計(jì)量差管理是燃?xì)馄髽I(yè)一項(xiàng)重要工作。本文首先介紹了超聲波流量計(jì)的計(jì)量原理、測(cè)量范圍以及安裝要求等，并與渦輪流量計(jì)作對(duì)比。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合我公司對(duì)公共衛(wèi)生臨床中心的試點(diǎn)實(shí)例，探索了使用超聲波流量計(jì)開(kāi)展燃?xì)庥?jì)量的效果，并得出相應(yīng)結(jié)論。

1實(shí)施背景

天然氣計(jì)量是其使用過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),流量計(jì)量是天然氣供需雙方貿(mào)易結(jié)算時(shí)的一個(gè)非常重要的依據(jù),同時(shí)也是天然氣生產(chǎn)方的一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)和產(chǎn)能指標(biāo)。流量計(jì)量在企業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)管理的過(guò)程中,是一項(xiàng)關(guān)鍵的技術(shù)性工作。準(zhǔn)確的天然氣計(jì)量結(jié)果,能夠保證貿(mào)易結(jié)算的公平性,并且在一定程度上能夠改進(jìn)天然氣生產(chǎn)工藝,降低生產(chǎn)成本,確保天然氣的安全生產(chǎn),提高社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。然而天然氣行業(yè)中卻一直存在著計(jì)量差現(xiàn)象,計(jì)量差問(wèn)題已經(jīng)成為制約行業(yè)發(fā)展的重要因素。我公司近幾年來(lái)逐步加大計(jì)量增效力度,例如實(shí)施門(mén)站一級(jí)和二級(jí)計(jì)量管理、戶(hù)內(nèi)無(wú)線遠(yuǎn)程計(jì)量、大用戶(hù)流量計(jì)實(shí)施SCADA管理等。通過(guò)采取上述的計(jì)量改進(jìn)措施,為公司創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益,改善了公司的經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)。但是從管理實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),僅采取上述的措施還遠(yuǎn)不夠。為深化改進(jìn)燃?xì)庥?jì)量差管理工作,我們?cè)诟鞴芫W(wǎng)進(jìn)行等級(jí)計(jì)量的前提下,采用超聲波計(jì)量表對(duì)各區(qū)域開(kāi)展計(jì)量試驗(yàn),縮小計(jì)量數(shù)據(jù)誤差,從而實(shí)現(xiàn)燃?xì)庥?jì)量的降差、增效目標(biāo)。

2.不同流量計(jì)的對(duì)比

目前天然氣管網(wǎng)上使用的大流量計(jì)以渦輪流量計(jì)為主,為了測(cè)試超聲波流量計(jì)與渦輪流量計(jì)各自的性能,我們從測(cè)量原理、測(cè)量范圍等方面進(jìn)行了對(duì)比分析。

2.1 計(jì)量原理

渦輪流量計(jì)是一種速度式流量?jī)x表，測(cè)量本體是渦輪流量傳感器，主要由葉輪和磁感應(yīng)線圈組成，葉輪軸心與管道中心相同，可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，其葉片與氣體流動(dòng)方向成一定角度。在流體沖擊下，渦輪沿管道軸向旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)速率隨流量變化而不同，流速越高，動(dòng)能越大，渦輪的轉(zhuǎn)速也越高。渦輪的轉(zhuǎn)速經(jīng)電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的頻率電脈沖，通過(guò)顯示儀表進(jìn)行積算和顯示，如圖1所示。

超聲波流量計(jì)采用時(shí)差法進(jìn)行流量測(cè)量，工作原理如圖2所示。利用兩個(gè)相向的傳感器，收發(fā)超聲波，每一個(gè)傳感器都具有信號(hào)發(fā)射以及信號(hào)接受功能，超聲波脈沖能量在管壁、流體中，以一定的角度在兩個(gè)傳感器之間相互傳播；流體流速會(huì)在一定程度上影響到超聲波脈沖在兩個(gè)傳感器之間的傳播，從上游傳感器向下游傳感器，聲速度和流體速度混合而變快，從下游傳感器到上游傳感器，聲速度中抵消了流體速度而變慢，造成上游和下游傳播時(shí)間的凈時(shí)間差和流速成正比例。由于時(shí)差法測(cè)量系統(tǒng)不存在內(nèi)在慣性，所以時(shí)差法流量計(jì)有很強(qiáng)的靈敏性，同樣適用于低流速和低流量。

2.2測(cè)量范圍

渦輪流量計(jì)的測(cè)量范圍是20m3/h~400m3/h。

超聲波流量計(jì)的測(cè)量范圍為2m3/h~300m3/h（始動(dòng)流量0.7m3/h）。

2.3安裝要求及維護(hù)

渦輪流量計(jì)對(duì)管輸天然氣的流態(tài)非常敏感，而流量計(jì)入口前端的阻流設(shè)備（分離除塵、管道彎頭、旋風(fēng)分離器和過(guò)濾器等）可能使流態(tài)改變而影響轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。為此，一般在渦輪流量計(jì)入口和出口端各加接一直管段，其入口端長(zhǎng)度不小于10倍管段內(nèi)徑，出口端長(zhǎng)度不小于5倍管段內(nèi)徑。若安裝空間不能滿(mǎn)足上述要求時(shí)，可在阻流設(shè)備與渦輪流量計(jì)之間安裝整流器。另外，變送器電源線需采用金屬屏蔽線，且接地良好可靠。渦輪流量計(jì)的測(cè)量元件是轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪，并使用了軸承，在使用過(guò)程中還應(yīng)勤于加油，定期維護(hù)。

超聲波流量計(jì)的安裝要求如下：

（1）超聲波流量計(jì)傳感單元安裝時(shí)需在管道停運(yùn)狀態(tài)完成，一般設(shè)計(jì)為兩路支線分別切換進(jìn)行安裝;（2）測(cè)量?jī)x表的傳感單元尺寸必須與管輸內(nèi)外徑相一，其誤差應(yīng)控制在±1%以?xún)?nèi)，以免安裝產(chǎn)生偏差；

（3）為了能夠有效避免換能器聲波表面受顆?；蚩諝飧蓴_，超聲波流量計(jì)傳感單元***好選在與水平方向450的范圍內(nèi)安裝，盡量避免干擾。此外，在天然氣含液較多的場(chǎng)合，氣體超聲波流量計(jì)及其計(jì)量管段的安裝位置不應(yīng)低于其上下游管道，使得天然氣中凝析出來(lái)的液體能夠隨氣流被帶走，不在氣體超聲波流量計(jì)處堆積，造成計(jì)量故障；

（4）上下游應(yīng)保證有必要的直管段，上游直管段***少10D，下游直管段至少為5D；

（5）超聲波流量計(jì)安裝需要前后避開(kāi)阻力構(gòu)件如（彎頭、閥門(mén)、變徑處），如在垂直管道安裝，其換能器的安裝位需在上游彎管的彎軸平面內(nèi)，以獲得彎管流場(chǎng)畸變后較接近的平均值；

（6）換能器安裝處和管道壁反射處必須避開(kāi)接口和焊縫；

（7）換能器安裝處的管道襯里和垢層不能太厚，襯里和管壁間不能有間隙，同時(shí)內(nèi)壁做好清銹工作；

（8）換能器工作面與管輸器壁間應(yīng)選用合適的耦合劑，保證連接面無(wú)雜質(zhì)顆?；蚩諝獯嬖?，避免超聲波傳輸過(guò)程中引入不同傳播媒介而產(chǎn)生的誤差。

在維護(hù)方面，由于超聲波流量計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)可動(dòng)部件，日常維護(hù)量幾乎為零，從而提高了產(chǎn)品耐用性，降低了人工成本。

表1為超聲波流量計(jì)和渦輪流量計(jì)性能綜合對(duì)比表）。同時(shí)在該超聲波流量計(jì)后串聯(lián)一臺(tái)渦輪流量計(jì)，進(jìn)行超聲波流量計(jì)和渦輪表計(jì)量對(duì)比分析。該試驗(yàn)點(diǎn)如圖3 所示：

3.應(yīng)用實(shí)例

為探索超聲波流量計(jì)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的可靠性和先進(jìn)性，公司于2013年3月對(duì)公共衛(wèi)生中心調(diào)壓器（PRS-300-1SB-2/3）實(shí)施區(qū)域計(jì)量改造。公共衛(wèi)生臨床中心的天然氣使用地點(diǎn)較為分散，從總表房延伸出的各分支管道，在每個(gè)用氣點(diǎn)都有分表計(jì)量。例如食堂、煎藥房、手術(shù)室等均采用G2.5的皮膜表計(jì)量，另有焚燒爐間采用G40腰輪表計(jì)量。

本次試點(diǎn)過(guò)程中，用1臺(tái)超聲波流量計(jì)取代現(xiàn)有管道上的14臺(tái)計(jì)量分表（12臺(tái)膜式燃?xì)獗怼?/span>2臺(tái)腰輪在調(diào)壓器出口配置1臺(tái)精度等級(jí)為1.0級(jí)的智能一體型超聲波流量計(jì)，作為區(qū)域計(jì)量總表。

為了取得***佳的測(cè)試效果，本項(xiàng)目采取了整體設(shè)計(jì)組裝施工，盡量降低由于安裝不當(dāng)而產(chǎn)生的相對(duì)誤差。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)壓設(shè)備的使用情況，在進(jìn)氣口閥門(mén)后加裝了整流器，超聲波流量計(jì)前直管段>3D，后直管段>2D，超過(guò)安裝整流器必須的直管段距離100%，確保天然氣流場(chǎng)充分、流速平均。

4.實(shí)施成效

4.1計(jì)量管理成效

分析2013年5月10日的數(shù)據(jù)記錄可知：當(dāng)壓力值在102.2kPa~103.1kPa之間，溫度值在16℃~21.3℃之間。超聲波的瞬時(shí)流量顯示值和渦輪表修正儀的瞬時(shí)流量顯示值相差在1.2%左右，對(duì)比各自的累計(jì)流量數(shù)據(jù)，卻發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)累計(jì)差值較大。見(jiàn)表2。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)中觀察到，當(dāng)瞬時(shí)流量達(dá)到20m3/h以上時(shí)，兩個(gè)流量計(jì)的顯示值相差并不大。但在整點(diǎn)分段進(jìn)行累計(jì)流量對(duì)比時(shí)，它們之間的輸差平均在5%左右。此測(cè)試是作為區(qū)域總表方式與渦輪流量計(jì)進(jìn)行的對(duì)比測(cè)試，后面有多個(gè)用氣點(diǎn)，用氣波動(dòng)大，出現(xiàn)累計(jì)流量誤差大的原因，主要是天然氣流量較小時(shí)渦輪流量計(jì)無(wú)法計(jì)量。表2的數(shù)據(jù)記錄反映：17:00~17:30這個(gè)時(shí)間段醫(yī)院的用氣量***小，超聲波流量計(jì)顯示用氣量為0.8m3，而渦輪流量計(jì)沒(méi)有任何計(jì)量，顯然屬于漏計(jì)狀態(tài)。

4.2直接經(jīng)濟(jì)成效

探索超聲波流量計(jì)在燃?xì)庥?jì)量上降差、增效的新途徑，此舉措不僅在計(jì)量表的選型及日常維護(hù)上有優(yōu)勢(shì)，而且此次試點(diǎn)結(jié)果表明已取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，計(jì)量情況如表3和圖4所示。

表3反映出超聲波流量計(jì)在燃?xì)庥?jì)量上，產(chǎn)生以下兩個(gè)顯著的效益。

（1）超聲波計(jì)量數(shù)據(jù)作為貿(mào)易結(jié)算直接增加的效益情況：

截止2014年10月采用超聲波流量計(jì)作為公共衛(wèi)生中心區(qū)域計(jì)量，直接減少差量1.61萬(wàn)m3，平均減少差量805m3/月，直接收益金額累計(jì)為6.22萬(wàn)元，平均增加3千元/月。

（2）超聲波流量計(jì)與渦輪表流量計(jì)在計(jì)量上增加的效益情況：

從表3同時(shí)可以看出超聲波流量計(jì)與渦輪表數(shù)據(jù)上的優(yōu)勢(shì)，截止2014年10月，超聲波流量計(jì)比渦輪表減少差量1.07萬(wàn)m3，增加收益金額為4.13萬(wàn)元。

5.結(jié)論

通過(guò)探索使用超聲波流量計(jì)開(kāi)展燃?xì)庥?jì)量，尋求燃?xì)庥?jì)量管理降差和增效新途徑，實(shí)踐表明：

（1）在滿(mǎn)足前后直管段條件下，單聲道超聲波流量計(jì)的性能得以體現(xiàn)，尤其在小流量計(jì)量方面比渦輪流量計(jì)有明顯優(yōu)勢(shì)。并且隨著時(shí)間的推移，渦輪、腰輪流量計(jì)的計(jì)量精度一定會(huì)隨之下降，而超聲波流量計(jì)在精度穩(wěn)定性方面可以保持長(zhǎng)期不變。超聲波流量計(jì)有助于提高天然氣計(jì)量水平，且在燃?xì)庥?jì)量上可產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）超聲波流量計(jì)流量范圍廣，無(wú)論是新裝用戶(hù)或是舊表改造，都可以靈活的用小口徑超聲波流量計(jì)來(lái)替代大口徑皮膜表和渦輪流量計(jì)，比如DN50超聲波流量計(jì)就可以達(dá)到DN80渦輪流量計(jì)的量程范圍。相對(duì)在管道選配，閥門(mén)及其他零配件的選擇上可以降低成本，同時(shí)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)可動(dòng)部件，在后期使用中能做到基本免維護(hù)，省心省力。

（3）超聲波流量計(jì)因其有超大量程比，如果用作居民小區(qū)總表配合目前成熟的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)城區(qū)輸差的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示。如果用作商業(yè)圈區(qū)域計(jì)量，可以進(jìn)一步提高區(qū)域燃?xì)庥?jì)量差，實(shí)時(shí)了解整個(gè)城市的輸差、以及用氣高峰等數(shù)據(jù)，這為燃?xì)夤竟芫W(wǎng)運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理、計(jì)量輸差查找、管道泄漏安全等方面，提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)一步解決現(xiàn)階段無(wú)法實(shí)現(xiàn)的城市管網(wǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)輸差管理、管道破裂預(yù)知、調(diào)峰用氣等難題。