淺談天然氣計量中氣體超聲波流量計的應用

高鳳芝

摘要：在天然氣計量領(lǐng)域應用比較廣泛的是時差式氣體超聲波流量計，為此本文就其在天然氣劑量中的應用進行闡述，為使用者提供值得借鑒的使用方法和實踐經(jīng)驗，以供參考。

關(guān)鍵詞：氣體超聲波流量計 天然氣 計量 應用

1 引言

天然氣是工業(yè)生產(chǎn)和居民日常生活不可缺少的重要能源，加強對天然氣流量的計量，對加強能源管理、準確評價天然氣生產(chǎn)和經(jīng)營企業(yè)的運營狀況和經(jīng)濟效益，促進社會經(jīng)濟的健康發(fā)展，都具有重要意義。對天然氣進行準確的計量，最為關(guān)鍵的是要應用科學合理的計量方法，選擇計量精確度高、安裝維護簡便、使用范圍廣、受外界干擾因素小的計量設(shè)備。氣體超聲波流量計則是目前應用廣泛且計量精確度較高的氣體計量設(shè)備，被廣泛應用于天然氣計量中。

2 氣體超聲波流量計

氣體超聲波流量計主要是對各種氣體在管道中的流量進行計量，目前使用較為廣泛的是時差式氣體超聲波流量計，安裝時直接將夾式超聲波計量探頭安裝在天然氣管道上，而不需要將超聲波探頭插入管道內(nèi)，探頭不直接接觸被測量介質(zhì)，安裝時不需要中斷供氣，沒有壓差損失。時差式氣體超聲波流量計的靈敏度非常高，對較小流量和較低流速氣體均可測得十分準確的流量數(shù)據(jù)。氣體超聲波流量計有兩個既可發(fā)射信號、同時又可接收信號的傳感器[1]。工作時利用超聲波在氣體中沿著順流傳播的時間和逆流傳播的時間差與氣體的流動速度成正比的原理對天然氣的流動數(shù)量進行測量。測量管道內(nèi)氣體的流動速度只與時間和長度兩個參數(shù)具有關(guān)聯(lián)性，而與介質(zhì)的聲速沒有關(guān)系。氣體超聲波流量計對氣體流量的計量是時間與長度兩個基本兩之間相互關(guān)系的有機結(jié)合，其導出量的時間和長度的溯源性較好。溯源性的準確度比較高、氣體超聲波流量計的計量準確度比較高。因此能夠建立起以此為基礎(chǔ)的流量基準[2]。

3 氣體超聲波流量計的應用

3.1 氣體超聲波流量計的計量

應用氣體超聲波流量計對天然氣進行計量，是多參數(shù)計量的復雜過程，在研究的過程中，要使用必要的流量對比裝置以保證測量的準確度。本項實驗中，采用標準的孔板流量計與時間差氣體超聲波流量計串聯(lián)運行，取得了較為準確的實驗數(shù)據(jù)。實驗中，選用四聲道、管道內(nèi)徑300mm、工作狀態(tài)下流量范圍在240-6405m3/小時的氣體超聲波流量計，由于表壓力不同，氣體流量的差異性較大。

3.2 氣體超聲波計量的影響因素

（1）噪聲。能夠影響到氣體超聲波流量計準確性的因素主要包括環(huán)境噪聲和氣體經(jīng)過沒有開關(guān)的閥門時節(jié)流產(chǎn)生的噪聲使被測氣體受到影響而產(chǎn)生的噪聲波動，如果使用氣體超聲波流量計上游節(jié)流閥1控制氣體流量大小，節(jié)流所產(chǎn)生的聲音會隨著氣體流量的加大而變大，兩款流量計之間的相對誤差也隨之增加，標準孔板流量計的計量讀數(shù)明顯大于氣體超聲波流量計的計量讀數(shù)。如果將閥門1全部打開，使用閥門2進行節(jié)流，兩款流量計的誤差值基本保持不變。氣體超聲波流量計的信噪比會隨著閥門1流量的增大而增大，主要是由于當氣體流過節(jié)流閥時，既可以產(chǎn)生人耳能夠的普通噪聲，還能夠產(chǎn)生人耳所無法聽到的超聲波，如果這種超聲波的頻率與氣體超聲波流量計的工作頻率相近時就會相互抵消使信噪比降低，進而影響計量的準確度[3]。

（2）氣體流態(tài)。按照技術(shù)規(guī)程的要求，氣體超聲波流量計安裝時，上下游管路最低要具有10D和5D的平直管路，確保進入流量計的氣體呈現(xiàn)出對稱的、充分發(fā)展的、穩(wěn)流的速度分布，避免管路上的彎頭及閥門產(chǎn)生阻流并對計量的準確度產(chǎn)生影響。

（3）氣體質(zhì)量。如果天然氣中含有粉塵，對氣體超聲波流量計的工作性能產(chǎn)生一定的影響，如果粉塵較大，長時間會在流量計的換能器中形成堆積而導致氣體超聲波流量計無法正常使用的現(xiàn)象，因此要定期進行檢查維護。

4 氣體超聲波流量計使用過程中的注意事項。

4.1 正確選擇型號

每一種計量儀器都具有各自的計量范圍，氣體超聲波流量計的測量范圍比較寬，主要供測量天然氣使用，其最小和最大流量比值通常為1：30，天然氣流動速度在2.7-27m/s之間，在此范圍內(nèi)能夠保證計量的準確性和有效性。如果被計量的天然氣流量低于標定值，計量的精確度就會降低并產(chǎn)生誤差.如果天然氣的流速高于標定值，就會產(chǎn)生超聲波信號被高速流動的天然氣帶走而檢測不到，產(chǎn)生計量故障[4]。因此在選擇氣體超聲波流量計時要充分考慮天然氣的流量、流速、管道壓力等綜合情況，避免產(chǎn)生計量誤差和計量故障。

4.2 合理安裝

安裝技術(shù)是十分重要的，氣體超聲波流量計的安裝要選擇水平安裝，其安裝部位要與上下油管道處于同一水平線，能夠使天然氣在流動過程中所析出的液體隨時被流動的氣體帶走，防止液體堆積影響計量的準確性或造成流量計故障。如果天然氣中所含粉塵比重較大，應在氣體超聲波流量計的上游加裝過濾器濾掉灰塵，提高計量的精確度。

4.3 定期檢查測試維護

使用過程中，要對氣體超聲波流量計進行定期檢查、測試和維護，主要是檢查換能器表面是否存在雜質(zhì)和水垢，流量計的各連接部位是否存在松動和泄露現(xiàn)象，連接線路是否正常等[5]。定時進行巡查，如果出現(xiàn)氣體超聲波流量計的計量值突然變化，要進行及時檢測，可將兩個同樣型號的氣體超聲波流量計串聯(lián)安裝進行檢測，或使用氣體超聲波流量計檢測軟件進行校核，查明原因及時予以糾正。

總之，氣體超聲波流量計是目前計量比較準確和使用較為廣泛的天然氣計量工具，其性能明顯優(yōu)于其他種類的氣體流量計。但在安裝和使用過程中，要嚴格按照技術(shù)規(guī)程進行操作，定期檢查、測試和維護，保證安全穩(wěn)定的運行和計量的準確性。

參考文獻

[1]丁曉峰.氣體超聲波流量計在天然氣測量中的應用[J].石油化工自動化，2014，50（3）：46-48.

[2]劉寶利，高輝，寧穎.論天然氣流量計量中的氣體超聲波流量計應用[J].科技博覽，2010（32）：274.