淺談氣體超聲波流量計在天然氣流量計量中的應(yīng)用

馮偉齡

摘 要：氣體超聲波流量計在使用過程中具有使用范圍廣、便于安裝、容易維護、影響因素少、準確程度高等優(yōu)勢，因此，被廣泛應(yīng)用到天然氣計量中，本文在簡述氣體超聲波流量計工作原理的基礎(chǔ)上，對流量計運行中可能產(chǎn)生的變化進行分析研究、報警及補償;氣體超聲流量計的廣泛應(yīng)用證明了其在天然氣流量計中應(yīng)用的合理性和可續(xù)行，有助于提高天然氣流量計量水平。

關(guān)鍵詞：氣體超聲波流量計;天然氣流量計量

在天然氣計量領(lǐng)域，流體流量的監(jiān)測和管控是每個行業(yè)強化能源管理、物料管理，以及在物資交換過程中、財務(wù)結(jié)算過程中、效益評價和分析過程中、企業(yè)決策過程中的重要依據(jù)，同時也是對生產(chǎn)過程進行實時監(jiān)控，確保生產(chǎn)活動高效、穩(wěn)定、安全運行的重要方式，科學選擇流量計無疑成為工程設(shè)計環(huán)節(jié)的重要內(nèi)容，在選擇過程中，要考慮到準確程度、可靠程度、自動化程度以及及時程度等方面。為了最大程度上滿足計量要求，長期以來，業(yè)界一直致力于測量原理的研究分析，并獲得了一定成效，研發(fā)了十幾種不同類型、不同工作原理的氣體流量計，在此，我們可以根據(jù)測量原理的不同，簡單的分為質(zhì)量式、差壓式、速度式以及容積式。這些流量計的工作原理和結(jié)構(gòu)模式都是相互不同的，既有自己的獨到之處，同時在某些方面也都有局限性。為了實現(xiàn)最佳的測量效果，在實際工作中，需要根據(jù)不同的應(yīng)用場合和不同的工程項目的具體特點，選擇不同類型或者不同型號的流量計。

1 氣體超聲波流量計的工作原理和具體特點

時差發(fā)流量計在運行過程中，利用兩個相向的傳感器，收發(fā)超聲波，每一個傳感器都具有信號發(fā)射以及信號接收功能，超聲波聲脈沖能量在管壁、流體中，以一定的角度在兩個傳感器之間相互傳播;流體流速會在一定程度上影響到超聲波聲脈沖在兩個傳感器之間的傳播，從上游傳感器向下游傳感器，聲速度和流體速度混合而變快，從下游傳感器到上游傳感器，聲速度中抵消了流體速度而變慢，造成上游和下游傳播時間的凈時間差和流速成正比例。由于時差法測量系統(tǒng)不存在內(nèi)在慣性，所以時差法流量計有很強的靈敏性，同樣適用于低流速和低流量。

2 氣體超聲波流量計計量系統(tǒng)方案

以位于巴彥淖爾市的恒泰公司為例，在該企業(yè)的3*105m3/d液化天然氣項目規(guī)劃中，流量根據(jù)2*104m3/d來計算。

利用一臺10.16cm的氣體超聲波流量計作為項目計量儀表，設(shè)計管路根據(jù)《用氣體超聲波流量計測量天然氣流量》的相關(guān)要求設(shè)計實施的，安裝方法是前10D、后3D的直管段，在前10D直管段前設(shè)計安裝整流盤，在流量計下游2-5D處安裝設(shè)計溫度儀，以確保流量計的計量精確性。在材料選擇上，也要嚴格根據(jù)使用要求和相關(guān)標準，選擇專業(yè)的生產(chǎn)廠家。除此之外，計量管路還要設(shè)計安裝溫度、壓力檢測變送器，對溫壓進行及時補償，提高氣體的測量精確度。

此外，該方案中還添加了計量管路專用的流量計算機——SUMMIT8800，它能夠根據(jù)用戶的個性化需求進行設(shè)計，能夠顯示流量趨勢以及壓力、溫度檢測的相關(guān)數(shù)據(jù)信息。通過菜單驅(qū)動觸摸屏或者前板面的導航器，完成菜單機構(gòu)的靈活使用。

在實際應(yīng)用過程中，SUMMIT8008基礎(chǔ)上的信號連接，可以將天然氣流量信號通過RS——485標準Modbus協(xié)議精確的傳遞到DCS，不僅方便了用戶的使用，同時也使數(shù)據(jù)采集變得更加便利。

3 氣體超聲波流量計的使用優(yōu)勢

就目前來看，全球范圍內(nèi)的天然氣計量流量計主要可以分為三大類型，分別是超聲流量計、渦輪流量計以及孔板流量計。第一，渦輪流量計。它在使用過程中很容易受到流體流動性質(zhì)以及介質(zhì)物性的影響，另外最大的不足是越是要求精度高，其影響程度越大;例如：由于介質(zhì)臟污、結(jié)垢，導致葉片或者通道發(fā)生一定改變，流量計的特性也會隨著發(fā)生或大或小的變化，或是由于軸承磨損導致特性改變。流體流動特性有流體脈動以及層流速度分布的影響，需要在實際運行過程中始終保持儀表校驗時參比流動條件，只有這樣才能確保儀表系數(shù)不會發(fā)生變化，否則需要進行在線校準或者相應(yīng)的修正，以獲得實時的、真實的流量計特性。第二，孔板流量計。它的主要使用特點在于機構(gòu)容易復制、操作簡單牢固、工作性能穩(wěn)定性可靠性強、能夠長期使用、價格相對低廉，孔板流量計主要由差壓變送器、節(jié)流裝置和流量顯示儀或者流量計算機等幾部分組成?？装辶髁坑嬢敵龅臄?shù)據(jù)信號屬于模擬信號，其特征為重復性小、范圍窄、壓損較大等。另外，其不足在于現(xiàn)場安裝步驟繁雜，對技術(shù)要求程度高，影響其工作性能的因素多種多樣，難以預(yù)測，因此其精確度的提升有很大難度。第三，與渦輪流量計以及孔板流量計相比，氣體超聲波流量計具有以下優(yōu)勢：沒有阻礙物、沒有可動部件、沒有壓損、沒有示值偏移的現(xiàn)象，使用范圍寬，不會受到氣體壓力以及溫度、組分變化的影響，不會受到氣體里固體顆?；蛘咭旱蔚挠绊?，另外，其重復性良好、運行精確度高，采用了分布合理的多反射專利技術(shù)。

4 氣體超聲波流量計在實際應(yīng)用中的注意事項

氣體超聲波流量計在計量天然氣流量時確實有很多其他流量計不可比擬的優(yōu)勢，但是在具體使用過程中也要特別注意以下幾個問題。

4.1 正確選擇氣體超聲波流量計的型號。任何一種流量計都有自身的檢測范圍，氣體超聲波流量計雖然檢測范圍很大，但是為了確保工作精確度，在選型時還要充分考慮到天然氣管道內(nèi)的流速，盡可能的避免出現(xiàn)超低限或者超高限運行的現(xiàn)象。同時在選用氣體超聲波流量計時，還要考慮聲波干擾源等因素，如果設(shè)備的超聲波頻率或者超高頻率的噪聲和氣體超聲波流量計的工作頻率十分接近，就會在一定程度上影響到超聲波流量計。

4.2 對氣體超聲波流量計進行正確安裝。正確安裝是確保氣體超聲波流量計正常運行的關(guān)鍵，在實際工作中，要使安裝流程嚴格根據(jù)相關(guān)標準和相關(guān)要求來展開。氣體超聲波流量計應(yīng)該保持水平安裝，在天然氣含液較多的部分，計量管段要高于上下游管道，確保凝析的液體能夠順利被帶走。對于部分含有固體粉塵的天然氣需要設(shè)計安裝過濾器，避免因換能器表面沉積物而出現(xiàn)計量故障的發(fā)生。

4.3 對氣體超聲波流量計進行定期維護。在氣體超聲波流量計具體使用過程中，需要維護的情況很少，到那時在氣質(zhì)條件比較差的情況下，需要對氣體超聲波流量計的換能器進行定期的檢查、清理，確保沒有雜質(zhì)和水垢殘留，同時還要檢查氣體超聲波流量計的連接件，確保其沒有發(fā)生泄漏，檢查連接線路是否正常，檢查零流量檢測是否能夠正常工作等等。

4.4 及時進行診斷測試。一旦氣體超聲波流量計出現(xiàn)流量變動，需要采用對比校對的方法，查找故障原因，確定是因為儀表故障造成的，還是確實是天然其流量發(fā)生了變化。如果沒有其他流量進行對比，需要根據(jù)氣體超聲波的換能器工作參數(shù)進行檢查。在超聲波流量計使用數(shù)量較多的場合，還應(yīng)考慮外夾式超聲波流量計的因素，便于對固定超聲波流量計進行校核。

5 結(jié)束語

氣體超聲波流量計使用范圍廣泛，在使用過程中具有便于安裝、容易維護、影響因素少、精確程度高等特點，受到廣泛青睞，逐漸成為天然氣項目中不可缺少的流量儀表。伴隨著天然氣項目的持續(xù)發(fā)展、不斷進步，氣體超聲波流量計被廣泛的應(yīng)用到天然氣貿(mào)易交接計量中，使天然氣行業(yè)獲得長足發(fā)展，同時也漸漸被用戶所接受。

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