超声波流量计在天然气计量的应用研究

曹晓锋（陕西省天然气股份有限公司，陕西 西安 710016）

伴随着经济的快速发展，无论是工业生产还是居民的日常生活对于天然气的需求都呈现出爆发式的增长，这给天然气的计量带来了巨大的压力。超声波量计是当前国内主要天然气计量方式，尤其在大口径天然气长输管道计量方面占有重要的位置，它的优点主要表现在可靠性强、稳定性高、适应性强、操作简单、投入低、效率高等方面。2001年国家发布了《用气体超声流量计测量天然气流量》以后，超声流量计在国内的应用更加的广泛了。

1 工作原理

超声波流量计按工作原理划分可以分成很多种方式，目前，应用在天然气计量的上的超声波流量计主要是通过时间差法来进行的测量。时间差法下的超声波流量计的工作原理很简单，就是在天然气运输管道上安装一对超声换能器，通过换能器接受超声信号，通过测量到的气体流速乘以超声波流量计的截面面积就得到了管道内的天然气流量，然而这样得到的流量数据还有些不准确，这是就需要我们结合温度、压力等数据进行适当的修正，得到最终的流量数据。

2 应用中应注意的问题

目前，超声波以其可靠性高、准确度高等优势，在大流量天然气计量中占有重要的位置，但要充分发挥其计量优势就要在应用过程中充分考虑环境因素对于测量的影响。因此我们在使用过成中除了要满足国家颁布的《用气体超声流量计测量天然气流量》的要求和一些具体操作规范外，还应充分考虑以下因素对计量的影响。

2.1 噪声影响

时间差法下的超声波流量计主要是通过天然气运输管道中的一对超声波脉冲测量换能器之间的顺、逆行的时间差进行计量，因此超声波脉冲的信号的准确性直接关系计量效果。在计量过程中，天然气管道中各个部件之间产生的噪声会影响到超声波脉冲测量换能器对超声波脉冲信号的接受，进而影响到计量的效果。为了最大限度的提高计量的准确性，减少运输管道内的噪声影响，我们在安装超声波脉冲测量换能器的时候应该尽量避开运输管道的弯头部位；同时，我们也应该选择抗干扰能力强的超声波脉冲信号接收器，降低噪声的影响，提高计量的准确性。

2.2 管道配置

2.2.1 直管段长度要求

通过超声波流量计对天然气流量进行计量时，天然气中的门阀、汇管等阻力件会导致天然气的流速发生畸变，进而增加天然气流量计量的误差。具体的误差大小还要取决于天然气流速的畸变程度以及计量设备自身的修正能力。为了减少阻力件对于天然气流速的干扰，我们一般在计量区域内采用直管段。一般情况下，直管段越长测量的准确性和可靠性也就越高。《用气体超声流量计测量天然气流量》中对直管段的最低长度提出明确的要求，在不安装整流器的情况下，流量计上游的直管段最短为10D，下游的长度最短为5D，此外，对于一些条件复杂的测量段，直管段的最短距离要相应的提高，具体应该提高多少要与生产厂家进行研究决定。

2.2.2 直管段的质量要求

除了直管段的长度会影响计量效果外，直管段的质量也影响着计量效果。我们在铺设直管段是尽量减少管道内出现凸入物，因为如果管道内出现凸入物，凸入物会增大流量测量的误差，影响到计量的准确性。

2.3 脏污堆积

受到水、油污以及硫化铁粉等脏污的天然气会严重的影响到测量质量，因为当被水、油污染的天然气通过超声波流量计时，天然气中的那些粉末、油污等污染物会逐渐的在管道内壁以及超声波接受设备上进行堆积，这样会造成两方面的主要影响。一是随着污染物的堆积，测量管道的内径也会逐渐的变小，从而导致流量计读数变大；二是测量管道的内壁会随着脏污的堆积变的越来越粗糙，这样会导致超声波脉冲信号在反射时出现衰减现象，影响计量的准确性。此外，除了上述两个主要的影响外，随着脏污的堆积，会在一定的程度上减少超声波的传输时间，致使计量数据偏大。因此，我们应该加强对天然气的质量的检测，确定合理的清理周期，当发现天然气质量明显下降时适当的增加清理次数。

3 检定

计量设备的正常工作是进行准确计量的前提条件，而要保障计量设备的正常工作就要定期对其进行检测。就目前而言，我国能过进行流量计检定资质的单位和部门主要有国家石油天然气大流量计量站，国家站成都天然气分站以及国家站重庆天然气分站等。这些单位的实流检定能力已经达到国际先进水平，检定能力已经基本上覆盖了天然气行业。

当前超声波流量计检定方法主要有两种，一是在线实流检定，二是离线实流检定。就目前而言我们在进行天然气超声波流量计检定时主要采用的还是离线实流检定，因为在线实流检定对于设备和使用环境要求很高，一般情况下很难保障这些的条件的实现。但是在线实流检定以其准确度高、送检成本低等特点仍是我们未来检定的发展方向，目前在线实流检定也已经在一些交通条件的区段得到了应用。在《超声波流量计检定规程》中规定，如果超声波流量计具有自行诊断和报警功能的话，对实流检定的周期就可以有1年延长到6年。当前，我内外超声波流量计研究机构都在积极地研究超声波流量计的自行诊断、报警功能以及技术标准。

[1]蒋大旭，郑开银.天然气自动计量教程.计量出版社，2004.

[2]齐友.天然气计量及标定系统的应用.石油与天然气化工.第38卷第6期.

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