超聲流量計在天然氣計量中的應用

陳慶

中海福建天然氣有限責任公司生產運行部輸氣處

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超聲流量計在天然氣計量中的應用

陳慶

中海福建天然氣有限責任公司生產運行部輸氣處

摘要：超聲流量計在天然氣計量中發揮著十分重要的作用，本文主要從超聲流量計的環境要求、管道配置要求、對管道內氣體流動狀態要求以及流量計的使用和維護保養等四個重要的方面對超聲流量計在天然氣計量中的應用方法進行了深入的分析和探究。

20世紀末期，英國煤氣公司就開始著手對超聲流量計的研究，并授權丹尼爾公司作為唯一開發商，于1989年生產出第一臺超聲流量計，在后來的使用中不斷改進，逐漸形成了超聲流量計在氣體流量計量中的應用方法。2000年，西南油氣田公司引進了數臺丹尼爾超聲流量計用于貿易計量，向重慶和四川的大型天然氣用戶供氣，同時也開展了對超聲流量計的性能的相關研究，并逐漸完善了《用氣體超聲流量計測量天然氣流量》標準，使得超聲流量計在天然氣流量計量中的應用更加廣泛。但是超聲流量計是利用聲波在氣流中傳播速度時差法來進行計量的，環境中的電磁噪聲以及聲學噪聲會對流量計產生嚴重干擾，必須要掌握超聲流量計在天然氣計量中的應用方法，不斷努力加強技術創新，提高超聲流量計的實際性能，使其在天然氣計量中發揮更加有效的作用。

1　超聲流量計對的環境要求

超聲流量計在天然氣計量中對環境因素有較高的要求，具體體現在以下幾個方面：

1.1環境噪聲因素

1.1.1電磁噪聲

超聲流量計是一種非常先進的測量設備，它以微電子技術為基礎，其測量的精度非常高[1]。時差法超聲流量計是用電子時鐘來測量時間的，傳播時間非常短，可達到0.1ms甚至更短。為了保持超聲流量計測量的高精度，對電子時鐘的測量精度有非常高的要求，因此要保證電子時鐘不受外界電磁干擾。超聲流量計采用自動增益控制有一定程度的抗干擾能力，抵御外界的電磁干擾和電子干擾。在超聲流量計的安裝和使用過程中一定要注意避免將其安裝在電子干擾或電磁干擾的環境中，否則會使超聲流量計的穩定性和精確性受到嚴重的不良影響。

1.1.2聲學噪聲

由于管路中的壓力控制閥、管道內壁的不平整、插入式溫度計、壓力表等的影響，氣體流過會產生一定的聲學噪聲，其中，管路中的調壓閥是管路噪聲的最大來源。超聲流量計使用120-200kHz頻率超聲波，大大超出了調壓閥60kHz為主的聲波，有效降低了調壓閥的影響。超聲流量計可以檢測環境中的噪聲，通過自動增益來獲取更準確的信號，從一定程度降低了環境噪聲對測量準確度的影響。但是為了防止其他頻率聲波的干擾，一般將流量計安裝在調壓閥上游，并有不同撬體隔開，讓超聲流量計遠離調壓閥，從而大大降低了調壓閥對超聲流量計的影響。

1.1.3其他噪聲

喧囂的城市環境，往往會產生不同頻率的噪聲，各種噪聲疊加，會對超聲波流量計造成影響。一般將超聲流量計安裝在遠離市區環境，并與相應的城市主干道有一定的距離，以防止噪聲對超聲流量計的干擾。

1.2振動因素

超聲流量計是一種非常精密的測量儀表，在出廠之前都會經過嚴格的振動實驗，以確定超聲流量計在振動環境下具有穩定的性能。但如果將其長時間放置在振動的環境中，會對其性能產生嚴重影響，還會降低其使用壽命。因此，超聲流量計在天然氣計量中應當采取有效措施，遠離振動的環境，從而保證超聲流量計性能的穩定。

1.3環境溫度因素

一般情況來說，環境溫度過低或者過高都會在很大程度上對儀器的相關性能造成十分嚴重的不良影響，從而大大降低相關儀器的使用壽命[2]。對于超聲流量計在天然氣計量中的應用來說，丹尼爾超聲流量計所要求的溫度為-20℃至65℃。一般環境溫度能夠滿足超聲流量計要求，但是在某些環境比較惡劣的地區，必須要采取有效措施，防止環境溫度過高或過低，對超聲流量計造成不良的影響。可以在超聲流量計的測量管上安裝相關的防曬設施以及防雨裝置，可以避免環境溫度對超聲流量計帶來的不良影響。

2　超聲流量計的管道配置要求

超聲流量計在安裝和使用過程中對管道的配置有較高的要求，主要體現在以下幾個方面.

2.1上下游直管段的內壁要求

超聲流量計上、下游直管道出現臺階或凸入物就會使被檢測介質流態發生改變，從而使得測量結果出現較大的誤差，要做好直管道的選擇和檢驗，避免臺階或凸入物的存在。超聲流量計以及管道內壁存在油污等附屬物會使管道的實際內徑變小，如果油污附著在超聲波探頭上，會改變超聲波的傳播速度，使傳播時間變短，會對最終的測量結果產生十分不良的影響，必須要加強超聲流量計以及管道內壁檢查，及時清理并有效防止附屬物的出現。

2.2直管道的長度要求

超聲流量計是通過測定在實際生產過程中，流量計上下游的彎頭、截止閥等會使被測介質的流動狀態發生改變，會使測量結果發生變化。通常在流量計的上游和下游安裝直管道來穩定介質的流動狀態，達到降低測量結果誤差的效果。一般來說，流量計上下游直管道的長度越長，測量結果的準確性就越好，上游的直管道長度達到直徑的50倍，下游直管道長度達到10倍，測量結果就可以滿足國內相關要求。

2.3雙向流測量的管道配置要求

城市中的地下儲氣庫或儲氣罐與城市配氣管網之間就需要進行雙向流量測量，即使用同一流量計對管道內氣體正向輸送和反向輸送的流量進行測量[3]，使用超聲流量計可以滿足這一計量要求。在這種情況下，正向輸送時儀表上游就是反向輸送時儀表的下游，正向輸送時儀表的下游就是反向輸送時儀表的上游，必須要嚴格做好上游和下游的管道配置，正向測量和反向測量同等對待，才能保證雙向流測量精度的要求。

3　超聲流量計對管道內氣體狀態要求

管道內氣體的清潔程度以及流動狀態對超聲流量計測量精確度有一定的影響，要安裝過濾器和整流器來改善氣體的清潔程度和流動狀態，優化超聲流量計在天然氣計量中的應用效果。

3.1氣體的清潔程度

氣體中含有的固體和液體雜質等會附著在超聲流量計探頭上，影響聲波的發射和接收[4]，特別是上游脫水裝置使用的三甘醇，對超聲流量計的影響最為明顯。天然氣在輸送過程中，由于氣體和管道內壁的沖刷、氣體中的酸性組分和管道內壁的化學反應等會產生一定的固體顆粒會對超聲流量計的計量產生影響；氣體流動狀態的改變，會發生少量的分解和聚合，產生一定量的液體、油污等，也會對超聲流量計的計量產生相當程度的影響。因此，在流量計上游必須安裝相應的分離裝置，將氣體中的固體、液體雜質分離開來。如果氣體固體、液體比較多，則選用過濾分離器；如果氣體較干凈，則選用氣體過濾器就可以滿足相應的要求。

3.2氣體的流動狀態

超聲流量計通過測量幾個點的流動速率，使用固定模型的流動狀態來計算來計算管道內的平均流速。上游的截止閥、彎頭、插入式儀表等附件會影響氣體在管道內的流動狀態，會降低超聲流量計測量結果的準確性。超聲流量計上下游直管道的安裝可以提高計量的準確性，但是由于上游直管道需求太長，不方便安裝，可以在超聲流量計的上游10D的地方安裝氣體流動狀態調整器，使氣體流動狀態往期望的狀態變化，從而提高超聲流量計的計量精度，也大大縮短了直管道的最低要求長度。此外，超聲波流量計也引入了“調整因子”，用于修正氣體流量計算中流動狀態對超聲流量計測量結果的影響。

3.3氣體雜質的影響

天然氣中氣體雜質含量過多也會對超聲流量計的測量精度造成影響，比如說二氧化碳含量超過10％，會影響超聲波在氣體中的傳播速度，還改變了管道內氣體的密度，最終影響到超聲流量計的測量精度。氮氣，硫化氫等，含量過多也會造成相應的影響。

4　超聲流量計的使用和維護保養

為了提高超聲流量計在天然氣計量中的應用，要做好超聲流量計的安裝，還要加強超聲流量計的維護保養。

4.1超聲流量計的安裝

根據超聲流量計的特點，超聲流量計既可以水平安裝，也可以垂直安裝，還可以傾斜安裝。另外，超聲流量計的實際安裝還可以沿著管道的軸線任意旋轉。實際生產過程中，超聲流量計的安裝要注意把握好以下三方面的內容：第一，要保證超聲流量計安裝以后便于進行檢測和維修。第二，要避免超聲流量計受到氣流以及積液的不良影響。第三，超聲流量計在安裝完成之后方便做維護保養。

4.2做好超聲流量計的維護保養

4.2.1定期檢測

定期檢測是加強超聲流量計使用維護和管理的重要手段，通過定期檢測可以預防和消除超聲流量計的很多故障[5]。根據國家相關標準設定合理的檢測周期，并按時拆送到具有資質的檢驗單位進行檢驗，或者邀請具有檢驗資質的單位到現場對超聲波流量計進行檢驗，并要求檢驗單位出具檢驗鑒定證書。

4.2.2定期檢查

根據輸送介質的清潔程度和人員配置，對超聲流量計要進行定期檢查，內容包括但不限于：檢查探頭連接是否松動，是否有漏氣現象；檢查信號處理單元各連接線連接牢固無松動；檢查流量計自動增益值和噪聲系數在穩定可靠的范圍；檢查并清潔超聲流量計外表，防止受到腐蝕。

4.2.3小流量測試和切除

在關閉上下游閥門的情況下，管道內無氣體流動，流量為零，但是由于氣體分子的熱運動，超聲流量計會測出比較小的流量值，在流量計允許的誤差范圍內，使用小流量切除功能，將小流量值手動設置為零。正常情況下，這個小流量是在流量計允許誤差范圍內的值。如果流量計出現異常，這個值會超過流量計誤差，這時候就要將流量計拆除并送到具有資質的檢驗單位進行檢驗。如果檢驗不合格，則必須送回生產廠家進行維修。

綜上所述，超聲流量計在天然氣計量中發揮著十分重要的作用，我國逐漸將超聲流量計應用到天然氣流量的計量中，也同時開展了對超聲流量計的性能的相關研究，逐步完善《用氣體超聲流量計測量天然氣流量》標準。

掌握超聲流量計在天然氣計量中的應用方法，從超聲流量計的環境要求、管道配置要求、對管道內氣體流動狀態要求以及流量計的使用和維護保養等四個方面出發，將超聲流量計安裝在合適位置，并配置過濾器、整流器和相應的直管道，提高超聲流量計在天然氣計量中的測量精度；做好超聲流量計的維護保養，提高超聲流量計的應用質量，延長超聲流量計的使用壽命。

參考文獻

[1]張樹華.超聲流量計在天然氣計量系統應用中應注意的問題[J].石油工業技術監督,2006,01:32-34.

[2]周代兵,倪銳,于姝彥.超聲流量計自診斷技術在天然氣計量中的應用[J].石油工業技術監督,2014,01:28-30.

[3]劉長峰.天然氣流量計量方法的研究[D].西南石油學院,2003.

[4]GB/T18604-2014,用氣體超聲流量計測天然氣流量[S].

[5]公丕翠.天然氣流量計量儀表及選擇原則[J].工業計量, 2005, (S1).

關鍵字：超聲流量計 天然氣計量 應用