关于气体超声波流量计计量准确度影响因素的分析及对策

周永红　黄纪伟

（中石油昆仑燃气有限公司山西分公司，山西太原　030021）

关于气体超声波流量计计量准确度影响因素的分析及对策

周永红黄纪伟

（中石油昆仑燃气有限公司山西分公司，山西太原030021）

城市燃气企业为控制损耗，降本增效，在门站、大工业用户等开始使用超声波流量计。我方超声波流量计为四声道传播时差法超声波流量计，为使得研究更具有普遍性，本文以多声道传播时差法超声波流量计为例进行研究，通过以亲身参与的一起计量纠纷事件为根据，以大量现存资料为依托，探讨影响气体超声波流量计计量准确度的因素和对策。

超声波流量计计量准确度影响因素对策

1　前言

2015年5月9日，某城市燃气门站按要求减少对下游用户的供气量，工作人员采用控制流量计下游球阀开度的方式进行节流。2015年5月10日08：00，计量员在与上游单位进行计量交接时，发现当日计量误差达1.3万方，购销差率高达26%，严重超出了±2.5%的合理购销差率控制范围。经排查，上下游计量流量计均检定合格且在合格期内，管网及设备设施均不存在泄漏，抄表过程合规，因此，初步认定问题还是在超声波流量计上，随后对超声波流量计的原理、计量误差产生的可能性进行分析。

2　超声波流量计工作原理

本文以多声道传播时差法超声波流量计为例进行研究，该类型超声波流量计是根据声波在气体顺流和逆流中的时间差与气体流速成正比这一原理来测量气体流量的。

传播时差法超声波流量计工作原理为：超声换能器A发出的超声波脉冲穿过管道，被超声换能器B接收，当管道中有气流流过时，在气流中传播的超声波脉冲的传播速度将受到气流的影响，使得超声波脉冲顺流传播的速度要比逆流时快，在同一传播距离内，其顺流、逆流方向传播的时间分别为：

式中：TAB——超声波脉冲从换能器A传播到换能器B所需的时间；TBA——超声波脉冲从换能器B传播到换能器A所需的时间；C——超声波脉冲声速；V——每个声道中的气体流速；L——传感器A、B之间的直线距离；X——传感器A、B在平行于气体流速方向上的距离；

由上述两公式可推导出气体流速计算公式如下：由此可计算出多通道流量计气体流速计算公式如下：

式中：Vakg——流量计气体流速；Wn——权重因子（取决于探头的几何分布情况）；

再对流量计气体瞬时流量（等瞬时流速乘以管道截面积）进行时间上的积分，即可得出气体在指定时间内的流量，计算公式如下：根据气体状态方程：

式中：P0——0.10325Mpa；T0——293.15K；Z0——标况下的气体压缩因子；P——工况下的气体绝对压力；T——工况下的气体热力学温度；Z——工况下的气体压缩因子。可推导出标况下的气体流量，如下：

3　影响超声波流量计计量准确度的因素

由上述计算公式推导可知，影响超声波流量计计量准确度的主要因素包括以下四个方面的因素：（1）超声波在气流中传播速度测量的准确性：由公式（4）可知，影响超声波在气流中的传播速度的测量准确性的因子有概括起来主要有超声波流量计的安装因素、脏污、超声波信号和外界噪声干扰等四方面。（2）压力、温度测量的准确性：从公式（8）来看，所测得压力和温度直接影响流量计量结果，压力偏高，流量偏高；温度偏高，流量偏低。（3）气质组分因素：根据公式（8）可知，流量计算计需要利用天然气压缩因子将工况下的气体流量转换为标况下的气体流量，而工况下的天然气压缩因子需根据气体组分分析得到。由于气体组分处于动态变动状态，采用固定组分会导致计量误差。（4）流量计算机的先进性：流量计算机是通过对气体流速的时间积分后再依据二次仪表采集的温度、压力，折算出标注状态下的流量。因此，流量计算机的积分技术是否先进，直接关系到最终流量数值的准确性。

4　对策分析

4.1超声波在气流中传播速度测量准确性影响的对策

（1）根据超声波流量计特性，流速沿轴线均匀分布的流态能提高测量的准确性，所以在流量计上下游安装足够长直管段。（2）为尽量减少脏污对超声波流量计计量准确度的影响，在管道、设备吹扫阶段要尽量吹扫干净；要加强对过滤器的维护保养，严格按照操作规程，定期排污，定期清理过滤器滤芯；定期对超声波流量计进行检定，对其探头洁净度进行检测。（3）充分重视带噪声源情况下超声波流量计的设计和安装， 避免超声噪声影响流量计正常工作的情况发生。（4）由于气体超声波流量计需要面对气体输送过程中的各种干扰，特别是未知流场对测量精度的影响尤为突出，因此，在设计阶段如能实地测量速度场，就可降低对各种流动状况建立数学模型的误差，可获得更好的流场适应性。

4.2压力、温度测量准确度影响的对策

（1）根据材料科学的发展，使用先进的传感材料，提高传感材料的敏感度。（2）现场和远传仪表严格按照国家要求及时进行检定，并在确保检定合格的前提下应用。另外，在日常巡检过程中要定期对现场仪表和远传仪表就行校对，及时发现问题并整改，确保压力、温度数据的准确性。

4.3气质组分影响的对策

为遵守计量公平、公正原则，可在不影响下游用户安全用气和气质达标的前提下，在计量设备中引入在线色谱分析仪对输送天然气组分含量进行实时监测、上传，提高天然气组分检测的准确度，及时根据测量结果调整超声波流量计的相对密度设定值。

4.4流量计算机影响的对策

及时采纳当前最先进的组态软件，提高流量计算机积分水平，将当前科技成果转化为实践应用。

5　结语

结合本次计量事件，可以明显的发现，工作人员在减少供气量时，未按照操作规定执行，而是人为的采用控阀方式降低流量，结果因控阀造成节流效应明显，而节流效应产生的噪音严重干扰了超声波信号，最终造成计量误差。

［1］焦永兴，李华.超声波流量计在天然气计量中的应用及存在问题分析［J］.中国石油和化工标准与质量，2014（06）.

［2］杨声将，何敏，任佳.超声波流量计计量系统性能的主要影响因素［J］.天然气工业，2006（03）.