超聲波流量計在天然氣計量的應用研究

曹曉鋒（陜西省天然氣股份有限公司，陜西 西安 710016）

伴隨著經濟的快速發展，無論是工業生產還是居民的日常生活對于天然氣的需求都呈現出爆發式的增長，這給天然氣的計量帶來了巨大的壓力。超聲波量計是當前國內主要天然氣計量方式，尤其在大口徑天然氣長輸管道計量方面占有重要的位置，它的優點主要表現在可靠性強、穩定性高、適應性強、操作簡單、投入低、效率高等方面。2001年國家發布了《用氣體超聲流量計測量天然氣流量》以后，超聲流量計在國內的應用更加的廣泛了。

1 工作原理

超聲波流量計按工作原理劃分可以分成很多種方式，目前，應用在天然氣計量的上的超聲波流量計主要是通過時間差法來進行的測量。時間差法下的超聲波流量計的工作原理很簡單，就是在天然氣運輸管道上安裝一對超聲換能器，通過換能器接受超聲信號，通過測量到的氣體流速乘以超聲波流量計的截面面積就得到了管道內的天然氣流量，然而這樣得到的流量數據還有些不準確，這是就需要我們結合溫度、壓力等數據進行適當的修正，得到最終的流量數據。

2 應用中應注意的問題

目前，超聲波以其可靠性高、準確度高等優勢，在大流量天然氣計量中占有重要的位置，但要充分發揮其計量優勢就要在應用過程中充分考慮環境因素對于測量的影響。因此我們在使用過成中除了要滿足國家頒布的《用氣體超聲流量計測量天然氣流量》的要求和一些具體操作規范外，還應充分考慮以下因素對計量的影響。

2.1 噪聲影響

時間差法下的超聲波流量計主要是通過天然氣運輸管道中的一對超聲波脈沖測量換能器之間的順、逆行的時間差進行計量，因此超聲波脈沖的信號的準確性直接關系計量效果。在計量過程中，天然氣管道中各個部件之間產生的噪聲會影響到超聲波脈沖測量換能器對超聲波脈沖信號的接受，進而影響到計量的效果。為了最大限度的提高計量的準確性，減少運輸管道內的噪聲影響，我們在安裝超聲波脈沖測量換能器的時候應該盡量避開運輸管道的彎頭部位；同時，我們也應該選擇抗干擾能力強的超聲波脈沖信號接收器，降低噪聲的影響，提高計量的準確性。

2.2 管道配置

2.2.1 直管段長度要求

通過超聲波流量計對天然氣流量進行計量時，天然氣中的門閥、匯管等阻力件會導致天然氣的流速發生畸變，進而增加天然氣流量計量的誤差。具體的誤差大小還要取決于天然氣流速的畸變程度以及計量設備自身的修正能力。為了減少阻力件對于天然氣流速的干擾，我們一般在計量區域內采用直管段。一般情況下，直管段越長測量的準確性和可靠性也就越高。《用氣體超聲流量計測量天然氣流量》中對直管段的最低長度提出明確的要求，在不安裝整流器的情況下，流量計上游的直管段最短為10D，下游的長度最短為5D，此外，對于一些條件復雜的測量段，直管段的最短距離要相應的提高，具體應該提高多少要與生產廠家進行研究決定。

2.2.2 直管段的質量要求

除了直管段的長度會影響計量效果外，直管段的質量也影響著計量效果。我們在鋪設直管段是盡量減少管道內出現凸入物，因為如果管道內出現凸入物，凸入物會增大流量測量的誤差，影響到計量的準確性。

2.3 臟污堆積

受到水、油污以及硫化鐵粉等臟污的天然氣會嚴重的影響到測量質量，因為當被水、油污染的天然氣通過超聲波流量計時，天然氣中的那些粉末、油污等污染物會逐漸的在管道內壁以及超聲波接受設備上進行堆積，這樣會造成兩方面的主要影響。一是隨著污染物的堆積，測量管道的內徑也會逐漸的變小，從而導致流量計讀數變大；二是測量管道的內壁會隨著臟污的堆積變的越來越粗糙，這樣會導致超聲波脈沖信號在反射時出現衰減現象，影響計量的準確性。此外，除了上述兩個主要的影響外，隨著臟污的堆積，會在一定的程度上減少超聲波的傳輸時間，致使計量數據偏大。因此，我們應該加強對天然氣的質量的檢測，確定合理的清理周期，當發現天然氣質量明顯下降時適當的增加清理次數。

3 檢定

計量設備的正常工作是進行準確計量的前提條件，而要保障計量設備的正常工作就要定期對其進行檢測。就目前而言，我國能過進行流量計檢定資質的單位和部門主要有國家石油天然氣大流量計量站，國家站成都天然氣分站以及國家站重慶天然氣分站等。這些單位的實流檢定能力已經達到國際先進水平，檢定能力已經基本上覆蓋了天然氣行業。

當前超聲波流量計檢定方法主要有兩種，一是在線實流檢定，二是離線實流檢定。就目前而言我們在進行天然氣超聲波流量計檢定時主要采用的還是離線實流檢定，因為在線實流檢定對于設備和使用環境要求很高，一般情況下很難保障這些的條件的實現。但是在線實流檢定以其準確度高、送檢成本低等特點仍是我們未來檢定的發展方向，目前在線實流檢定也已經在一些交通條件的區段得到了應用。在《超聲波流量計檢定規程》中規定，如果超聲波流量計具有自行診斷和報警功能的話，對實流檢定的周期就可以有1年延長到6年。當前，我內外超聲波流量計研究機構都在積極地研究超聲波流量計的自行診斷、報警功能以及技術標準。

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