氣體超聲流量計(jì)測量天然氣流量》中對直管段的最低長度提出明確的要求，在不安裝整流器的情況下，流量計(jì)上游的直管段最短為10D，下游的長度最短為5D，此外，對于一些條件復(fù)雜的測量段，直管段的最短距離要相應(yīng)的提高，具體應(yīng)該提高多少要與生產(chǎn)廠家進(jìn)行研究決定。

2.2.2 直管段的質(zhì)量要求

除了直管段的長度會(huì)影響計(jì)量效果外，直管段的質(zhì)量也影響著計(jì)量效果。我們在鋪設(shè)直管段是盡量減少管道內(nèi)出現(xiàn)凸入物，因?yàn)槿绻艿纼?nèi)出現(xiàn)凸入物，凸入物會(huì)增大流量測量的誤差，影響到計(jì)量的準(zhǔn)確性。

2.3 臟污堆積

受到水、油污以及硫化鐵粉等臟污的天然氣會(huì)嚴(yán)重的影響到測量質(zhì)量，因?yàn)楫?dāng)被水、油污染的天然氣通過超聲波流量計(jì)時(shí)，天然氣中的那些粉末、油污等污染物會(huì)逐漸的在管道內(nèi)壁以及超聲波接受設(shè)備上進(jìn)行堆積，這樣會(huì)造成兩方面的主要影響。一是隨著污染物的堆積，測量管道的內(nèi)徑也會(huì)逐漸的變小，從而導(dǎo)致流量計(jì)讀數(shù)變大；二是測量管道的內(nèi)壁會(huì)隨著臟污的堆積變的越來越粗糙，這樣會(huì)導(dǎo)致超聲波脈沖信號在反射時(shí)出現(xiàn)衰減現(xiàn)象，影響計(jì)量的準(zhǔn)確性。此外，除了上述兩個(gè)主要的影響外，隨著臟污的堆積，會(huì)在一定的程度上減少超聲波的傳輸時(shí)間，致使計(jì)量數(shù)據(jù)偏大。因此，我們應(yīng)該加強(qiáng)對天然氣的質(zhì)量的檢測，確定合理的清理周期，當(dāng)發(fā)現(xiàn)天然氣質(zhì)量明顯下降時(shí)適當(dāng)?shù)脑黾忧謇泶螖?shù)。

3 檢定

計(jì)量設(shè)備的正常工作是進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量的前提條件，而要保障計(jì)量設(shè)備的正常工作就要定期對其進(jìn)行檢測。就目前而言，我國能過進(jìn)行流量計(jì)檢定資質(zhì)的單位和部門主要有國家石油天然氣大流量計(jì)量站，國家站成都天然氣分站以及國家站重慶天然氣分站等。這些單位的實(shí)流檢定能力已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平，檢定能力已經(jīng)基本上覆蓋了天然氣行業(yè)。

當(dāng)前超聲波流量計(jì)檢定方法主要有兩種，一是在線實(shí)流檢定，二是離線實(shí)流檢定。就目前而言我們在進(jìn)行天然氣超聲波流量計(jì)檢定時(shí)主要采用的還是離線實(shí)流檢定，因?yàn)樵诰€實(shí)流檢定對于設(shè)備和使用環(huán)境要求很高，一般情況下很難保障這些的條件的實(shí)現(xiàn)。但是在線實(shí)流檢定以其準(zhǔn)確度高、送檢成本低等特點(diǎn)仍是我們未來檢定的發(fā)展方向，目前在線實(shí)流檢定也已經(jīng)在一些交通條件的區(qū)段得到了應(yīng)用。在《超聲波流量計(jì)檢定規(guī)程》中規(guī)定，如果超聲波流量計(jì)具有自行診斷和報(bào)警功能的話，對實(shí)流檢定的周期就可以有1年延長到6年。當(dāng)前，我內(nèi)外超聲波流量計(jì)研究機(jī)構(gòu)都在積極地研究超聲波流量計(jì)的自行診斷、報(bào)警功能以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

[1]蔣大旭，鄭開銀.天然氣自動(dòng)計(jì)量教程.計(jì)量出版社，2004.

[2]齊友.天然氣計(jì)量及標(biāo)定系統(tǒng)的應(yīng)用.石油與天然氣化工.第38卷第6期.

[3]楊聲將.超聲波流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)性能的主要影響因素.天然氣工業(yè).儲運(yùn)與集輸工程.第26卷第3期.