針對我國天然氣市場發(fā)展的特點,重點論述了超聲波流量計在天然氣計量中應(yīng)用問題,在分析超聲波流量計工作原理的基礎(chǔ)上,對于應(yīng)用中應(yīng)注意的問題以及儀器檢定方面進行分析,希望對于今后的超聲流量計在天然氣計量應(yīng)用具有更大幫助。

0 .引言

由于國內(nèi)的天然氣市場發(fā)展勢頭很猛，對于如何高效、準確地開展天然氣計量工作具有重要的意義。對于超聲波流量計來說，其具有測量范圍較寬、準確度較高、沒有可移動部件、本體無壓力損失等特點，較為適用于大流量、大孔徑的計量工況，當前，則是主要應(yīng)用于我國的大口徑的天然氣的長輸管道的計量工作中。自從 2001 的關(guān)于氣體超聲流量計測量天然氣流量的標準頒布設(shè)施之后，在天然氣貿(mào)易計量交接儀表中，超聲流量計具有重要的地位。

1 .工作原理

在分析超聲波流量計的工作原理過程中，其主要可以表現(xiàn)為多種形式，一般來說，能夠?qū)τ谔烊粴膺M行高精度的流量測量，主要則是利用時間差的方法。圖 1 則是表現(xiàn)為直射式超聲流量計的工作示意圖。其中，把一對具有傾斜角度為 φ的超聲換能器安裝在管壁兩側(cè)，這樣能夠滿足兩個換能器有效工作，能夠定時或者同時實現(xiàn)對方發(fā)射或者接受相應(yīng)的超聲信號。

在氣體超聲波流量計中，在管道的兩側(cè)進行如圖所示的換能器 A 和 B 的安裝，其中，兩者之間距離為 L，V 表示流體流速，C 表示超聲波在流體中聲速，超聲波和流體在管道中的流動夾角則是為 φ，其中，對于超聲波來說，逆流傳播時間則為 tv，而順流傳播時間則為 td。

可以通過上式，得到被測氣體的流速，然后，在結(jié)合超聲波流量計的截面面積，這樣就能夠得到在一定的工況管道中的流量；還可以利用相應(yīng)的壓力信號、溫度影響以及壓縮因子對于流量進行一定的修正處理，這樣就能獲得標準工況下的體積流量，然后進行相應(yīng)的貿(mào)易交接計量工作。

2.應(yīng)用中應(yīng)注意的問題探討

對于超聲波流量計的應(yīng)用范圍來說，其在大流量、高壓的天然氣管道計量中應(yīng)用比較多，也具有一定的優(yōu)勢，但是，現(xiàn)場環(huán)境因素的影響對于使用超聲波流量計具有一定的要求，因此，除了應(yīng)該首先滿足標準的要求，以及儀器生產(chǎn)廠家對于工況環(huán)境的要求，包括電氣噪聲、振動、溫度等方面，還應(yīng)該注意以下幾個方面的內(nèi)容。

2.1 噪聲影響

從噪聲的來源進行分析，主要來自于包括管路中的閥門、整流器、三通以及彎頭等管件?？紤]到超聲波流量計的工作原理，則是主要通過脈沖測量換能器的順、逆行的時間差的計量工作進行，所以，當出現(xiàn)超聲波流量計工作頻率相同的噪聲頻率的情況下，則會較為嚴重的影響到超聲頻率的接收問題，不能有效保證傳輸?shù)臏蚀_性，使得流量測量受到一定程度的影響。根據(jù)相關(guān)研究工作，噪聲對于部分型號的超聲波流量計的具有一定的準確程度方面的影響，有的誤差能夠達到 2%。

為了有效保證能夠降低噪聲對于超聲波流量計的計量影星啊，在具體的計量管路設(shè)計過程中，應(yīng)盡量符合無阻流件、無彎頭的安裝要求，盡量在流量計下游進行安裝調(diào)節(jié)閥，保證具有較為穩(wěn)定的流場條件。另外，還應(yīng)該選擇具有較強信號處理能力的廠家，保證具有較強的抗噪聲的過濾能力，使得超聲波脈沖的接受能力得到有效改善，從而有效降低噪聲影響。

2.2 管道配置方面

2.2.1 直管段長度要求

在進行測量天然氣的流量中，對于存在的流量計的阻力件來說，包括具體的匯閥門，這些對于介質(zhì)的流動狀態(tài)則會造成一定的破壞，容易出現(xiàn)并不想要的畸變的速度分布以及渦旋等問題，這樣就會造成流量測量誤差的進一步加大，應(yīng)該保證流量計能夠有效對于上述等問題具有一定的補償能力。為有效改善這種不良流態(tài)對于測量結(jié)果的影響，可以通過把具有一定長度的直管段在下游進行安裝，能夠起到較好的效果。

根據(jù)準確計量的要求，設(shè)置具有長度較長的直管段，則能有效改善流量計的計量準確性問題。根據(jù)標準的相關(guān)要求，針對較低限度的直管段長度來說，則是沒有進行整流器的安裝情況下，保證多聲道超聲流量計中的上游的***短直管段長度保證為 10D，而在下游，***短直管段長度則是為 5D，但是，如果對象則是上游阻流件較為復(fù)雜的情況來說，則應(yīng)該保證上游直管段繼續(xù)延長，根據(jù)報告要求，應(yīng)該能夠達到20D。在使用整流器的情況下，應(yīng)該具體參考整流器的安裝位置，并且根據(jù)產(chǎn)品具體要求，結(jié)合一定的實驗獲得長度要求。

2.2.2 直管段的質(zhì)量要求

對于超聲流量計來說，其上下游在***短直管段長度范圍進行測量的過程中，如果出現(xiàn)任何的凸起物或者臺階結(jié)構(gòu)，都會造成介質(zhì)流態(tài)的變化，這樣必然會使得流量測量誤差增加，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，如果 0.01D 的臺階存在于超聲流量計的上下游附近，則會造成***小為 0.05%的測量偏差。所以，在進行施工組裝以及配管選型過程中，應(yīng)該對于凸起物以及臺階具有一定要求。

2.3 臟物堆積

如果天然氣中含有油污、臟水、硫化鐵粉等污染物，在流經(jīng)過超聲波流量計之后，則會在流量計的內(nèi)壁以及超聲波探頭逐漸堆積臟污，這樣則會造成管道內(nèi)的實際內(nèi)徑減少，造成具有偏大的流量計讀數(shù)問題；另外一方面，還會造成測量管內(nèi)壁的平均粗糙度有所增加，這樣會使得脈沖信號經(jīng)過一定的表面內(nèi)壁反射作用，出現(xiàn)一定的衰減和發(fā)散情況，使得流量計的重復(fù)性和準確度受到影響。

同時，由于這些探頭上堆積的臟污影響，會造成超聲波傳輸時間的縮短，使得流量計讀數(shù)呈現(xiàn)偏大的情況，上述情況都會嚴重影響測量結(jié)果，經(jīng)過相關(guān)文獻資料，這種測量偏差可能超過 1%。所以，應(yīng)該重

視對于天然氣的氣體質(zhì)量的檢測工作，并進行有效的清洗工作。

另外，還應(yīng)該積極利用相應(yīng)的流量計檢測軟件，對于相應(yīng)的參數(shù)變化進行監(jiān)測，有效掌握流量計內(nèi)壁的臟污堆積程度，并進行有效的清洗工作。

3 .檢定

通過有效的定期檢測，能夠保證儀表故障的預(yù)防工作的有效性。當前，只有部分單位具備相應(yīng)的天然氣超聲波流量計的檢定資質(zhì)，其中，就相應(yīng)的實流檢定技術(shù)能力來說，能夠基本覆蓋天然氣行業(yè)的大部分貿(mào)易交接流量計的應(yīng)用范圍，控制在 0.3~10.0MPa，實現(xiàn)技術(shù)上的國際先進行列。

對于天然氣超聲波流量計的檢定工作來說，主要包括在線實流檢定、離線實流檢定兩個方面。當前，移動式的天然氣標準已經(jīng)在國內(nèi)采用，而天然氣流量儀表的在線實流檢定則是在計量站的現(xiàn)場中采用，但是，還依然存在一系列的問題，包括道路運輸困難、環(huán)境影響、不具備安裝條件、移動標準等方面。一般情況下，長輸管線貿(mào)易計量交接儀表的檢定中，只有少部分采用了在線實流檢定，另外大部分則是進行離線實流檢定。

根據(jù)超聲波流量計的檢定標準，對于具有自行診斷功能且能夠報警記錄保留的情況，能夠有效進行現(xiàn)場檢驗超聲波流量計，保證實流檢定周期進行延長至 6 年左右。當前，各個研究機構(gòu)正在進一步規(guī)范相應(yīng)的技術(shù)指標和操作規(guī)范，力爭能夠有效降低在進行在線檢驗過程中的各個送檢成本。

4 .結(jié)論

通過實踐證明，在進行陜京線、西氣東輸?shù)奶烊粴忾L輸管道的實際工程中，氣體超聲流量計能夠滿足相應(yīng)的天然氣貿(mào)易計量需求，有效保證天然氣計量技術(shù)水平的進一步提升。考慮到氣體超聲流量計具有準確度高、無壓力損失、較寬的量程比以及結(jié)實耐用等特點，只要注意其在安裝條件、臟污防止、噪聲避免等方面的問題，就一定能夠保證天燃氣超聲流量計的應(yīng)用前景。