超聲波流量計計量不準(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)易交接方面對流量 計的準(zhǔn)確性要求較高。氣體超聲波流量計具有量 程比寬、壓力損失小、無可動部件、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。 超聲波流量計量系統(tǒng)與其他計量儀表一樣，在實(shí)際 的生產(chǎn)應(yīng)用中會受到各種因素的干擾，因而影響儀 表計量的準(zhǔn)確性。

1.超聲波流量計工作原理

超聲波流量計為獨(dú)立測量設(shè)備，由多個位于管 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 時間L和h不同，通過時差法可以計算得到流體 流速，工作原理如圖1所示。超聲波流量計還可以 配置成雙向計量模式，精度不變。

2.天然氣超聲波計量系統(tǒng)的組成

氣體超聲波流量計量系統(tǒng)一般由壓力變送器、 溫度變送器、超聲波流量計、氣體組分分析儀以及 流量計算機(jī)等五部分組成。壓力、溫度變送器采集 實(shí)時的壓力、溫度信號，超聲波流量計本體是整個 計量系統(tǒng)的核心部分，通過測量計算天然氣的流速進(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 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.影響超聲波流量計量準(zhǔn)確性的主要因素

超聲波流量計量系統(tǒng)計量的準(zhǔn)確性既與超聲 波流量計本體有關(guān)，也和壓力、溫度測量儀表、色譜分析儀以及流量計算機(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)計選型、設(shè)備 安裝等方面也會一定程度影響超聲波流量計量的 準(zhǔn)確性，其影響因素復(fù)雜多樣。超聲波計量系統(tǒng)計 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，對超聲波流量計量準(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、溫度測量這四個方面。

3.1噪音

天然氣輸氣站場中由于氣流速度快，彎頭、閥 門等各類阻流管件的存在，會產(chǎn)生一定的噪聲，在 計量裝置設(shè)計和安裝的時候已經(jīng)充分考慮。但是 現(xiàn)場因?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在現(xiàn)場使用 過程中受到噪聲的影響。超聲波流量計對降壓元 件產(chǎn)生的噪聲尤其敏感，甚至有些低噪聲閥門比調(diào) 壓閥對超聲波流量計產(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超聲頻率重合，對超聲波流 量計造成較大影響。

3.2天然氣雜質(zhì)

天然氣流過超聲波流量計時，水、硫化鐵粉末 等雜質(zhì)逐漸堆積在流量計表體管道內(nèi)或超聲波探 頭上，都會影響超聲波流量計的準(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 輸時間，影響了超聲波探頭的敏感性，同時由于雜 質(zhì)的附著，計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 計的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)研究表明：

臟污可對 某些流量計流量輸出帶來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)果計算獲得。氣體組分檢測是否 準(zhǔn)確及時，直接影響著超聲波計量系統(tǒng)的計量準(zhǔn)確 性。在實(shí)際生產(chǎn)中，部分場站的氣體分析設(shè)備未接 入流量計算機(jī)，失去了氣體分析設(shè)備的主要作用， 同時在未配備氣體分析設(shè)備的場站也存在著氣體 組分更新不及時現(xiàn)象，在多氣源的計量站，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壓力和溫度的測量

根據(jù)超聲波流量計工作原理可知，壓力溫度測 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 力測量值與進(jìn)行了防曬保護(hù)的壓力變送器測量值 的差值可高達(dá)18?20kPa。溫度變送器在現(xiàn)場應(yīng) 用中也會出現(xiàn)保護(hù)套管中存在金屬雜質(zhì)、沙子等現(xiàn) 象，使測溫元件不能及時與天然氣達(dá)到熱平衡，導(dǎo) 致實(shí)測溫度值偏低，計量結(jié)果偏大。因此，保證壓 力和溫度測量儀表的準(zhǔn)確、可靠是確保超聲波流量 計計量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度非常重要的方面。

4.解決措施與對策

4.1保證工藝安裝符合相應(yīng)技術(shù)要求

對于未建場站，應(yīng)充分考慮流量計前后直管段 長度，評估調(diào)壓閥產(chǎn)生的噪聲對流量計的影響，謹(jǐn) 慎選用“無噪”閥門和消聲器。對于已建場站，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)流截止閥分級調(diào)壓，降低噪音頻率，或者 改變噪音傳播通道，利用調(diào)壓計量間的匯管、彎頭 等增加噪音損耗。條件允許時，可進(jìn)行工藝改造， 在流量計前加裝流量調(diào)整器，將調(diào)壓閥調(diào)整至流量 計后，以消除噪音影響。

4.2加強(qiáng)超聲波流量計的檢測與維護(hù)

超聲波流量計具有自診斷功能，目前絕大部分 超聲波流量計均配備有專業(yè)的診斷軟件，可對流量 計的聲速、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?，F(xiàn)場技術(shù)人員可利用專業(yè)診斷 軟件定期對流量計進(jìn)行運(yùn)行分析，判斷流量計工作 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，如流量計內(nèi)部腐蝕嚴(yán)重，應(yīng)及時重新進(jìn) 行檢定。

4.3及時更新氣體組分

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

4.4保證壓力和溫度測量的準(zhǔn)確性

在超聲波流量計使用過程中，應(yīng)對壓力和溫 度測量值進(jìn)行現(xiàn)場核查。可使用壓力、溫度變送 器的手操器核查流量計算機(jī)內(nèi)的壓力、溫度變送 器示值誤差是否符合精度等級的要求，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不 滿足時應(yīng)及時更換或者及時送檢和校準(zhǔn)。同時， 對于壓力變送器可設(shè)置遮陽棚，防止溫度變化對 其零位的影響，對于溫度變送器應(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，超聲波流量計在 天然氣流量計量領(lǐng)域的應(yīng)用將會變得越來越廣泛， 影響其計量準(zhǔn)確性的因素將會隨著超聲波流量計 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)場使用維護(hù)人員深入分析現(xiàn)場流量計的運(yùn)行 工況，不斷積累現(xiàn)場應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)制定相應(yīng)對策， 只有這樣才會進(jìn)一步提高超聲波流量計的計量準(zhǔn) 確性。

超聲波流量計計量不準(zhǔn)確解決辦法