天然氣計量中超聲波流量計的實踐分析

朱峰

摘 要： 目前的天然氣計量中應用最為廣泛的就是超聲波流量計，而超聲波流量計的使用需要嚴格的操作流程和規范，本文對超聲波流量計的影響因素進行了詳細的分析，主要有噪聲、臟污堆積以及溫度和壓力等，這些因素會嚴重影響超聲波流量計的準確性和穩定性。本文在分析這些影響因素的基礎上，提出了與之相對應的應對措施，并且對超聲波流量計的檢定進行了簡要地介紹，希望能夠對超聲波流量計在天然氣的計量工作起到一定的促進作用。

關鍵詞： 天然氣；計量；超聲波流量計；噪聲；臟污；檢定

前言：隨著社會經濟的快速發展，天然氣的需求量增長呈現出爆發性的趨勢，從而對天然氣的計量提出了更高的要求。超聲波流量計計量是天然氣計量中應用最為廣泛的計量方式，特別是在大口徑、長距離的天然氣運輸管道計量工作中，其具有可靠性強、適應性強、操作簡單且投入低、較穩定和效率高的優點，特別是在《用氣體超聲流量計測量天然氣流量》發布后，超聲波流量計得到了更加廣發的應用。超聲波流量計工作原理是通過時間差來進行測量，即在天然氣的運行管道上安裝一對用于接收超聲信號的超聲換能器，然后對氣體流速進行測量，用測量的氣體流速乘以超聲波劑量計的截面積，兩者的乘積就是管道內的天然氣流量，但是這樣計算得到的數據還不夠準確，需要再結合溫度、壓力等影響因素進行修正，從而得出更加準確的流量數據。

一、超聲波流量計在天然氣計量中的影響因素

天然氣計量中超聲波流量計由于其工作原理的原因，導致會受到噪音、臟污、溫度以及壓力等的影響，使得計量中會出現一些不準確的情況，下面將對這些影響因素進行分析。

首先是噪聲的影響，在天然氣計量中噪聲的來源可能是流過天然氣管道的高速氣流，或者突出的探頭，以及整流器，另外流量調節閥或者壓力也會產生噪音。噪聲給天然氣計量帶來的誤差最高可達2%，嚴重影響著天然氣計量的準確性和穩定性。

其次是臟污的影響，天然氣中會含有水、油以及硫化鐵粉末或者其他的一些臟污，帶有臟污的天然氣在流過超聲波流量計時，這些臟污會慢慢地在管道內壁和超聲波探頭上堆積，從而影響超聲波流量計的計量準確性。

最后是溫度和壓力的影響，超聲波流量計系統的主要組成部件有流量計、溫度變送器、壓力變送器以及流量計算機和在線組分分析儀等，因此在進行天然氣計量時將組分和壓力以及溫度進行輸入，就可以通過流量計算機將工況流量轉換計算成用于貿易的體積量。所以，壓力和溫度一定要測量準確，才能保證計量的準確性。

二、超聲波流量計在天然氣計量中應該注意的問題

目前超聲波流量計在我國的天然氣計量中尤其是大流量的天然氣計量中得到了廣泛的應用，但是要保證超聲波流量計計量的準確性，需要充分考慮各種影響因素，上文對超聲波流量計在天然氣計量應用中的影響因素進行了分析，下面將就這些影響因素的應對措施進行研究。

首先是噪聲，超聲波流量計是通過管道中的一對超聲波換能器之間的時間差進行計量的，因此超聲波脈沖信號的準確性直接關系著計量的準確性。而天然氣運輸中的噪聲會影響超聲波換能器的接收準確性，從而導致計量的誤差。因此，為了提高計量的準確性，必須要減少天然氣運輸中的噪聲。例如在對于超聲波脈沖測量換能器安裝位置的選擇要避開管道的彎頭部位，另外還要選擇抗干擾能力強的接收器，將噪聲的影響降到最低，保證超聲波流量計的計量準確性。

其次是管道配置，超聲波流量計對天然氣進行計量時，管道中的一些門閥以及匯管等部件會使天然氣產生流速畸變，從而導致計量誤差，而且其畸變程度和超聲波流量計的修正能力決定了誤差的大小。因此要降低這些部件對天然氣流速的影響，一般情況下計量區域內的管道都是直管道，而且直管道的長度越長，超聲波流量計的計量準確性越高，也更加可靠。目前對于管道的直管道最低長度在標準《用氣體超聲流量計測量天然氣流量》中進行了明確的規定，主要分為四種情況，一是沒有安裝整流器的多聲道氣體流量計上游直管段的最短長度是10D，下游是5D。二是不安裝整流器的單聲道氣體超聲流量計其上下游的最短直管長度非常復雜，具體又分為8種形式，詳細的規定可以參照標準。三是安裝了流動調整器的，其安裝位置和管道長度要符合生產廠家的要求。四是現場安裝條件不能滿足的時候，可以進行實際模擬，確保誤差小于±0.3%。當然除了對長度有規定之外，對于直管段的質量也有要求，例如在直管段的鋪設時要避免管道內有凸出物，因為凸出物會影響超聲波流量計的計量準確性。

最后是臟污，天然氣中含有的水、油和硫化鐵粉末等臟污在通過天然氣管道時會慢慢在管道內壁和超聲波的接收設備上堆積，這些臟污的堆積會使得天然氣的運輸管道內徑逐漸變小，導致超聲波流量計的讀數增大，另外臟污的堆積也會使得天然氣的運輸管道內壁越來越粗糙，而粗糙的內壁會使超聲波脈沖信號出現反射衰減現象，導致計量出現誤差。另外臟污的堆積還會減少超聲波的傳輸時間，導致計量結果偏大。所以要減少臟污的堆積，需要對天然氣的質量進行檢測，同時定期進行管道清理，根據天然氣的質量確定清理的次數，質量較差時要增加管理清理的次數。在進行管道清理的時候可以使用排污池以及增設旋風分離器，解決管道排污時壓力大、容量大的問題，同時旋風分離裝置還可以確保臟污不會進入下游管道，提高排污質量。

三、天然氣計量中超聲波流量計的檢定

超聲波流量計要對天然氣流量進行準確計量，就必須要保證流量計的狀態正常，因此要定期對超聲波流量計進行檢測。而對超聲波流量計進行檢測首先需要選擇有資質的檢定單位，目前我國具有檢定資質的單位主要有國家石油天然氣大流量計量站、國家站成都以及重慶天然氣分站等。目前超聲波流量計的主要檢定方式有在線實流檢定和離線實流檢定。一般情況下，要對超聲波流量計進行在線實流檢定需要的設備和運行環境都有很高的要求，而這些條件的滿足是比較困難的。目前我國的天然氣超聲波流量計檢定主要還是采用的離線實流檢定，但是在線實流檢定具有準確度高和送檢成本低的優點，因此在未來的檢定工作中在線實流檢定是必然的發展趨勢，而且在一些交通條件比較好的地方已經實現了在線實流檢定。目前《超聲波流量計檢定規程》中對超聲波流量計的檢定周期進行了詳細地規定，例如在超聲波流量計如果具有自行診斷和報警的功能的話，對于超聲波流量計的檢定周期可以從一年延長至六年。因此，目前超聲波流量計的研究機構都在對其診斷和報警的技術進行研究，這種影響會延長檢定周期，降低檢定成本。

總結：

超聲波流量計具有測量范圍寬以及安裝簡單，同時不會因為節流裝置的幾何尺寸變化而對流量計的特征產生影響，使得其在天然氣的計量中出能夠獲得更加長久的發展。但是超聲波流量計會受到環境的影響，例如噪聲、臟污的堆積以及溫度和壓力等的影響，這些因素會影響超聲波流量計的計量準確性。同時對于這些影響因素，本文提出了一些應對措施，并對超聲波流量計的檢定進行了一些介紹，希望能夠對超聲波流量計在天然氣計量中的應用起到一定的幫助。■

參考文獻

[1]焦永興，李華.超聲波流量計在天然氣計量中的應用及存在問題[J].中國石油和化工標準與質量，2014（06）：251-252.

[2]曹曉鋒.超聲波流量計在天然氣計量的應用研究[J].化工管理，2015（11）.

[3]丁曉鋒.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（03）：46-48.