超声波流量计在区域计量上的应用研究

上海燃气市北销售有限公司 潘佳茜

超声波流量计在区域计量上的应用研究

上海燃气市北销售有限公司 潘佳茜

将超声波流量计与原有的涡轮流量计和皮膜表做对比，通过对实际应用数据的分析，探讨超声波流量计应用于区域计量上的可行性。

超声波流量计 区域计量 城市燃气

0 概述

上海燃气市北销售公司(简称市北销售公司)隶属上海燃气集团，辖区包括黄浦江以西、苏州河以北的宝山、嘉定、杨浦、虹口、闸北和普陀6个行政区域，各类用户总数达226余万户。

多年以来市北地区燃气购销差居高不下，困扰着企业的发展。市北销售公司自2003年以来，逐步选取各类区域进行比较，分区域计量研究购销差产生的原因。在所选的区域中，有的区域生活水平较高，单耗也相应比较高；有的区域生活水平较低，单耗也就略低一点。

至2011年底，市北公司共有完整的区域计量试点10个，其中普陀区3个，闸北区2个，杨浦区1个，虹口区1个，宝山区1个，嘉定区2个，均匀地分布在市北公司所管辖的每个行政区域，逐渐完成区域选择的代表性。

由于各区域大小、用户结构、区域计量表选型等的差异，使得区域产销差数据偏差较大，尤其是民用产销差，难以寻找变化的规律。通过多年区域计量表记录的数据发现，大多数表显示的最大流量远小于配表的满量程值，而表的配置必须匹配调压器的流通能力，造成配的表过大，如果工况流量小于流量计的最小额定流量，流量计就计量不准确或者不计量。

随着近几年超声波流量计发展日趋成熟，此次把超声波流量计应用于几个区域计量点上，试用了一段时间，通过使用数据的分析，探讨在区域计量上使用超声波流量计的可行性。

1 超声波流量计计量原理与性能

1.1 计量原理

这次使用的是AS超声波流量计，采用重复性能优越的“传播时间差”方式，其计量原理如图1：

图1 超声波流量计计量原理

在测量管内安装一组超声传感器．同时测量彼此间的声波到时间。比如沿顺风方向投球时会比顶风方向投的球先到达对方处。同样，沿气体流动方向发出的声波会比反方向发出的声波先到达对方超声波传感器处，将这个时间差值换算成流量。

将上流侧至下流侧的到达时间定为tl，下流侧至上流侧的到达时间定为t2则：

式中：tl——超声波传播时间(顺方向)，h；

t2——超声波传播时间(逆方向)，h；

L——超声波传感器间距，m；

C——音速，m/h；

V——平均流速，m/h；

θ——超声波传播轴与管道中心轴角夹，゜。取到达时间的倒数差，可消去声速项并求出流速V：

因此，可得知上式不受音速影响。

再乘以测量管横断面积和修正系数，可求出流量Q，即：

式中：Q——流量，m3/h；

A——横截面积，m2；

K——修正系数。

1.2 性能

超声波流量计具有超大的量程比，此次采用的超声波流量计，其量程比达到了1∶400，相同口径的涡轮流量计的量程比只有1∶30。不仅可以用于计量，还能用于管道泄漏感知。无转动部件，无需维护，长时间使用精度不变。没有压力损耗，低功耗，安装成本低。气体对超声波流量计的影响小，所以超声波流量计可以用于天然气、人工煤气等多种气质上。

2 实际应用试验

此次应用试验选用了ELSTER流量计、天信流量计、AS气体超声波流量计以及丹东100 m3皮膜表等几种不同类型的流量计，在不同时段采用不同类型的流量计进行计量，采集数据进行分析研究。一共选择了三个实验区域，其中桃浦区域在试验前期选用的是ELSTER流量计，后期选用的是AS超声波流量计；华浜区域前期选用的是天信流量计，后期选用的是AS超声波流量计；原平区域前期选用的是丹东100 m3皮膜表，后期则是将一台超声波流量计与丹东100 m3皮膜表进行串联，用以对比同一时段内两个表的情况。

2.1 桃浦区域

该区域共有民用户7 819户，非民用户8户，由于该区域含桃浦七村和桃浦十村两个小区，由2台调压器供应同时向区域内供气，所以该区域计量点有两处，分别位于编号为G-687和G-6156的调压室内。

试验分别从以下情况进行研究分析：

2.1.1 区域内对ELSTER G650表进行数据采集

在区域调压室内安装ELSTER G650表，口径DN150，量程范围为50~1 000 m3/h(工况流量)，于2012年4月1日至2012年12月19日采集该时间段内低于最小量程的小时数及低于量程用量数据。编号为G-687调压室内的计量点共收集了4 384条有效小时流量数据。从时间上看，低于流量计最小工况量程范围50 m3/h的共有756条，占17.24%。从计量上看，低于量程用量占3.92%。编号为G-6156的调压室内计量点，共收集了5 731条有效小时流量数据。从时间上看，低于流量计最小工况量程范围50 m3/h的共有2 958条，占51.61%。从计量上看，低于量程用量占13.34%。

2.1.2 区域内对AS超声波流量计表进行数据采集

2013年1月1日至2013年4月10日在编号为G-687编号调压室内(桃浦七村)安装AS-150超声波流量计，量程范围为14~1 300m3/h，采集该时间段内低于最小量程的小时数及低于量程用量数据，总共收集了2 387条有效小时流量数据。从时间上看，低于流量计最小工况量程范围14 m3/h的共有1条，占0.44%。从计量上看，低于量程用量占0.00%。

2013年1月1日至2013年10月31日在编号为G-6156调压室内(桃浦十村)安装AS-150超声波流量计，量程范围为14~1 300 m3/h，采集该时间段内低于最小量程的小时数及低于量程用量数据，总共收集了6 384条有效小时流量数据。从时间上看，低于流量计最小工况量程范围14 m3/h的共有484条，占7.58%。从计量上看，低于量程用量占0.05%。

2.1.3 数据分析与结论

在数据采集期间，桃浦区域采用ELSTER G650表和AS超声波流量计的低于最小量程的小时数合计数及低于量程用量的合计数据如1表所示。

表1 ELSTER G650表和AS超声波流量计累计计量工况

由表中数据可知，桃浦区域采用AS超声波流量计表后，低于最小量程小时数由采用ELSTER G650表的36.72%下降为5.53%。低于量程用量由7.64%下降为0.04%。说明采用AS超声波流量计的计量数据更完整。

在用户数及用气工况相同的条件下，选用AS超声波流量计表低于低量程的占比工况仅为0.04%，低于ELSTER G650表的7.64%，所以选用AS超声波流量计更为合适，更能进行准确的计量；

2.2 华浜区域

该区域共有居民用户2 877户，非民用户1户。该区域计量点位于编号为G-19166调压室内。试验分别采用天信TBQZ-150A和AS-100超声波流量计进行数据采集和分析。

2.2.1 区域内天信TBQZ-150A表数据采集

在编号G-19166调压室内安装天信TBQZ-150A表，口径DN100，量程范围32~650 m3/h (工况流量)。2011年3月1日至2011年5月31日共收集了3 230条有效小时流量数据，从时间上看，低于流量计最小工况量程范围32 m3/h的有1 291条，占39.97%；从计量上看，低于量程用量占4.50%。

2.2.2 区域内AS超声波流量计表数据采集

在编号为G-19166调压室内安装AS-100超声波流量计，量程范围为6~550 m3/h(工况流量)，2013年1月24日至2013年10月31日总共收集了6 732条有效小时流量数据。从时间上看，低于流量计最小工况量程范围6 m3/h的共有837条，占12.43%。从计量上看，低于量程用量占0.64%。

2.2.3 数据分析与结论

在数据采集期间，华浜区域采用天信TBQZ-150A表和AS超声波流量计表的低于最小量程的小时数合计数及低于量程用量的合计数据如表2所示。

表2 TBQZ-150A表和AS超声波流量计累计计量工况

由上表可知，华浜区域缩径后使用的AS-100超声波流量计低于最小量程小时数由使用天信TBQZ-150A表的39.97%下降为换表后的12.43%。低于流量计最小工况量程范围由4.50%，下降为0.64%。说明AS-100超声波流量计的选型相对合适，更能进行准确的计量。

2.3 原平区域

该区域共有居民用户778户，无非民用户。该区域由编号为G-7190的调压器供气，区域计量点位于编号为G-7190调压室内。试验采用串联使用的AS-80超声波流量计与丹东热工LMN-100型皮膜表进行数据采集和分析，系统图如图1。AS-80超声波流量计，量程范围为3.5~330 m3/h(工况流量)。丹东热工LMN-100型，量程范围为1.0~160 m3/h(工况流量)。此次数据采集时间为2013年1月24日至2013年10月31日。

图2 AS-80超声波流量计与丹东100 m皮膜表串联系统

2.3.1 AS-80超声波流量计数据采集

AS-80超声波流量计采集期间的数据，统计低于最小量程的小时流量数。从时间上看，总共收集了6 770条有效小时流量数据，低于流量计最小工况量程范围3.5 m3/h的共有965条，占14.25%。从计量上看，低于量程用量占1.12%。最大小时工况流量81.4 m3/h。

2.3.2 丹东热工LMN-100型皮膜表数据采集

丹东热工LMN-100型皮膜表采集统计低于最小量程的小时流量数。总共收集了6623条有效小时流量数据。从时间上看，低于流量计最小工况量程范围1.0 m3/h的共有1 169条，占19.79%。从计量上看，低于量程用量占0.0%

2.3.3 数据分析与结论

低于量程用量的占比分析：在数据采集期间，原平区域采用AS-80超声波流量计和丹东热工LMN-100型皮膜表的低于最小量程的小时数合计数及低于量程用量的合计数据如表3所示。

表3 AS-80和LMN-100累计计量工况

原平区域使用AS-80超声波流量计低于流量计最小工况量程范围占14.25%，低于量程用量占1.12%。皮膜表低于流量计最小工况量程范围占19.79%，低于量程用量占0.00%。两者相差不大，说明AS-80超声波流量计选型合适。

日流量对比分析：在2013年的2至8月中，抽取每个月平均温度最低的一天，对两台表进行日流量的进行对比。对比结果如表4所示：

表4 2013年抽取的日流量对比分析

表4中日计量的最大误差绝对值为2.96%，出现在2013年8月31日，在误差允许范围内。

月度流量的对比分析：原平区域1~10月两表计量的累计月流量如表5所示：

表5 2013年1~10月流量对比分析

由表5可知，两表月度流量对比的最大误差绝对值为5.58%，出现在9月份，最小误差绝对值为0.52%，出现在5月份，全年度累计误差绝对值为0.69%，均在两表的精度允许范围内。

原平区域AS-80超声波流量计与丹东热工LMN-100型皮膜表的两表所计量的小时最大流量、日流量以及月度流量误差都在表的精度范围内，说明皮膜表的量程比宽，在相同的工况条件下，与超声波流量计相同的计量准确度。相比皮膜表，超声波流量计体积小，对区域计量调压室空间要求小。

3 结论

通过超声波流量计在实际区域计量中与其它形式的流量计的对比试验，得出以下结论：对比同口径的超声波流量计和涡轮流量计，超声波流量计在最小工况量程数以及低于量程用量两方面均优于涡轮流量计，更有利于精确计量。在用户数相同以及其他运行工况相同的条件下，与涡轮流量计对比，采用超声波流量计，可以适当进行缩径配置，仍能满足工况要求，且计量更为准确，从而达到降低成本，提高经济效益的目的。对比超声波流量计和皮膜表，在相同的工况条件下，均能准确计量，计量误差均在允许范围内，超声波流量计由于其体积小，更适合空间小的调压室。

综上所述，超声波流量计由于其有更大的量程范围等优点，应用于区域计量上是可行的，并且比涡轮流量计更适合应用于区域计量上。

Research of Ultrasonic Gas Meters in Fields of Regional Gas Metering

North Shanghai Gas Business CO., Ltd. Pan Jiaxi

The ultrasonic gas meters were used on regional gas metering system in northern areas of Shanghai. By comparing the difference between the practical data of ultrasonic gas meters and those of turbine gas meters and diaphragm gas meters, the paper makes a conclusion that the ultrasonic gas meter can be used in the fields of regional gas metering.

the ultrasonic gas meter, regional gas metering system, town gas