淺析超聲流量計在天然氣計量中的具體應用

沈文奇

摘要：氣體超聲波流量計是一種完全適合天然氣貿易的流量統計設備，對提高天然氣計量水平具有十分重要的作用。文章具體分析了超聲波流量計在天然氣中的工作原理，并提出了提出相應對策。

關鍵詞：天然氣;超聲流量計;應用

天然氣是一種高能效的能源，與其它石化能源相比較，具有非常好的環保清潔作用，同時，它的燃燒效率相當高，因此也得到了人們充分的肯定和有效利用。目前，地球天然氣消費總量高達30000億立方米，所以天然氣在開發、運輸和貿易和使用過程當中的計量也的得到重視。如何實現最可靠的過程有效控制計量和進出口貿易有效結算計量，是天然氣科學發展、公平進出口貿易和合理利用的有效安全保障。

一、工作原理組成

（一）結構組成

超聲波流量計主要由三部分組成：超聲換能器，電子轉換電路和流量顯示多余積累系統。超聲換能器使用鑄鐵的引線壓電元件制造，該種壓電元件充分利用壓電有效效應的發射和收集聲波，并通過檢測流量體積對超聲波或超聲波脈沖的綜合影響，來測量流體的體積的流量。

（二）超聲波流量計構造原理

當傳輸的聲音信號通過管道中流動的介質的時侯，傳輸速度受介質流速的影響，2個傳感器間的聲音信號的傳輸時間長短決定管道中介質的流速度。聲音信號所通過上面時間比通過下面的時間有所更長，時間差與管道中介質的流速成比例。目前現在所使用的超聲波流量計可分為時差法和頻差法：

1.時差的規則：

管道中的氣體流量vf可通過以下公式獲得：

VF =[L/2（X/L）][△T/（T1T2）]

其中：音頻信號通過上游和下游的時間，L是音頻信號通過的路徑長度，X是換能器軸向的距離。

2.頻率差定律：如果在兩個不同方向上比較兩個脈沖序列之間的頻率差，則該脈沖差也與流體速度成比例。

1/T21=F21= C-VF·（X/L）/L

1/t21=f21-c+vf·（X/L）/L可以看出，兩種流體流速算法的理論基礎與vf= L2（f12-f21）/2X相同。速度e無關緊要，因此理論上氣流可以得到：Q=A·vf= 1/4πD2·vf其中D是管道直徑，vf是管道流速。

二、天然氣超聲流量計構造特點

（一）適用于各種范圍的天然氣流量測量，特別適用于大口徑，高壓，大范圍天然氣測量，一般壓力越高，精度越高。一些國外制造商可以使用直徑為DN1600的氣體超聲波流量計，流量可以超過18，0000m/h，這對于一般的氣體流量計是不可能的，在國外，特別是用于天然氣貿易轉移和運輸的大型管道，氣體超聲波流量計通常用于天然氣站。

（二）氣體超聲波流量計具有寬范圍比，一般高于1：50，最高可達1：300，可滿足各種條件的需要。

（三）由于內部沒有活動部件和扼流部件，沒有磨損問題，不會出現零漂，不會像差壓流量計那樣發生壓力損失，這可以大大減少長距離管道的加壓成本。

（四）準確度很高。近年來，隨著技術的進步，許多多通道天然氣超聲波流量計相繼出現，與早期相比，其精度得到了很大提高。例如，德國elster產生5種聲音，在多點實流校準的情況下，通道的超聲波流量計可以實現±0.1%的精度和優于±0.05的重復性。這在流量計量中達到了相當高的高度。

（五）由于其結構特點，超聲波流量計可受氣體流向影響，可進行雙向流量測量，精度一致，無壓力損壞，無過載損壞，維護量小，而活躍程度很高。

三、超聲流量計在天然氣計量應用分析

超聲波流量計是科學技術發展形成的一種新型天然氣計量方式，它不僅可以提高測量精度，還能非常有效的提高天然氣計量的準確性能。因此，它廣泛用于我國天然氣計量檢測，與相對傳統的孔板和渦輪流量計做比較，這種新的計量方法具有非常明著的優點。首先多個管徑的氣體流量監檢測測量，測量精度高，可根據實際情況重復或測量。它受沉積物和水分的影響相對較小，為超聲波流量計的廣泛應用奠定了良好的基礎，堅實的基礎。在實踐中，超聲波流量計通常用于大直徑的天然氣計量，主要是因為它們的成本相對較高。在引進該技術的早期，它們通常僅用于大直徑天然氣輸送管道。在測量中，例如，在西氣東輸工程中，在4200km的管道中，各種類型的閘站，分運站，儲氣庫，LNG氣化站等都采用超聲波計量方法。隨著技術的進一步發展，該測量方法逐漸應用于城市天然氣輸送管道。與傳統的計量方法相比，該計量方法的影響因素較小，精度較高。此外，城市天然氣管道相對比較分散分布。因此，有必要在每個分散的氣體點使用計量，從而有效地提高超聲波流量計量的精度。目前，如果根據適用范圍進行劃分，超聲波流量計大致可分為以下幾種：一是適用于耐高壓氣體流量計;第二，適用于公平貿易檢測測量的Q型超聲波流量計;三，流量計應用生產當中的氣體流量計量;第四，流量計適用于火炬氣的流量。這充分說明了超聲波流量計的應用范圍。雖然不同范圍的超聲波流量計的安裝細節存在一些差異，但原理與整體相同，安裝工人和技術人員需要特別注意。

四、結束語

目前，隨著天然氣應用范圍的進一步擴大，測量方法也得到了很大的改進，超聲波流量計由于其高精度，耐用性和較小的維護工作量，己逐漸成為現階段的天然氣測量，采用的首選方法在一定程度上為天然氣測量工作的順利開展提供了充分保障。在這種條件下，天然氣計量工作的質量將進一步提高，針對超聲波流量計使用過程中可能出現的各種問題，應及時制定有效的解決方案，逐步完善，有效改善天然氣計量工作，工作質量將為今后進一步改進和發展這項工作奠定堅實的基礎。

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