超聲流量計(jì)在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用

陳慶

中海福建天然氣有限責(zé)任公司生產(chǎn)運(yùn)行部輸氣處

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超聲流量計(jì)在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用

陳慶

中海福建天然氣有限責(zé)任公司生產(chǎn)運(yùn)行部輸氣處

摘要：超聲流量計(jì)在天然氣計(jì)量中發(fā)揮著十分重要的作用，本文主要從超聲流量計(jì)的環(huán)境要求、管道配置要求、對(duì)管道內(nèi)氣體流動(dòng)狀態(tài)要求以及流量計(jì)的使用和維護(hù)保養(yǎng)等四個(gè)重要的方面對(duì)超聲流量計(jì)在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用方法進(jìn)行了深入的分析和探究。

20世紀(jì)末期，英國(guó)煤氣公司就開(kāi)始著手對(duì)超聲流量計(jì)的研究，并授權(quán)丹尼爾公司作為唯一開(kāi)發(fā)商，于1989年生產(chǎn)出第一臺(tái)超聲流量計(jì)，在后來(lái)的使用中不斷改進(jìn)，逐漸形成了超聲流量計(jì)在氣體流量計(jì)量中的應(yīng)用方法。2000年，西南油氣田公司引進(jìn)了數(shù)臺(tái)丹尼爾超聲流量計(jì)用于貿(mào)易計(jì)量，向重慶和四川的大型天然氣用戶(hù)供氣，同時(shí)也開(kāi)展了對(duì)超聲流量計(jì)的性能的相關(guān)研究，并逐漸完善了《用氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》標(biāo)準(zhǔn)，使得超聲流量計(jì)在天然氣流量計(jì)量中的應(yīng)用更加廣泛。但是超聲流量計(jì)是利用聲波在氣流中傳播速度時(shí)差法來(lái)進(jìn)行計(jì)量的，環(huán)境中的電磁噪聲以及聲學(xué)噪聲會(huì)對(duì)流量計(jì)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，必須要掌握超聲流量計(jì)在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用方法，不斷努力加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，提高超聲流量計(jì)的實(shí)際性能，使其在天然氣計(jì)量中發(fā)揮更加有效的作用。

1　超聲流量計(jì)對(duì)的環(huán)境要求

超聲流量計(jì)在天然氣計(jì)量中對(duì)環(huán)境因素有較高的要求，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.1環(huán)境噪聲因素

1.1.1電磁噪聲

超聲流量計(jì)是一種非常先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備，它以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)，其測(cè)量的精度非常高[1]。時(shí)差法超聲流量計(jì)是用電子時(shí)鐘來(lái)測(cè)量時(shí)間的，傳播時(shí)間非常短，可達(dá)到0.1ms甚至更短。為了保持超聲流量計(jì)測(cè)量的高精度，對(duì)電子時(shí)鐘的測(cè)量精度有非常高的要求，因此要保證電子時(shí)鐘不受外界電磁干擾。超聲流量計(jì)采用自動(dòng)增益控制有一定程度的抗干擾能力，抵御外界的電磁干擾和電子干擾。在超聲流量計(jì)的安裝和使用過(guò)程中一定要注意避免將其安裝在電子干擾或電磁干擾的環(huán)境中，否則會(huì)使超聲流量計(jì)的穩(wěn)定性和精確性受到嚴(yán)重的不良影響。

1.1.2聲學(xué)噪聲

由于管路中的壓力控制閥、管道內(nèi)壁的不平整、插入式溫度計(jì)、壓力表等的影響，氣體流過(guò)會(huì)產(chǎn)生一定的聲學(xué)噪聲，其中，管路中的調(diào)壓閥是管路噪聲的最大來(lái)源。超聲流量計(jì)使用120-200kHz頻率超聲波，大大超出了調(diào)壓閥60kHz為主的聲波，有效降低了調(diào)壓閥的影響。超聲流量計(jì)可以檢測(cè)環(huán)境中的噪聲，通過(guò)自動(dòng)增益來(lái)獲取更準(zhǔn)確的信號(hào)，從一定程度降低了環(huán)境噪聲對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度的影響。但是為了防止其他頻率聲波的干擾，一般將流量計(jì)安裝在調(diào)壓閥上游，并有不同撬體隔開(kāi)，讓超聲流量計(jì)遠(yuǎn)離調(diào)壓閥，從而大大降低了調(diào)壓閥對(duì)超聲流量計(jì)的影響。

1.1.3其他噪聲

喧囂的城市環(huán)境，往往會(huì)產(chǎn)生不同頻率的噪聲，各種噪聲疊加，會(huì)對(duì)超聲波流量計(jì)造成影響。一般將超聲流量計(jì)安裝在遠(yuǎn)離市區(qū)環(huán)境，并與相應(yīng)的城市主干道有一定的距離，以防止噪聲對(duì)超聲流量計(jì)的干擾。

1.2振動(dòng)因素

超聲流量計(jì)是一種非常精密的測(cè)量?jī)x表，在出廠之前都會(huì)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的振動(dòng)實(shí)驗(yàn)，以確定超聲流量計(jì)在振動(dòng)環(huán)境下具有穩(wěn)定的性能。但如果將其長(zhǎng)時(shí)間放置在振動(dòng)的環(huán)境中，會(huì)對(duì)其性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響，還會(huì)降低其使用壽命。因此，超聲流量計(jì)在天然氣計(jì)量中應(yīng)當(dāng)采取有效措施，遠(yuǎn)離振動(dòng)的環(huán)境，從而保證超聲流量計(jì)性能的穩(wěn)定。

1.3環(huán)境溫度因素

一般情況來(lái)說(shuō)，環(huán)境溫度過(guò)低或者過(guò)高都會(huì)在很大程度上對(duì)儀器的相關(guān)性能造成十分嚴(yán)重的不良影響，從而大大降低相關(guān)儀器的使用壽命[2]。對(duì)于超聲流量計(jì)在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，丹尼爾超聲流量計(jì)所要求的溫度為-20℃至65℃。一般環(huán)境溫度能夠滿(mǎn)足超聲流量計(jì)要求，但是在某些環(huán)境比較惡劣的地區(qū)，必須要采取有效措施，防止環(huán)境溫度過(guò)高或過(guò)低，對(duì)超聲流量計(jì)造成不良的影響?？梢栽诔暳髁坑?jì)的測(cè)量管上安裝相關(guān)的防曬設(shè)施以及防雨裝置，可以避免環(huán)境溫度對(duì)超聲流量計(jì)帶來(lái)的不良影響。

2　超聲流量計(jì)的管道配置要求

超聲流量計(jì)在安裝和使用過(guò)程中對(duì)管道的配置有較高的要求，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面.

2.1上下游直管段的內(nèi)壁要求

超聲流量計(jì)上、下游直管道出現(xiàn)臺(tái)階或凸入物就會(huì)使被檢測(cè)介質(zhì)流態(tài)發(fā)生改變，從而使得測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)較大的誤差，要做好直管道的選擇和檢驗(yàn)，避免臺(tái)階或凸入物的存在。超聲流量計(jì)以及管道內(nèi)壁存在油污等附屬物會(huì)使管道的實(shí)際內(nèi)徑變小，如果油污附著在超聲波探頭上，會(huì)改變超聲波的傳播速度，使傳播時(shí)間變短，會(huì)對(duì)最終的測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生十分不良的影響，必須要加強(qiáng)超聲流量計(jì)以及管道內(nèi)壁檢查，及時(shí)清理并有效防止附屬物的出現(xiàn)。

2.2直管道的長(zhǎng)度要求

超聲流量計(jì)是通過(guò)測(cè)定在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，流量計(jì)上下游的彎頭、截止閥等會(huì)使被測(cè)介質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變，會(huì)使測(cè)量結(jié)果發(fā)生變化。通常在流量計(jì)的上游和下游安裝直管道來(lái)穩(wěn)定介質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)，達(dá)到降低測(cè)量結(jié)果誤差的效果。一般來(lái)說(shuō)，流量計(jì)上下游直管道的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性就越好，上游的直管道長(zhǎng)度達(dá)到直徑的50倍，下游直管道長(zhǎng)度達(dá)到10倍，測(cè)量結(jié)果就可以滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)相關(guān)要求。

2.3雙向流測(cè)量的管道配置要求

城市中的地下儲(chǔ)氣庫(kù)或儲(chǔ)氣罐與城市配氣管網(wǎng)之間就需要進(jìn)行雙向流量測(cè)量，即使用同一流量計(jì)對(duì)管道內(nèi)氣體正向輸送和反向輸送的流量進(jìn)行測(cè)量[3]，使用超聲流量計(jì)可以滿(mǎn)足這一計(jì)量要求。在這種情況下，正向輸送時(shí)儀表上游就是反向輸送時(shí)儀表的下游，正向輸送時(shí)儀表的下游就是反向輸送時(shí)儀表的上游，必須要嚴(yán)格做好上游和下游的管道配置，正向測(cè)量和反向測(cè)量同等對(duì)待，才能保證雙向流測(cè)量精度的要求。

3　超聲流量計(jì)對(duì)管道內(nèi)氣體狀態(tài)要求

管道內(nèi)氣體的清潔程度以及流動(dòng)狀態(tài)對(duì)超聲流量計(jì)測(cè)量精確度有一定的影響，要安裝過(guò)濾器和整流器來(lái)改善氣體的清潔程度和流動(dòng)狀態(tài)，優(yōu)化超聲流量計(jì)在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用效果。

3.1氣體的清潔程度

氣體中含有的固體和液體雜質(zhì)等會(huì)附著在超聲流量計(jì)探頭上，影響聲波的發(fā)射和接收[4]，特別是上游脫水裝置使用的三甘醇，對(duì)超聲流量計(jì)的影響最為明顯。天然氣在輸送過(guò)程中，由于氣體和管道內(nèi)壁的沖刷、氣體中的酸性組分和管道內(nèi)壁的化學(xué)反應(yīng)等會(huì)產(chǎn)生一定的固體顆粒會(huì)對(duì)超聲流量計(jì)的計(jì)量產(chǎn)生影響；氣體流動(dòng)狀態(tài)的改變，會(huì)發(fā)生少量的分解和聚合，產(chǎn)生一定量的液體、油污等，也會(huì)對(duì)超聲流量計(jì)的計(jì)量產(chǎn)生相當(dāng)程度的影響。因此，在流量計(jì)上游必須安裝相應(yīng)的分離裝置，將氣體中的固體、液體雜質(zhì)分離開(kāi)來(lái)。如果氣體固體、液體比較多，則選用過(guò)濾分離器；如果氣體較干凈，則選用氣體過(guò)濾器就可以滿(mǎn)足相應(yīng)的要求。

3.2氣體的流動(dòng)狀態(tài)

超聲流量計(jì)通過(guò)測(cè)量幾個(gè)點(diǎn)的流動(dòng)速率，使用固定模型的流動(dòng)狀態(tài)來(lái)計(jì)算來(lái)計(jì)算管道內(nèi)的平均流速。上游的截止閥、彎頭、插入式儀表等附件會(huì)影響氣體在管道內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)，會(huì)降低超聲流量計(jì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。超聲流量計(jì)上下游直管道的安裝可以提高計(jì)量的準(zhǔn)確性，但是由于上游直管道需求太長(zhǎng)，不方便安裝，可以在超聲流量計(jì)的上游10D的地方安裝氣體流動(dòng)狀態(tài)調(diào)整器，使氣體流動(dòng)狀態(tài)往期望的狀態(tài)變化，從而提高超聲流量計(jì)的計(jì)量精度，也大大縮短了直管道的最低要求長(zhǎng)度。此外，超聲波流量計(jì)也引入了“調(diào)整因子”，用于修正氣體流量計(jì)算中流動(dòng)狀態(tài)對(duì)超聲流量計(jì)測(cè)量結(jié)果的影響。

3.3氣體雜質(zhì)的影響

天然氣中氣體雜質(zhì)含量過(guò)多也會(huì)對(duì)超聲流量計(jì)的測(cè)量精度造成影響，比如說(shuō)二氧化碳含量超過(guò)10％，會(huì)影響超聲波在氣體中的傳播速度，還改變了管道內(nèi)氣體的密度，最終影響到超聲流量計(jì)的測(cè)量精度。氮?dú)?，硫化氫等，含量過(guò)多也會(huì)造成相應(yīng)的影響。

4　超聲流量計(jì)的使用和維護(hù)保養(yǎng)

為了提高超聲流量計(jì)在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用，要做好超聲流量計(jì)的安裝，還要加強(qiáng)超聲流量計(jì)的維護(hù)保養(yǎng)。

4.1超聲流量計(jì)的安裝

根據(jù)超聲流量計(jì)的特點(diǎn)，超聲流量計(jì)既可以水平安裝，也可以垂直安裝，還可以?xún)A斜安裝。另外，超聲流量計(jì)的實(shí)際安裝還可以沿著管道的軸線任意旋轉(zhuǎn)。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，超聲流量計(jì)的安裝要注意把握好以下三方面的內(nèi)容：第一，要保證超聲流量計(jì)安裝以后便于進(jìn)行檢測(cè)和維修。第二，要避免超聲流量計(jì)受到氣流以及積液的不良影響。第三，超聲流量計(jì)在安裝完成之后方便做維護(hù)保養(yǎng)。

4.2做好超聲流量計(jì)的維護(hù)保養(yǎng)

4.2.1定期檢測(cè)

定期檢測(cè)是加強(qiáng)超聲流量計(jì)使用維護(hù)和管理的重要手段，通過(guò)定期檢測(cè)可以預(yù)防和消除超聲流量計(jì)的很多故障[5]。根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定合理的檢測(cè)周期，并按時(shí)拆送到具有資質(zhì)的檢驗(yàn)單位進(jìn)行檢驗(yàn)，或者邀請(qǐng)具有檢驗(yàn)資質(zhì)的單位到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)超聲波流量計(jì)進(jìn)行檢驗(yàn)，并要求檢驗(yàn)單位出具檢驗(yàn)鑒定證書(shū)。

4.2.2定期檢查

根據(jù)輸送介質(zhì)的清潔程度和人員配置，對(duì)超聲流量計(jì)要進(jìn)行定期檢查，內(nèi)容包括但不限于：檢查探頭連接是否松動(dòng)，是否有漏氣現(xiàn)象；檢查信號(hào)處理單元各連接線連接牢固無(wú)松動(dòng)；檢查流量計(jì)自動(dòng)增益值和噪聲系數(shù)在穩(wěn)定可靠的范圍；檢查并清潔超聲流量計(jì)外表，防止受到腐蝕。

4.2.3小流量測(cè)試和切除

在關(guān)閉上下游閥門(mén)的情況下，管道內(nèi)無(wú)氣體流動(dòng)，流量為零，但是由于氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)，超聲流量計(jì)會(huì)測(cè)出比較小的流量值，在流量計(jì)允許的誤差范圍內(nèi)，使用小流量切除功能，將小流量值手動(dòng)設(shè)置為零。正常情況下，這個(gè)小流量是在流量計(jì)允許誤差范圍內(nèi)的值。如果流量計(jì)出現(xiàn)異常，這個(gè)值會(huì)超過(guò)流量計(jì)誤差，這時(shí)候就要將流量計(jì)拆除并送到具有資質(zhì)的檢驗(yàn)單位進(jìn)行檢驗(yàn)。如果檢驗(yàn)不合格，則必須送回生產(chǎn)廠家進(jìn)行維修。

綜上所述，超聲流量計(jì)在天然氣計(jì)量中發(fā)揮著十分重要的作用，我國(guó)逐漸將超聲流量計(jì)應(yīng)用到天然氣流量的計(jì)量中，也同時(shí)開(kāi)展了對(duì)超聲流量計(jì)的性能的相關(guān)研究，逐步完善《用氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量》標(biāo)準(zhǔn)。

掌握超聲流量計(jì)在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用方法，從超聲流量計(jì)的環(huán)境要求、管道配置要求、對(duì)管道內(nèi)氣體流動(dòng)狀態(tài)要求以及流量計(jì)的使用和維護(hù)保養(yǎng)等四個(gè)方面出發(fā)，將超聲流量計(jì)安裝在合適位置，并配置過(guò)濾器、整流器和相應(yīng)的直管道，提高超聲流量計(jì)在天然氣計(jì)量中的測(cè)量精度；做好超聲流量計(jì)的維護(hù)保養(yǎng)，提高超聲流量計(jì)的應(yīng)用質(zhì)量，延長(zhǎng)超聲流量計(jì)的使用壽命。

參考文獻(xiàn)

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