超聲流量計運行狀態(tài)及對策研究

連建曉

中原油田天然氣產(chǎn)銷廠 河南 濮陽 457001

引言

目前氣體超聲流量計作為天然氣輸送行業(yè)的主流計量設(shè)備被廣泛應(yīng)用。無論是中、大口徑管道氣體計量，還要末端小口徑的用戶氣體計量，它在天然氣計量輸送行業(yè)的占比越來越重。氣體超聲流量計在計量精度、量程比、可靠性、壓力損失、通訊連接、維護管理等方面，相比其他類型的計量設(shè)備有自己獨特的優(yōu)勢。但實際使用中受氣質(zhì)、流態(tài)、噪聲、壓力、溫度等多種外部因素影響，使它的測量過程存在聲速超差導致計量偏差，聲道數(shù)據(jù)偏離一致性等情況，為確保超聲計量系統(tǒng)的準確度、穩(wěn)定性，需要傾注精力關(guān)注它的整體運行狀態(tài)，盡可能實施有效措施以減少或消除其各級報警，做到測量過程長期有效、準確無誤。

1 計量系統(tǒng)初裝過程的影響及對策

天然氣超聲波計量系統(tǒng)包括上下游計量直管段、溫度壓力測量儀表、在線色譜分析儀等實現(xiàn)計量的全套計量設(shè)備和其他設(shè)備的組成。大量操作數(shù)據(jù)表明，緩壓操作會提高計量設(shè)備的使用壽命，降低設(shè)備損壞率達10%左右。計量管路中流量計入口閥壓差超過0.1MPa（表壓）的地方，應(yīng)安裝一個小口徑旁通閥，以促使流量計與相關(guān)工藝管道緩慢升壓，避免儀器儀表損壞。換能器超聲信號易受不穩(wěn)定流、振動、噪聲等因素影響，導致計量系統(tǒng)不準確，現(xiàn)場根據(jù)是否帶有流動調(diào)整器的情況，流量計上游分別需要50D、30D的直管段，流量調(diào)整器宜裝在流量計上游10D處，流量計的下游直管段至少要5D或10D，盡可能滿足計量裝置上游端直管段的有效長度、直度、圓度及內(nèi)壁光潔度[1]。

超聲流量計本體及其配件的安裝質(zhì)量，初次配置調(diào)試質(zhì)量，將影響計量的準確性。要加強流量計初次調(diào)試過程的檢查，系統(tǒng)全面分析流量計使用狀態(tài)，確認各探頭性能指標達到100%，各通道聲速差＜0.5m/s，理論聲速與實際聲速偏差＜±0.2%，各通道信噪比、增益值數(shù)據(jù)穩(wěn)定且相近，在相近范圍內(nèi)波動。若流量計有故障報警信息，確認無流量計自身原因產(chǎn)生。

2 溫度、壓力的影響及對策

壓力變送器上電后，要檢查壓力變送器的零位顯示（101.325kPa上下，不超過0.2級或0.5級的最大允許誤差范圍）。做好檢漏，確認相關(guān)引壓管路、泄氣口、連接口無滲漏情況。確認液晶屏參數(shù)顯示穩(wěn)定。某輸氣站供氣支路壓力變送器，表頭突然掉電后10s內(nèi)自動恢復(fù)正常；檢查中無法充分證明是儀表內(nèi)部電路板的問題，只能更換備檢的儀表，在后續(xù)檢定過程與技術(shù)監(jiān)測部門做好儀表監(jiān)控管理或返廠檢查[2]。如表1為GBT－18603中壓力測量的準確度要求：

表1 計量系統(tǒng)配套儀表準確度

溫度測量較為穩(wěn)定，但由于有效期外送檢拆裝中，容易發(fā)生密封不到位，保護套管混入臟物等情況，同樣會影響計量準確。做好儀表的密封防水及干燥處理，按質(zhì)更換導致油保持其清潔。某輸氣站溫度變送器校準證書有一組電流值參數(shù)最大偏差是0.096mA，按照溫度變送器校準溫度范圍-20℃～80℃輸出電流范圍4mA～20mA來換算，這個電流值相對應(yīng)某點的溫度誤差在0.51℃，這樣就超出GBT-18603中A級B級計量站對溫度準確度的要求，如果在A級或B級計量站使用，就需要更換允許誤差范圍內(nèi)的測溫表。如表2是GBT-18603中對溫度測量的準確度要求：

表2 計量系統(tǒng)配套儀表準確度

3 氣質(zhì)的影響及對策

超聲波流量計與流量計算機在進行工況量轉(zhuǎn)標況量的計算中，要用壓縮因子計算，而壓縮因子的獲得要利用氣體組分計算，因此，氣質(zhì)對超聲波計量有很重要的影響。標況下的流量按公式（1）計算

被測天然氣組分發(fā)生改變，相對密度就不同，從而導致Zn／Zf的變化。為確保計量準確，可在計量系統(tǒng)中引入在線色譜分析儀，對輸送天然氣組分含量進行實時監(jiān)測上傳，再通過SCADA系統(tǒng)對沒有色譜分析儀的計量點流量計算機進行自動賦值，分析并及時更新各計量點組分含量，實現(xiàn)精準計量和最大化的經(jīng)濟效益[3]。

某干線冬季運行中由于氣質(zhì)較差，該線某輸氣站計量點實測聲速比理論聲速高到3m/s左右，最高時達到6m/s，多組探頭性能不足50%，日均300×104Nm3的輸量下，輸氣損耗最高虧氣達到3.8×104Nm3/d。若不采取措施，這種情況的輸氣損耗會持續(xù)上升。我們一方面協(xié)調(diào)上游調(diào)整氣源供給，另一方面比對在線色譜儀分析結(jié)果及整線不同站的賦值時間，同時在輸氣站內(nèi)拆卸并清潔計量管段、整流器、流量計及探頭等部件，流量計理論與實測立即恢復(fù)到1m/s以內(nèi)。如果現(xiàn)場裝有分析小屋，需要做好在線色譜儀的日常檢查及維護管理，確保載氣、樣氣的壓力、流量在合理范圍內(nèi)，同時確保氣路清潔無漏。

盡管受多重外部因素的影響，超聲流量計依然以其精度高，可靠性好，抗干擾能力強的優(yōu)勢在天然氣計量領(lǐng)域倍受推崇。有關(guān)其運行狀態(tài)的研究不僅于上述內(nèi)容，復(fù)雜的工藝系統(tǒng)環(huán)境，多種氣質(zhì)來源混輸，集輸條件差異，能量計量實施等情況下，超聲波流量計的運行監(jiān)控工作將出現(xiàn)新的考驗與探索領(lǐng)域，作為現(xiàn)場監(jiān)控及使用者，需要密切跟蹤這類流量計的運行過程，不斷收集并分析測量過程的診斷信息，使監(jiān)護過程日漸智能化、系統(tǒng)化，以確保天然氣計量的準確性、有效性、穩(wěn)定性。