針對(duì)我國(guó)天然氣市場(chǎng)發(fā)展的特點(diǎn),重點(diǎn)論述了超聲波流量計(jì)在天然氣計(jì)量中應(yīng)用問(wèn)題,在分析超聲波流量計(jì)工作原理的基礎(chǔ)上,對(duì)于應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題以及儀器檢定方面進(jìn)行分析,希望對(duì)于今后的超聲流量計(jì)在天然氣計(jì)量應(yīng)用具有更大幫助。

0 .引言

由于國(guó)內(nèi)的天然氣市場(chǎng)發(fā)展勢(shì)頭很猛，對(duì)于如何高效、準(zhǔn)確地開(kāi)展天然氣計(jì)量工作具有重要的意義。對(duì)于超聲波流量計(jì)來(lái)說(shuō)，其具有測(cè)量范圍較寬、準(zhǔn)確度較高、沒(méi)有可移動(dòng)部件、本體無(wú)壓力損失等特點(diǎn)，較為適用于大流量、大孔徑的計(jì)量工況，當(dāng)前，則是主要應(yīng)用于我國(guó)的大口徑的天然氣的長(zhǎng)輸管道的計(jì)量工作中。自從 2001 的關(guān)于氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)頒布設(shè)施之后，在天然氣貿(mào)易計(jì)量交接儀表中，超聲流量計(jì)具有重要的地位。

1 .工作原理

在分析超聲波流量計(jì)的工作原理過(guò)程中，其主要可以表現(xiàn)為多種形式，一般來(lái)說(shuō)，能夠?qū)τ谔烊粴膺M(jìn)行高精度的流量測(cè)量，主要?jiǎng)t是利用時(shí)間差的方法。圖 1 則是表現(xiàn)為直射式超聲流量計(jì)的工作示意圖。其中，把一對(duì)具有傾斜角度為 φ的超聲換能器安裝在管壁兩側(cè)，這樣能夠滿足兩個(gè)換能器有效工作，能夠定時(shí)或者同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)方發(fā)射或者接受相應(yīng)的超聲信號(hào)。

在氣體超聲波流量計(jì)中，在管道的兩側(cè)進(jìn)行如圖所示的換能器 A 和 B 的安裝，其中，兩者之間距離為 L，V 表示流體流速，C 表示超聲波在流體中聲速，超聲波和流體在管道中的流動(dòng)夾角則是為 φ，其中，對(duì)于超聲波來(lái)說(shuō)，逆流傳播時(shí)間則為 tv，而順流傳播時(shí)間則為 td。

可以通過(guò)上式，得到被測(cè)氣體的流速，然后，在結(jié)合超聲波流量計(jì)的截面面積，這樣就能夠得到在一定的工況管道中的流量；還可以利用相應(yīng)的壓力信號(hào)、溫度影響以及壓縮因子對(duì)于流量進(jìn)行一定的修正處理，這樣就能獲得標(biāo)準(zhǔn)工況下的體積流量，然后進(jìn)行相應(yīng)的貿(mào)易交接計(jì)量工作。

2.應(yīng)用中應(yīng)注意的問(wèn)題探討

對(duì)于超聲波流量計(jì)的應(yīng)用范圍來(lái)說(shuō)，其在大流量、高壓的天然氣管道計(jì)量中應(yīng)用比較多，也具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素的影響對(duì)于使用超聲波流量計(jì)具有一定的要求，因此，除了應(yīng)該首先滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，以及儀器生產(chǎn)廠家對(duì)于工況環(huán)境的要求，包括電氣噪聲、振動(dòng)、溫度等方面，還應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。

2.1 噪聲影響

從噪聲的來(lái)源進(jìn)行分析，主要來(lái)自于包括管路中的閥門(mén)、整流器、三通以及彎頭等管件。考慮到超聲波流量計(jì)的工作原理，則是主要通過(guò)脈沖測(cè)量換能器的順、逆行的時(shí)間差的計(jì)量工作進(jìn)行，所以，當(dāng)出現(xiàn)超聲波流量計(jì)工作頻率相同的噪聲頻率的情況下，則會(huì)較為嚴(yán)重的影響到超聲頻率的接收問(wèn)題，不能有效保證傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，使得流量測(cè)量受到一定程度的影響。根據(jù)相關(guān)研究工作，噪聲對(duì)于部分型號(hào)的超聲波流量計(jì)的具有一定的準(zhǔn)確程度方面的影響，有的誤差能夠達(dá)到 2%。

為了有效保證能夠降低噪聲對(duì)于超聲波流量計(jì)的計(jì)量影星啊，在具體的計(jì)量管路設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)盡量符合無(wú)阻流件、無(wú)彎頭的安裝要求，盡量在流量計(jì)下游進(jìn)行安裝調(diào)節(jié)閥，保證具有較為穩(wěn)定的流場(chǎng)條件。另外，還應(yīng)該選擇具有較強(qiáng)信號(hào)處理能力的廠家，保證具有較強(qiáng)的抗噪聲的過(guò)濾能力，使得超聲波脈沖的接受能力得到有效改善，從而有效降低噪聲影響。

2.2 管道配置方面

2.2.1 直管段長(zhǎng)度要求

在進(jìn)行測(cè)量天然氣的流量中，對(duì)于存在的流量計(jì)的阻力件來(lái)說(shuō)，包括具體的匯閥門(mén)，這些對(duì)于介質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)則會(huì)造成一定的破壞，容易出現(xiàn)并不想要的畸變的速度分布以及渦旋等問(wèn)題，這樣就會(huì)造成流量測(cè)量誤差的進(jìn)一步加大，應(yīng)該保證流量計(jì)能夠有效對(duì)于上述等問(wèn)題具有一定的補(bǔ)償能力。為有效改善這種不良流態(tài)對(duì)于測(cè)量結(jié)果的影響，可以通過(guò)把具有一定長(zhǎng)度的直管段在下游進(jìn)行安裝，能夠起到較好的效果。

根據(jù)準(zhǔn)確計(jì)量的要求，設(shè)置具有長(zhǎng)度較長(zhǎng)的直管段，則能有效改善流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確性問(wèn)題。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，針對(duì)較低限度的直管段長(zhǎng)度來(lái)說(shuō)，則是沒(méi)有進(jìn)行整流器的安裝情況下，保證多聲道超聲流量計(jì)中的上游的***短直管段長(zhǎng)度保證為 10D，而在下游，***短直管段長(zhǎng)度則是為 5D，但是，如果對(duì)象則是上游阻流件較為復(fù)雜的情況來(lái)說(shuō)，則應(yīng)該保證上游直管段繼續(xù)延長(zhǎng)，根據(jù)報(bào)告要求，應(yīng)該能夠達(dá)到20D。在使用整流器的情況下，應(yīng)該具體參考整流器的安裝位置，并且根據(jù)產(chǎn)品具體要求，結(jié)合一定的實(shí)驗(yàn)獲得長(zhǎng)度要求。

2.2.2 直管段的質(zhì)量要求

對(duì)于超聲流量計(jì)來(lái)說(shuō)，其上下游在***短直管段長(zhǎng)度范圍進(jìn)行測(cè)量的過(guò)程中，如果出現(xiàn)任何的凸起物或者臺(tái)階結(jié)構(gòu)，都會(huì)造成介質(zhì)流態(tài)的變化，這樣必然會(huì)使得流量測(cè)量誤差增加，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，如果 0.01D 的臺(tái)階存在于超聲流量計(jì)的上下游附近，則會(huì)造成***小為 0.05%的測(cè)量偏差。所以，在進(jìn)行施工組裝以及配管選型過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)于凸起物以及臺(tái)階具有一定要求。

2.3 臟物堆積

如果天然氣中含有油污、臟水、硫化鐵粉等污染物，在流經(jīng)過(guò)超聲波流量計(jì)之后，則會(huì)在流量計(jì)的內(nèi)壁以及超聲波探頭逐漸堆積臟污，這樣則會(huì)造成管道內(nèi)的實(shí)際內(nèi)徑減少，造成具有偏大的流量計(jì)讀數(shù)問(wèn)題；另外一方面，還會(huì)造成測(cè)量管內(nèi)壁的平均粗糙度有所增加，這樣會(huì)使得脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)一定的表面內(nèi)壁反射作用，出現(xiàn)一定的衰減和發(fā)散情況，使得流量計(jì)的重復(fù)性和準(zhǔn)確度受到影響。

同時(shí)，由于這些探頭上堆積的臟污影響，會(huì)造成超聲波傳輸時(shí)間的縮短，使得流量計(jì)讀數(shù)呈現(xiàn)偏大的情況，上述情況都會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果，經(jīng)過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)資料，這種測(cè)量偏差可能超過(guò) 1%。所以，應(yīng)該重

視對(duì)于天然氣的氣體質(zhì)量的檢測(cè)工作，并進(jìn)行有效的清洗工作。

另外，還應(yīng)該積極利用相應(yīng)的流量計(jì)檢測(cè)軟件，對(duì)于相應(yīng)的參數(shù)變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，有效掌握流量計(jì)內(nèi)壁的臟污堆積程度，并進(jìn)行有效的清洗工作。

3 .檢定

通過(guò)有效的定期檢測(cè)，能夠保證儀表故障的預(yù)防工作的有效性。當(dāng)前，只有部分單位具備相應(yīng)的天然氣超聲波流量計(jì)的檢定資質(zhì)，其中，就相應(yīng)的實(shí)流檢定技術(shù)能力來(lái)說(shuō)，能夠基本覆蓋天然氣行業(yè)的大部分貿(mào)易交接流量計(jì)的應(yīng)用范圍，控制在 0.3~10.0MPa，實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的國(guó)際先進(jìn)行列。

對(duì)于天然氣超聲波流量計(jì)的檢定工作來(lái)說(shuō)，主要包括在線實(shí)流檢定、離線實(shí)流檢定兩個(gè)方面。當(dāng)前，移動(dòng)式的天然氣標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)采用，而天然氣流量?jī)x表的在線實(shí)流檢定則是在計(jì)量站的現(xiàn)場(chǎng)中采用，但是，還依然存在一系列的問(wèn)題，包括道路運(yùn)輸困難、環(huán)境影響、不具備安裝條件、移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)等方面。一般情況下，長(zhǎng)輸管線貿(mào)易計(jì)量交接儀表的檢定中，只有少部分采用了在線實(shí)流檢定，另外大部分則是進(jìn)行離線實(shí)流檢定。

根據(jù)超聲波流量計(jì)的檢定標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于具有自行診斷功能且能夠報(bào)警記錄保留的情況，能夠有效進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)超聲波流量計(jì)，保證實(shí)流檢定周期進(jìn)行延長(zhǎng)至 6 年左右。當(dāng)前，各個(gè)研究機(jī)構(gòu)正在進(jìn)一步規(guī)范相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)和操作規(guī)范，力爭(zhēng)能夠有效降低在進(jìn)行在線檢驗(yàn)過(guò)程中的各個(gè)送檢成本。

4 .結(jié)論

通過(guò)實(shí)踐證明，在進(jìn)行陜京線、西氣東輸?shù)奶烊粴忾L(zhǎng)輸管道的實(shí)際工程中，氣體超聲流量計(jì)能夠滿足相應(yīng)的天然氣貿(mào)易計(jì)量需求，有效保證天然氣計(jì)量技術(shù)水平的進(jìn)一步提升?？紤]到氣體超聲流量計(jì)具有準(zhǔn)確度高、無(wú)壓力損失、較寬的量程比以及結(jié)實(shí)耐用等特點(diǎn)，只要注意其在安裝條件、臟污防止、噪聲避免等方面的問(wèn)題，就一定能夠保證天燃?xì)獬暳髁坑?jì)的應(yīng)用前景。