超聲波流量計(jì)計(jì)量不準(zhǔn)確解決辦法

天然氣長輸管道具有運(yùn)行壓力高、輸氣量大、 輸送距離長的特點(diǎn)，在天然氣貿(mào)易交接方面對(duì)流量 計(jì)的準(zhǔn)確性要求較高。氣體超聲波流量計(jì)具有量 程比寬、壓力損失小、無可動(dòng)部件、適用于大口徑管 道等特點(diǎn)，較好地滿足了天然氣長輸管道的計(jì)量需 求，在中國天然氣長輸管道領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。 超聲波流量計(jì)量系統(tǒng)與其他計(jì)量儀表一樣，在實(shí)際 的生產(chǎn)應(yīng)用中會(huì)受到各種因素的干擾，因而影響儀 表計(jì)量的準(zhǔn)確性。

1.超聲波流量計(jì)工作原理

超聲波流量計(jì)為獨(dú)立測(cè)量設(shè)備，由多個(gè)位于管 線內(nèi)壁的超聲傳感器組成。傳感器由緊固機(jī)械裝 置插入管道中，超聲脈沖被2個(gè)傳感器交替地發(fā)射 和接收。由于超聲波在逆流和順流情況下的傳輸 時(shí)間L和h不同，通過時(shí)差法可以計(jì)算得到流體 流速，工作原理如圖1所示。超聲波流量計(jì)還可以 配置成雙向計(jì)量模式，精度不變。

2.天然氣超聲波計(jì)量系統(tǒng)的組成

氣體超聲波流量計(jì)量系統(tǒng)一般由壓力變送器、 溫度變送器、超聲波流量計(jì)、氣體組分分析儀以及 流量計(jì)算機(jī)等五部分組成。壓力、溫度變送器采集 實(shí)時(shí)的壓力、溫度信號(hào)，超聲波流量計(jì)本體是整個(gè) 計(jì)量系統(tǒng)的核心部分，通過測(cè)量計(jì)算天然氣的流速進(jìn)而得到天然氣的工況流量，氣體組分分析儀通過 分析氣體的組分以確定天然氣的壓縮因子，流量計(jì) 算機(jī)將采集到的壓力、溫度、工況流量、氣體組分信 息進(jìn)行運(yùn)算分析，得到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體流量，并 保存相應(yīng)的流量歷史數(shù)據(jù)。

3.影響超聲波流量計(jì)量準(zhǔn)確性的主要因素

超聲波流量計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量的準(zhǔn)確性既與超聲 波流量計(jì)本體有關(guān)，也和壓力、溫度測(cè)量儀表、色譜分析儀以及流量計(jì)算機(jī)等設(shè)備的可靠性有直接關(guān) 系。此外，在員工操作、環(huán)境影響、設(shè)計(jì)選型、設(shè)備 安裝等方面也會(huì)一定程度影響超聲波流量計(jì)量的 準(zhǔn)確性，其影響因素復(fù)雜多樣。超聲波計(jì)量系統(tǒng)計(jì) 量準(zhǔn)確性影響因素關(guān)聯(lián)關(guān)系如圖2所示。

在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，對(duì)超聲波流量計(jì)量準(zhǔn)確性 造成較大影響的主要是噪音、天然氣雜質(zhì)、氣體組 分分析以及壓力、溫度測(cè)量這四個(gè)方面。

3.1噪音

天然氣輸氣站場(chǎng)中由于氣流速度快，彎頭、閥 門等各類阻流管件的存在，會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲，在 計(jì)量裝置設(shè)計(jì)和安裝的時(shí)候已經(jīng)充分考慮。但是 現(xiàn)場(chǎng)因?yàn)楣r條件的變化，如流量、壓力和溫度等， 壓縮機(jī)不同功率下的噪聲震動(dòng)等不能預(yù)見的各類 因素產(chǎn)生的噪聲仍然使超聲波流量計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)使用 過程中受到噪聲的影響。超聲波流量計(jì)對(duì)降壓元 件產(chǎn)生的噪聲尤其敏感，甚至有些低噪聲閥門比調(diào) 壓閥對(duì)超聲波流量計(jì)產(chǎn)生的影響還要大，這是因?yàn)?nbsp;采用了低噪聲技術(shù)的閥門將噪音頻率調(diào)整至人耳 聽力不敏感的高頻范圍（20 kHz)以上，該頻率范 圍怡好與超聲波流量計(jì)超聲頻率重合，對(duì)超聲波流 量計(jì)造成較大影響。

3.2天然氣雜質(zhì)

天然氣流過超聲波流量計(jì)時(shí)，水、硫化鐵粉末 等雜質(zhì)逐漸堆積在流量計(jì)表體管道內(nèi)或超聲波探 頭上，都會(huì)影響超聲波流量計(jì)的準(zhǔn)確度，附著在超 聲波探頭表面的雜質(zhì)縮短了超聲波在管道內(nèi)的傳 輸時(shí)間，影響了超聲波探頭的敏感性，同時(shí)由于雜 質(zhì)的附著，計(jì)量撬的上游直管段表面粗糙度變化或 整流板堵塞引起氣體流態(tài)發(fā)生變化，從而影響流量 計(jì)的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)研究表明：

臟污可對(duì) 某些流量計(jì)流量輸出帶來0.3%或更大的偏差。

3.3氣體組分

根據(jù)超聲波流量計(jì)量系統(tǒng)工況流量與標(biāo)況流 量的轉(zhuǎn)換公式可知，在天然氣貿(mào)易計(jì)量中需要利用 壓縮因子將天然氣的工況流量轉(zhuǎn)換為標(biāo)況流量，而 工況下的壓縮因子則需利用氣體分析設(shè)備，如色譜 分析儀等分析結(jié)果計(jì)算獲得。氣體組分檢測(cè)是否 準(zhǔn)確及時(shí)，直接影響著超聲波計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)量準(zhǔn)確 性。在實(shí)際生產(chǎn)中，部分場(chǎng)站的氣體分析設(shè)備未接 入流量計(jì)算機(jī)，失去了氣體分析設(shè)備的主要作用， 同時(shí)在未配備氣體分析設(shè)備的場(chǎng)站也存在著氣體 組分更新不及時(shí)現(xiàn)象，在多氣源的計(jì)量站，影響更 為明顯。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：由于輸氣干線組分變化 造成超聲流量計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)參比條件下體積流量偏差 ***高可達(dá)0.6%。

3.4壓力和溫度的測(cè)量

根據(jù)超聲波流量計(jì)工作原理可知，壓力溫度測(cè) 量是否準(zhǔn)確直接關(guān)系著標(biāo)況流量的運(yùn)算是否準(zhǔn)確。 在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，雖然壓力變送器可在其銘牌標(biāo)明的 工作溫度范圍內(nèi)正常工作，但室外裸露環(huán)境中的壓 力測(cè)量值與進(jìn)行了防曬保護(hù)的壓力變送器測(cè)量值 的差值可高達(dá)18?20kPa。溫度變送器在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng) 用中也會(huì)出現(xiàn)保護(hù)套管中存在金屬雜質(zhì)、沙子等現(xiàn) 象，使測(cè)溫元件不能及時(shí)與天然氣達(dá)到熱平衡，導(dǎo) 致實(shí)測(cè)溫度值偏低，計(jì)量結(jié)果偏大。因此，保證壓 力和溫度測(cè)量儀表的準(zhǔn)確、可靠是確保超聲波流量 計(jì)計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度非常重要的方面。

4.解決措施與對(duì)策

4.1保證工藝安裝符合相應(yīng)技術(shù)要求

對(duì)于未建場(chǎng)站，應(yīng)充分考慮流量計(jì)前后直管段 長度，評(píng)估調(diào)壓閥產(chǎn)生的噪聲對(duì)流量計(jì)的影響，謹(jǐn) 慎選用“無噪”閥門和消聲器。對(duì)于已建場(chǎng)站，因流 量變化導(dǎo)致調(diào)壓閥噪音變化的可考慮利用調(diào)壓閥 前后的節(jié)流截止閥分級(jí)調(diào)壓，降低噪音頻率，或者 改變?cè)胍魝鞑ネǖ?，利用調(diào)壓計(jì)量間的匯管、彎頭 等增加噪音損耗。條件允許時(shí)，可進(jìn)行工藝改造， 在流量計(jì)前加裝流量調(diào)整器，將調(diào)壓閥調(diào)整至流量 計(jì)后，以消除噪音影響。

4.2加強(qiáng)超聲波流量計(jì)的檢測(cè)與維護(hù)

超聲波流量計(jì)具有自診斷功能，目前絕大部分 超聲波流量計(jì)均配備有專業(yè)的診斷軟件，可對(duì)流量 計(jì)的聲速、流速、信噪比、采樣率、增益值等關(guān)鍵參 數(shù)進(jìn)行監(jiān)控分析。現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員可利用專業(yè)診斷 軟件定期對(duì)流量計(jì)進(jìn)行運(yùn)行分析，判斷流量計(jì)工作 狀態(tài)是否良好，掌握換能器臟污情況，制定換能器 清洗周期，如流量計(jì)內(nèi)部腐蝕嚴(yán)重，應(yīng)及時(shí)重新進(jìn) 行檢定。

4.3及時(shí)更新氣體組分

在多氣源場(chǎng)站或者輸氣量較大的場(chǎng)站建議配 備色譜分析儀等氣體分析設(shè)備，并將分析數(shù)據(jù)實(shí)時(shí) 傳入流量計(jì)算機(jī)，以保證流量計(jì)算機(jī)所測(cè)組分為管 道內(nèi)天然氣的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同時(shí)要加強(qiáng)色譜分析儀的 維護(hù)，定期利用標(biāo)氣對(duì)在線色譜儀進(jìn)行標(biāo)定。對(duì)于 未配備氣體分析設(shè)備的場(chǎng)站要根據(jù)離之***近場(chǎng)站 的組分分析數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行更新，以***大程度保證其 壓縮因子計(jì)算的準(zhǔn)確性。

4.4保證壓力和溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性

在超聲波流量計(jì)使用過程中，應(yīng)對(duì)壓力和溫 度測(cè)量值進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核查?？墒褂脡毫?、溫度變送 器的手操器核查流量計(jì)算機(jī)內(nèi)的壓力、溫度變送 器示值誤差是否符合精度等級(jí)的要求，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不 滿足時(shí)應(yīng)及時(shí)更換或者及時(shí)送檢和校準(zhǔn)。同時(shí)， 對(duì)于壓力變送器可設(shè)置遮陽棚，防止溫度變化對(duì) 其零位的影響，對(duì)于溫度變送器應(yīng)定期添加導(dǎo)熱 油，檢查保護(hù)套管內(nèi)是否有無雜質(zhì)，防止溫度傳 輸?shù)倪t滯。

5.結(jié)束語

隨著天然氣工業(yè)的迅速發(fā)展，超聲波流量計(jì)在 天然氣流量計(jì)量領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)變得越來越廣泛， 影響其計(jì)量準(zhǔn)確性的因素將會(huì)隨著超聲波流量計(jì) 在不同條件下的應(yīng)用變得越來越復(fù)雜多樣，這就需 要現(xiàn)場(chǎng)使用維護(hù)人員深入分析現(xiàn)場(chǎng)流量計(jì)的運(yùn)行 工況，不斷積累現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)制定相應(yīng)對(duì)策， 只有這樣才會(huì)進(jìn)一步提高超聲波流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn) 確性。

超聲波流量計(jì)計(jì)量不準(zhǔn)確解決辦法