超聲流量計(jì)在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用研究

【摘要】作為一種清潔能源，天然氣在世界范圍內(nèi)受到推廣，相應(yīng)的計(jì)量工作也顯得尤為重要，必須對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量。超聲流量計(jì)精確度高、壓力損失小，是目前較為常用的一種天然氣測(cè)量儀器，本文對(duì)其特點(diǎn)、原理做了簡單介紹，并分析了其在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】超聲流量計(jì)；天然氣計(jì)量；應(yīng)用研究

0 引言

天然氣是當(dāng)前最為環(huán)保的能源，在今后發(fā)展中必將占據(jù)主導(dǎo)地位，其計(jì)量工作對(duì)天然氣的整個(gè)開采工程有很大影響，關(guān)系著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在天然氣計(jì)量方面，有容積式流量計(jì)、漩渦流量計(jì)、差壓式流量計(jì)和超聲流量計(jì)等。隨著技術(shù)的進(jìn)步，超聲流量計(jì)不斷得到改善，測(cè)量的精確度高，具有良好的重復(fù)性和較強(qiáng)的抗干擾能力，同時(shí)對(duì)氣質(zhì)要求低，壓力損失小，在天然氣工業(yè)中得到大力普及應(yīng)用。

1 超聲流量計(jì)及其原理、特點(diǎn)

1.1定義

超聲流量計(jì)是通過檢測(cè)流體流動(dòng)對(duì)超聲束或超聲脈沖的作用來測(cè)量流量的儀器，流通通道沒有阻礙，在測(cè)量比較困難的情況下較為適用，尤其是大口徑的流量測(cè)量，更能發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。該測(cè)量儀器有兩個(gè)關(guān)鍵的組成部分，一是超聲換能器，二是轉(zhuǎn)換器。其測(cè)量原理為，在聲音信號(hào)傳遞的過程中，會(huì)受到管道內(nèi)的介質(zhì)的影響，介質(zhì)的流動(dòng)速度決定著兩個(gè)傳感器間聲音信號(hào)的輸送時(shí)間，且一般說來，通過上游的時(shí)間要多于下游，時(shí)間差與流速呈正比。

1.2計(jì)量方法

超聲流量計(jì)的計(jì)量方法主要有以下幾種：①時(shí)差法，順逆?zhèn)鞑r(shí)，由于傳播速度不同，會(huì)造成時(shí)間差，以此來計(jì)算流體的速度。一聲音信號(hào)在兩個(gè)聲波發(fā)送器和接收器之間傳遞，與管道成一夾角，傳遞至下游的聲波在流體作用下速度加快，而上游則被延遲；②相位差法，時(shí)差常會(huì)引起一定的相位差，通過對(duì)其計(jì)量來實(shí)現(xiàn)流速的計(jì)算。聲波束沿管道軸線方向被傳遞，受流體的影響，會(huì)向下游有所偏移，便宜的骷髏和流速呈正相關(guān)；③頻差法，超聲波在傳遞中，若流體不均勻，聲波會(huì)出現(xiàn)散射現(xiàn)象。一旦流體和發(fā)送器之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，發(fā)送的信號(hào)和被流體散射后接收到的信號(hào)之間會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移。

1.3特點(diǎn)

該儀器在天然氣測(cè)量，尤其是壓力較高、口徑較大的測(cè)量，壓力越高，測(cè)量的精確度也就越高，國內(nèi)外許多天然氣站或者大型管道都采用的水氣體超聲流量計(jì)；量程通常比較寬，內(nèi)部沒有阻礙，不會(huì)出現(xiàn)磨損和壓力損失狀況，能夠節(jié)約管道的相關(guān)費(fèi)用；超聲流量計(jì)有其自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，受氣體的流向影響小，有利于雙向流量計(jì)量的進(jìn)行，維修量較小。

2 超聲流量計(jì)在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用

在不斷改進(jìn)下，超聲流量計(jì)的應(yīng)用范圍越來越廣，在水利檢測(cè)、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域都有應(yīng)用。其測(cè)量精度雖然很高，但是管道安裝復(fù)雜多樣，使其穩(wěn)定性和可靠性有所降低。除此外，在應(yīng)用中還會(huì)出現(xiàn)一些使用故障，需及時(shí)進(jìn)行處理。

2.1影響因素

①管道中的部件和閥門較多，容易產(chǎn)生噪音，噪音的頻率一旦接近超聲流量計(jì)正常工作的頻率，勢(shì)必會(huì)影響頻率的接收，訊號(hào)傳遞的時(shí)間差的精確度也將有所降低，不利于天然氣的測(cè)量。相關(guān)資料顯示，在某些環(huán)境下，噪聲對(duì)流量計(jì)的測(cè)量精確度及重復(fù)性危害很大，高達(dá)2% 。為削弱噪音產(chǎn)生的不利影響，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量達(dá)到無障礙、無彎頭的標(biāo)準(zhǔn)；流體要想保持均勻穩(wěn)定，調(diào)節(jié)閥應(yīng)盡量安裝在下游；在選擇計(jì)量計(jì)時(shí)，從優(yōu)質(zhì)廠家購置，保證具備較強(qiáng)的過濾能力，提高脈沖的接收能力。

②在天然氣計(jì)量中，若上下游有阻力存在，會(huì)對(duì)天然氣的流動(dòng)狀態(tài)造成一定程度的影響，從而使測(cè)量的誤差增大，誤差的大小和速度分布畸變的程度等因素有關(guān)。為保證天然氣處于一種正常的流動(dòng)狀態(tài)，常見的做法是在上下游安裝一段直管道，且直管段越長，測(cè)量效果越是顯著。據(jù)國家相關(guān)規(guī)定，直管段應(yīng)有最低限制，如果沒有安裝整流器，上游最短應(yīng)設(shè)置為10D，下游則為5D。此為一般情況，若條件較為復(fù)雜，上游設(shè)置10D是不夠的，應(yīng)設(shè)置為20D。若安裝整流器，相應(yīng)的配管長度需結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)確定。

③另外，若天然氣中帶有油漬或臟水等污染物質(zhì)，在超聲流量計(jì)中流動(dòng)時(shí)，流量計(jì)的管內(nèi)壁會(huì)粘附臟物，從而影響到測(cè)量，首先，管道內(nèi)的實(shí)際空間縮小，測(cè)出來的流量會(huì)顯示偏大；其次，管內(nèi)壁的粗糙度會(huì)有所增加，以致于聲音訊號(hào)在反射中散射，甚至衰減，不利于流量計(jì)的測(cè)量精確度。臟物還有可能出現(xiàn)在超聲波探頭上，減少超聲波的傳輸時(shí)間，以致于讀數(shù)和實(shí)際有誤差。為避免這些現(xiàn)象，應(yīng)定期對(duì)天然氣的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，若有臟物應(yīng)及時(shí)清理，當(dāng)前多使用相關(guān)監(jiān)測(cè)軟件，來監(jiān)測(cè)計(jì)算管內(nèi)壁臟的程度。

④在長期的使用中，流量計(jì)中的電子元件難免出現(xiàn)老化、性能下降等情況，從而引起計(jì)量誤差的出現(xiàn)，在維護(hù)中需對(duì)此加以重視，需專業(yè)的技術(shù)人員親自檢查，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維修。除了關(guān)鍵部件，其他外部設(shè)備的維護(hù)也尤為重要，如壓力變送器、一體化溫度變送器等，與測(cè)量的準(zhǔn)確度關(guān)系密切，應(yīng)做好相應(yīng)的檢定維護(hù)工作；外設(shè)電源系統(tǒng)對(duì)超聲流量計(jì)的運(yùn)行狀態(tài)和使用壽命有很大影響，應(yīng)保證其穩(wěn)定性和安全性；另外，線路出現(xiàn)問題勢(shì)必也會(huì)影響到計(jì)量的溫度、時(shí)間等，從中可知，每一個(gè)環(huán)節(jié)都發(fā)揮著不可代替的作用，需加以重視，才能保證整個(gè)系統(tǒng)的完整。

2.2故障與處理

①在測(cè)量過程中，有時(shí)天然氣處于正常的流動(dòng)狀態(tài)，但是流量計(jì)沒有顯示，出現(xiàn)這種狀況，可能是顯示單元損壞所致，也可能是保險(xiǎn)絲被燒斷造成，重要接口接觸不良或不牢固也會(huì)出現(xiàn)此狀況。因此，在測(cè)量之前，應(yīng)做好各項(xiàng)檢查工作，保證控制器的顯示沒有故障代碼，若有，應(yīng)及時(shí)調(diào)整；用專業(yè)的歐姆表對(duì)接口和保險(xiǎn)絲進(jìn)行測(cè)定，有不合格者，需及時(shí)更換。

②測(cè)量中難免會(huì)出現(xiàn)誤差，但誤差應(yīng)控制在最小范圍內(nèi)，若誤差偏大，則有可能是管道狀態(tài)不合標(biāo)準(zhǔn)，管內(nèi)有堆積物或管內(nèi)壁粘有臟物等造成。為縮減誤差，需對(duì)管道的材質(zhì)、管內(nèi)壁、以及管壁厚度等仔細(xì)檢查，保證符合標(biāo)準(zhǔn)；若管內(nèi)壁粘附臟物或銹蝕層，內(nèi)徑面積將減少，從而引起誤差，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行清理，如有必要，更換管道；管道內(nèi)有堆積物時(shí)，要么將其清除，要么更換到其他地點(diǎn)安裝；直管段應(yīng)符合天然氣的均勻流態(tài)。如果還不能解決問題，應(yīng)檢查流量計(jì)的調(diào)整和存在問題。

③ 從理論上講，當(dāng)天然氣處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，超聲流量計(jì)的顯示應(yīng)該為零，但有時(shí)會(huì)顯示不為零。造成此狀況的原因很多，如閥門沒關(guān)緊，管道內(nèi)出現(xiàn)對(duì)流現(xiàn)象，流量計(jì)的零點(diǎn)設(shè)置存在缺陷等。在維修檢查中，應(yīng)注意閥門是否關(guān)閉到位；管道內(nèi)的溫度應(yīng)保持一致，否則易引起對(duì)流現(xiàn)象；當(dāng)天然氣處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，應(yīng)對(duì)零點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3 結(jié)束語

從上述分析可知，超聲流量計(jì)憑借其較高的精確度、結(jié)實(shí)耐用、維護(hù)工作量小以及量程筆寬等優(yōu)勢(shì)在許多領(lǐng)域都得到應(yīng)用，尤其在天然氣的測(cè)量工作中發(fā)揮著舉足輕重的作用，有利于提高天然氣的計(jì)量水平，值得推廣。在計(jì)量過程中會(huì)有一些影響因素，需注意及時(shí)解決，并不斷完善，使其得到更好地應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 張建.超聲流量計(jì)在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用[J].硅谷，2012，28（19）：109-111

[2] 裴全斌.天然氣超聲流量計(jì)的應(yīng)用與故障處理[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督，2012.28（3）：219-221

[3] 王鳳桐，趙曉春，張學(xué)斌.氣體超聲流量計(jì)在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2010，18（6）：173-175

[4] 王改英 曹輝祥.影響氣體超聲流量計(jì)量因素淺析[J].化學(xué)工程與裝備，2010，29（11）：235-237

[5] 陳勝男，單葵.氣體超聲流量計(jì)的分析與應(yīng)用[J].河南化工，2010，20（8）：160-162