超聲流量計在天然氣計量中的應用研究

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

【關鍵詞】超聲流量計；天然氣計量；應用研究

0 引言

天然氣是當前最為環保的能源，在今后發展中必將占據主導地位，其計量工作對天然氣的整個開采工程有很大影響，關系著企業的經濟效益。在天然氣計量方面，有容積式流量計、漩渦流量計、差壓式流量計和超聲流量計等。隨著技術的進步，超聲流量計不斷得到改善，測量的精確度高，具有良好的重復性和較強的抗干擾能力，同時對氣質要求低，壓力損失小，在天然氣工業中得到大力普及應用。

1 超聲流量計及其原理、特點

1.1定義

超聲流量計是通過檢測流體流動對超聲束或超聲脈沖的作用來測量流量的儀器，流通通道沒有阻礙，在測量比較困難的情況下較為適用，尤其是大口徑的流量測量，更能發揮優勢。該測量儀器有兩個關鍵的組成部分，一是超聲換能器，二是轉換器。其測量原理為，在聲音信號傳遞的過程中，會受到管道內的介質的影響，介質的流動速度決定著兩個傳感器間聲音信號的輸送時間，且一般說來，通過上游的時間要多于下游，時間差與流速呈正比。

1.2計量方法

超聲流量計的計量方法主要有以下幾種：①時差法，順逆傳播時，由于傳播速度不同，會造成時間差，以此來計算流體的速度。一聲音信號在兩個聲波發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，時差常會引起一定的相位差，通過對其計量來實現流速的計算。聲波束沿管道軸線方向被傳遞，受流體的影響，會向下游有所偏移，便宜的骷髏和流速呈正相關；③頻差法，超聲波在傳遞中，若流體不均勻，聲波會出現散射現象。一旦流體和發送器之間存在相對運動，發送的信號和被流體散射后接收到的信號之間會產生多普勒頻移。

1.3特點

該儀器在天然氣測量，尤其是壓力較高、口徑較大的測量，壓力越高，測量的精確度也就越高，國內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；量程通常比較寬，內部沒有阻礙，不會出現磨損和壓力損失狀況，能夠節約管道的相關費用；超聲流量計有其自身的結構特點，受氣體的流向影響小，有利于雙向流量計量的進行，維修量較小。

2 超聲流量計在天然氣計量中的應用

在不斷改進下，超聲流量計的應用范圍越來越廣，在水利檢測、工業生產等領域都有應用。其測量精度雖然很高，但是管道安裝復雜多樣，使其穩定性和可靠性有所降低。除此外，在應用中還會出現一些使用故障，需及時進行處理。

2.1影響因素

①管道中的部件和閥門較多，容易產生噪音，噪音的頻率一旦接近超聲流量計正常工作的頻率，勢必會影響頻率的接收，訊號傳遞的時間差的精確度也將有所降低，不利于天然氣的測量。相關資料顯示，在某些環境下，噪聲對流量計的測量精確度及重復性危害很大，高達2% 。為削弱噪音產生的不利影響，在設計時，應盡量達到無障礙、無彎頭的標準；流體要想保持均勻穩定，調節閥應盡量安裝在下游；在選擇計量計時，從優質廠家購置，保證具備較強的過濾能力，提高脈沖的接收能力。

②在天然氣計量中，若上下游有阻力存在，會對天然氣的流動狀態造成一定程度的影響，從而使測量的誤差增大，誤差的大小和速度分布畸變的程度等因素有關。為保證天然氣處于一種正常的流動狀態，常見的做法是在上下游安裝一段直管道，且直管段越長，測量效果越是顯著。據國家相關規定，直管段應有最低限制，如果沒有安裝整流器，上游最短應設置為10D，下游則為5D。此為一般情況，若條件較為復雜，上游設置10D是不夠的，應設置為20D。若安裝整流器，相應的配管長度需結合實際試驗確定。

③另外，若天然氣中帶有油漬或臟水等污染物質，在超聲流量計中流動時，流量計的管內壁會粘附臟物，從而影響到測量，首先，管道內的實際空間縮小，測出來的流量會顯示偏大；其次，管內壁的粗糙度會有所增加，以致于聲音訊號在反射中散射，甚至衰減，不利于流量計的測量精確度。臟物還有可能出現在超聲波探頭上，減少超聲波的傳輸時間，以致于讀數和實際有誤差。為避免這些現象，應定期對天然氣的質量進行監測，若有臟物應及時清理，當前多使用相關監測軟件，來監測計算管內壁臟的程度。

④在長期的使用中，流量計中的電子元件難免出現老化、性能下降等情況，從而引起計量誤差的出現，在維護中需對此加以重視，需專業的技術人員親自檢查，進行現場維修。除了關鍵部件，其他外部設備的維護也尤為重要，如壓力變送器、一體化溫度變送器等，與測量的準確度關系密切，應做好相應的檢定維護工作；外設電源系統對超聲流量計的運行狀態和使用壽命有很大影響，應保證其穩定性和安全性；另外，線路出現問題勢必也會影響到計量的溫度、時間等，從中可知，每一個環節都發揮著不可代替的作用，需加以重視，才能保證整個系統的完整。

2.2故障與處理

①在測量過程中，有時天然氣處于正常的流動狀態，但是流量計沒有顯示，出現這種狀況，可能是顯示單元損壞所致，也可能是保險絲被燒斷造成，重要接口接觸不良或不牢固也會出現此狀況。因此，在測量之前，應做好各項檢查工作，保證控制器的顯示沒有故障代碼，若有，應及時調整；用專業的歐姆表對接口和保險絲進行測定，有不合格者，需及時更換。

②測量中難免會出現誤差，但誤差應控制在最小范圍內，若誤差偏大，則有可能是管道狀態不合標準，管內有堆積物或管內壁粘有臟物等造成。為縮減誤差，需對管道的材質、管內壁、以及管壁厚度等仔細檢查，保證符合標準；若管內壁粘附臟物或銹蝕層，內徑面積將減少，從而引起誤差，應根據具體情況進行清理，如有必要，更換管道；管道內有堆積物時，要么將其清除，要么更換到其他地點安裝；直管段應符合天然氣的均勻流態。如果還不能解決問題，應檢查流量計的調整和存在問題。

③ 從理論上講，當天然氣處于靜止狀態時，超聲流量計的顯示應該為零，但有時會顯示不為零。造成此狀況的原因很多，如閥門沒關緊，管道內出現對流現象，流量計的零點設置存在缺陷等。在維修檢查中，應注意閥門是否關閉到位；管道內的溫度應保持一致，否則易引起對流現象；當天然氣處于靜止狀態時，應對零點進行適當調整。

3 結束語

從上述分析可知，超聲流量計憑借其較高的精確度、結實耐用、維護工作量小以及量程筆寬等優勢在許多領域都得到應用，尤其在天然氣的測量工作中發揮著舉足輕重的作用，有利于提高天然氣的計量水平，值得推廣。在計量過程中會有一些影響因素，需注意及時解決，并不斷完善，使其得到更好地應用。

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