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天然氣是重要的能源,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,天然氣的應(yīng)用需求量不斷上升,我國天然氣市場(chǎng)也隨之不斷擴(kuò)大,在天然氣貿(mào)易中,天然氣計(jì)量問題也變得愈發(fā)受到重視,尤其是天然氣測(cè)量的精度關(guān)乎到貿(mào)易結(jié)算,關(guān)乎到企業(yè)的切身利益。
超聲波流量計(jì)是一種新型的氣體流量統(tǒng)計(jì)儀,測(cè)量范圍大、具有準(zhǔn)確度高、不易壓損、重復(fù)性好、部件固定,因此在高壓、大流量的天然氣流量計(jì)量中雖然具有其他流量計(jì)所不可比擬的優(yōu)勢(shì),被廣泛應(yīng)用于天然氣長輸管道的計(jì)量工作中,但是由于實(shí)際使用條件往往與實(shí)驗(yàn)室條件差異較大,在實(shí)際應(yīng)用中,天然氣超聲波流量計(jì)的測(cè)量受各種因素的影響,從而導(dǎo)致測(cè)量誤差較大,主要由以下幾點(diǎn),廈門賽萊默總結(jié)行業(yè)經(jīng)驗(yàn),為大家詳細(xì)分析并列出相應(yīng)解決措施方法,供大家參考。
(1)噪聲
根據(jù)超聲波流量計(jì)的工作原理可以知道, 如果噪聲的頻率與超聲波流量計(jì)的工作頻率范圍一致, 就會(huì)干擾到超聲波脈沖的探測(cè)、影響到對(duì)傳輸時(shí)間的準(zhǔn)確測(cè)量,終導(dǎo)致體積流量的測(cè)量不準(zhǔn)。
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)椴捎昧说驮肼暭夹g(shù)的閥門主要是針對(duì)人耳可聽見的噪聲范圍進(jìn)行降噪, 而這個(gè)范圍與影響超聲波信噪比的聲譜范圍不*一致。
國外氣體流量實(shí)驗(yàn)室(Gasunie Research , 荷蘭)開展的不同類型的“噪聲發(fā)器”(如整流器、調(diào)壓閥等)對(duì)超聲波流量計(jì)性能影響的定量測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明, 噪聲(如整流器產(chǎn)生的噪聲)對(duì)某些類型的氣體超聲波流量計(jì)準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性的影響非常大, 其帶來的計(jì)量誤差可高達(dá)2 %, 而且一般來說, 安裝在超聲波流量計(jì)上游的噪聲元件產(chǎn)生的影響比安裝在下游大。在2004 年AGA No.9 的修訂版中也特別提出了調(diào)壓閥安裝位置太近以及壓差過大產(chǎn)生的噪聲對(duì)超聲波計(jì)量性能的影響及有關(guān)注意事項(xiàng)。
在實(shí)際場(chǎng)合中,管路系統(tǒng)中由于閥門、整流器以及各類阻流管件等的存在總會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲, 但是, 現(xiàn)場(chǎng)不斷變化的工況條件(如流量、壓力和溫度)以及各種不同類型的“噪聲發(fā)生器”(流動(dòng)調(diào)整器、壓力調(diào)節(jié)閥等)都使得對(duì)噪聲大小的確定較為困難。
噪聲的產(chǎn)生源主要有:
①流過管道的高速氣流;
②突入的探頭;
③整流器;
④壓力或流量調(diào)節(jié)閥等。
解決措施:
①在計(jì)量管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)對(duì)管路系統(tǒng)中的各阻流件所產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行綜合評(píng)估;
②在超聲波流量計(jì)與調(diào)節(jié)閥(如調(diào)壓閥)串聯(lián)安裝時(shí),可對(duì)調(diào)節(jié)閥的噪聲進(jìn)行評(píng)估,了解流量計(jì)對(duì)噪聲的敏感程度;超聲波流量計(jì)應(yīng)安裝在調(diào)節(jié)閥的上游;如果天然氣超聲波流量計(jì)安裝在上游,為了降低調(diào)節(jié)閥對(duì)流量計(jì)精度及可靠性的影響,通常需要較長的直管段,不經(jīng)濟(jì);
③一些流量控制閥和調(diào)壓閥在大壓差、高流速的情況下會(huì)產(chǎn)生達(dá)到超聲波頻率范圍的噪聲,某些*調(diào)壓閥的工作頻率也達(dá)到了超聲波頻率范圍,這些都可能會(huì)使流量計(jì)不能正常工作。由于這種噪聲可向上游傳播,也可向下游傳播。因此,即使調(diào)節(jié)閥安裝在流量計(jì)下游時(shí), 也需要考慮噪聲對(duì)流量計(jì)計(jì)量性能的影響。這種情況下,可采取干擾噪聲的傳播通道的方式達(dá)到降噪的目的,即可在流量計(jì)與調(diào)節(jié)閥之間安裝彎頭、三通, 或者安裝消聲器。
(2)臟污堆積
當(dāng)天然氣超聲波流量計(jì)測(cè)量含有水、硫化鐵粉末或其他雜質(zhì)的天然氣時(shí),這些臟污雜質(zhì)會(huì)在流經(jīng)流量計(jì)時(shí)逐漸堆積在流量計(jì)表體管道內(nèi)以及超聲波探頭上,這可能會(huì)對(duì)超聲波流量計(jì)測(cè)量準(zhǔn)確度造成以下主要影響:
①減小了流量計(jì)表體的有效內(nèi)徑, 流量計(jì)讀數(shù)偏高;
②臟污在超聲波探頭表面堆積縮短了傳輸時(shí)間, 流量計(jì)讀數(shù)偏高;但如果流量計(jì)內(nèi)壁有較明顯的腐蝕, 經(jīng)過清洗后, 流量計(jì)的內(nèi)徑就會(huì)增大。由于流量與內(nèi)徑的平方呈正比, 因此, 流量計(jì)測(cè)量出的流量將小于實(shí)際流經(jīng)流量計(jì)的流量, 造成流量計(jì)的讀數(shù)偏低;
③表體內(nèi)壁及上游直管段的表面粗糙度變化引起流速分布的變化, 從而影響流量計(jì)的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。不同廠家的超聲波流量計(jì)的聲道布置差異導(dǎo)致對(duì)臟污物堆積影響的敏感程度各不相同。有實(shí)驗(yàn)表明, 臟污堆積對(duì)口徑小的超聲波流量計(jì)較口徑大的超聲波流量計(jì)的影響更大。
解決措施:
①加強(qiáng)對(duì)天然氣氣質(zhì)的監(jiān)測(cè),確定合理的直管段和流量計(jì)的清洗周期。在對(duì)超聲波流量計(jì)內(nèi)壁進(jìn)行清洗后,如果發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁腐蝕較明顯,應(yīng)對(duì)其重新進(jìn)行校準(zhǔn)。
②充分利用超聲波流量計(jì)性能監(jiān)測(cè)軟件,了解超聲波流量計(jì)的實(shí)際工作情況,并根據(jù)相關(guān)參數(shù)判斷流量計(jì)是否工作正常以及可能出現(xiàn)的問題等,做好維護(hù)工作。
③氣質(zhì)條件較差時(shí),針對(duì)多臺(tái)超聲波流量計(jì)并聯(lián)計(jì)量的管路系統(tǒng),可選擇少量的較大口徑的超聲波流量計(jì)來減小整體測(cè)量不確定度。
(3)溫度、壓力測(cè)量的準(zhǔn)確度
天然氣超聲波流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)一般由流量計(jì)、壓力變送器、溫度變送器(或溫度鉑電阻)、流量計(jì)算機(jī)及在線組分分析儀組成,通過輸入組分及壓力、溫度,流量計(jì)算機(jī)可直接將流量計(jì)的工況流量轉(zhuǎn)換為用于貿(mào)易計(jì)量交接的標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積量。因此壓力和溫度的測(cè)量直接影響計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。
在天然氣超聲波流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)中,現(xiàn)場(chǎng)使用的溫度和壓力測(cè)量儀表均經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室檢定合格,但仍然會(huì)出現(xiàn)流量計(jì)算機(jī)的溫度或壓力示值不準(zhǔn)確的情況。在對(duì)超聲波流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)的天然氣實(shí)流檢定過程中發(fā)現(xiàn)由于壓力或溫度測(cè)量的不準(zhǔn)確給標(biāo)準(zhǔn)參比條件下體積量帶來的誤差可高達(dá)±0.5 %。同時(shí),國外一些流體實(shí)驗(yàn)室的研究表明,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,但在室外環(huán)境溫度較高的情況下(即壓力變送器曝曬于陽光下,此時(shí)變送器的工作溫度與實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)溫度差異較大),其壓力測(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)18~20 kPa。因此,為確保超聲波流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度, 必須要保證壓力和溫度測(cè)量儀表的準(zhǔn)確、可靠。
解決措施:
①選擇合適的測(cè)量范圍,避免儀表的實(shí)際工作范圍處于量程的10 %以下,從而造成測(cè)量誤差處在儀表的擴(kuò)展誤差限內(nèi);
②計(jì)量系統(tǒng)投運(yùn)前,應(yīng)對(duì)壓力和溫度測(cè)量值進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核查。如使用手操器核查流量計(jì)算機(jī)內(nèi)的壓力變送器和溫度變送器示值誤差是否符合精度等級(jí)要求。某些使用溫度鉑電阻作為溫度測(cè)量儀表的計(jì)量系統(tǒng),其流量計(jì)算機(jī)有溫度校準(zhǔn)功能,可使用標(biāo)準(zhǔn)電阻箱輸入標(biāo)準(zhǔn)電阻,對(duì)溫度進(jìn)行校準(zhǔn);
③對(duì)于室外工作的變送器宜設(shè)置遮陽棚,以免環(huán)境溫度接近其設(shè)計(jì)工作溫度的上限,造成較大的測(cè)量誤差。
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