超声流量计在天然气计量中的应用

陈庆

中海福建天然气有限责任公司生产运行部输气处



超声流量计在天然气计量中的应用

陈庆

中海福建天然气有限责任公司生产运行部输气处

摘要：超声流量计在天然气计量中发挥着十分重要的作用，本文主要从超声流量计的环境要求、管道配置要求、对管道内气体流动状态要求以及流量计的使用和维护保养等四个重要的方面对超声流量计在天然气计量中的应用方法进行了深入的分析和探究。

20世纪末期，英国煤气公司就开始着手对超声流量计的研究，并授权丹尼尔公司作为唯一开发商，于1989年生产出第一台超声流量计，在后来的使用中不断改进，逐渐形成了超声流量计在气体流量计量中的应用方法。2000年，西南油气田公司引进了数台丹尼尔超声流量计用于贸易计量，向重庆和四川的大型天然气用户供气，同时也开展了对超声流量计的性能的相关研究，并逐渐完善了《用气体超声流量计测量天然气流量》标准，使得超声流量计在天然气流量计量中的应用更加广泛。但是超声流量计是利用声波在气流中传播速度时差法来进行计量的，环境中的电磁噪声以及声学噪声会对流量计产生严重干扰，必须要掌握超声流量计在天然气计量中的应用方法，不断努力加强技术创新，提高超声流量计的实际性能，使其在天然气计量中发挥更加有效的作用。

1　超声流量计对的环境要求

超声流量计在天然气计量中对环境因素有较高的要求，具体体现在以下几个方面：

1.1环境噪声因素

1.1.1电磁噪声

超声流量计是一种非常先进的测量设备，它以微电子技术为基础，其测量的精度非常高[1]。时差法超声流量计是用电子时钟来测量时间的，传播时间非常短，可达到0.1ms甚至更短。为了保持超声流量计测量的高精度，对电子时钟的测量精度有非常高的要求，因此要保证电子时钟不受外界电磁干扰。超声流量计采用自动增益控制有一定程度的抗干扰能力，抵御外界的电磁干扰和电子干扰。在超声流量计的安装和使用过程中一定要注意避免将其安装在电子干扰或电磁干扰的环境中，否则会使超声流量计的稳定性和精确性受到严重的不良影响。

1.1.2声学噪声

由于管路中的压力控制阀、管道内壁的不平整、插入式温度计、压力表等的影响，气体流过会产生一定的声学噪声，其中，管路中的调压阀是管路噪声的最大来源。超声流量计使用120-200kHz频率超声波，大大超出了调压阀60kHz为主的声波，有效降低了调压阀的影响。超声流量计可以检测环境中的噪声，通过自动增益来获取更准确的信号，从一定程度降低了环境噪声对测量准确度的影响。但是为了防止其他频率声波的干扰，一般将流量计安装在调压阀上游，并有不同撬体隔开，让超声流量计远离调压阀，从而大大降低了调压阀对超声流量计的影响。

1.1.3其他噪声

喧嚣的城市环境，往往会产生不同频率的噪声，各种噪声叠加，会对超声波流量计造成影响。一般将超声流量计安装在远离市区环境，并与相应的城市主干道有一定的距离，以防止噪声对超声流量计的干扰。

1.2振动因素

超声流量计是一种非常精密的测量仪表，在出厂之前都会经过严格的振动实验，以确定超声流量计在振动环境下具有稳定的性能。但如果将其长时间放置在振动的环境中，会对其性能产生严重影响，还会降低其使用寿命。因此，超声流量计在天然气计量中应当采取有效措施，远离振动的环境，从而保证超声流量计性能的稳定。

1.3环境温度因素

一般情况来说，环境温度过低或者过高都会在很大程度上对仪器的相关性能造成十分严重的不良影响，从而大大降低相关仪器的使用寿命[2]。对于超声流量计在天然气计量中的应用来说，丹尼尔超声流量计所要求的温度为-20℃至65℃。一般环境温度能够满足超声流量计要求，但是在某些环境比较恶劣的地区，必须要采取有效措施，防止环境温度过高或过低，对超声流量计造成不良的影响。可以在超声流量计的测量管上安装相关的防晒设施以及防雨装置，可以避免环境温度对超声流量计带来的不良影响。

2　超声流量计的管道配置要求

超声流量计在安装和使用过程中对管道的配置有较高的要求，主要体现在以下几个方面.

2.1上下游直管段的内壁要求

超声流量计上、下游直管道出现台阶或凸入物就会使被检测介质流态发生改变，从而使得测量结果出现较大的误差，要做好直管道的选择和检验，避免台阶或凸入物的存在。超声流量计以及管道内壁存在油污等附属物会使管道的实际内径变小，如果油污附着在超声波探头上，会改变超声波的传播速度，使传播时间变短，会对最终的测量结果产生十分不良的影响，必须要加强超声流量计以及管道内壁检查，及时清理并有效防止附属物的出现。

2.2直管道的长度要求

超声流量计是通过测定在实际生产过程中，流量计上下游的弯头、截止阀等会使被测介质的流动状态发生改变，会使测量结果发生变化。通常在流量计的上游和下游安装直管道来稳定介质的流动状态，达到降低测量结果误差的效果。一般来说，流量计上下游直管道的长度越长，测量结果的准确性就越好，上游的直管道长度达到直径的50倍，下游直管道长度达到10倍，测量结果就可以满足国内相关要求。

2.3双向流测量的管道配置要求

城市中的地下储气库或储气罐与城市配气管网之间就需要进行双向流量测量，即使用同一流量计对管道内气体正向输送和反向输送的流量进行测量[3]，使用超声流量计可以满足这一计量要求。在这种情况下，正向输送时仪表上游就是反向输送时仪表的下游，正向输送时仪表的下游就是反向输送时仪表的上游，必须要严格做好上游和下游的管道配置，正向测量和反向测量同等对待，才能保证双向流测量精度的要求。

3　超声流量计对管道内气体状态要求

管道内气体的清洁程度以及流动状态对超声流量计测量精确度有一定的影响，要安装过滤器和整流器来改善气体的清洁程度和流动状态，优化超声流量计在天然气计量中的应用效果。

3.1气体的清洁程度

气体中含有的固体和液体杂质等会附着在超声流量计探头上，影响声波的发射和接收[4]，特别是上游脱水装置使用的三甘醇，对超声流量计的影响最为明显。天然气在输送过程中，由于气体和管道内壁的冲刷、气体中的酸性组分和管道内壁的化学反应等会产生一定的固体颗粒会对超声流量计的计量产生影响；气体流动状态的改变，会发生少量的分解和聚合，产生一定量的液体、油污等，也会对超声流量计的计量产生相当程度的影响。因此，在流量计上游必须安装相应的分离装置，将气体中的固体、液体杂质分离开来。如果气体固体、液体比较多，则选用过滤分离器；如果气体较干净，则选用气体过滤器就可以满足相应的要求。

3.2气体的流动状态

超声流量计通过测量几个点的流动速率，使用固定模型的流动状态来计算来计算管道内的平均流速。上游的截止阀、弯头、插入式仪表等附件会影响气体在管道内的流动状态，会降低超声流量计测量结果的准确性。超声流量计上下游直管道的安装可以提高计量的准确性，但是由于上游直管道需求太长，不方便安装，可以在超声流量计的上游10D的地方安装气体流动状态调整器，使气体流动状态往期望的状态变化，从而提高超声流量计的计量精度，也大大缩短了直管道的最低要求长度。此外，超声波流量计也引入了“调整因子”，用于修正气体流量计算中流动状态对超声流量计测量结果的影响。

3.3气体杂质的影响

天然气中气体杂质含量过多也会对超声流量计的测量精度造成影响，比如说二氧化碳含量超过10％，会影响超声波在气体中的传播速度，还改变了管道内气体的密度，最终影响到超声流量计的测量精度。氮气，硫化氢等，含量过多也会造成相应的影响。

4　超声流量计的使用和维护保养

为了提高超声流量计在天然气计量中的应用，要做好超声流量计的安装，还要加强超声流量计的维护保养。

4.1超声流量计的安装

根据超声流量计的特点，超声流量计既可以水平安装，也可以垂直安装，还可以倾斜安装。另外，超声流量计的实际安装还可以沿着管道的轴线任意旋转。实际生产过程中，超声流量计的安装要注意把握好以下三方面的内容：第一，要保证超声流量计安装以后便于进行检测和维修。第二，要避免超声流量计受到气流以及积液的不良影响。第三，超声流量计在安装完成之后方便做维护保养。

4.2做好超声流量计的维护保养

4.2.1定期检测

定期检测是加强超声流量计使用维护和管理的重要手段，通过定期检测可以预防和消除超声流量计的很多故障[5]。根据国家相关标准设定合理的检测周期，并按时拆送到具有资质的检验单位进行检验，或者邀请具有检验资质的单位到现场对超声波流量计进行检验，并要求检验单位出具检验鉴定证书。

4.2.2定期检查

根据输送介质的清洁程度和人员配置，对超声流量计要进行定期检查，内容包括但不限于：检查探头连接是否松动，是否有漏气现象；检查信号处理单元各连接线连接牢固无松动；检查流量计自动增益值和噪声系数在稳定可靠的范围；检查并清洁超声流量计外表，防止受到腐蚀。

4.2.3小流量测试和切除

在关闭上下游阀门的情况下，管道内无气体流动，流量为零，但是由于气体分子的热运动，超声流量计会测出比较小的流量值，在流量计允许的误差范围内，使用小流量切除功能，将小流量值手动设置为零。正常情况下，这个小流量是在流量计允许误差范围内的值。如果流量计出现异常，这个值会超过流量计误差，这时候就要将流量计拆除并送到具有资质的检验单位进行检验。如果检验不合格，则必须送回生产厂家进行维修。

综上所述，超声流量计在天然气计量中发挥着十分重要的作用，我国逐渐将超声流量计应用到天然气流量的计量中，也同时开展了对超声流量计的性能的相关研究，逐步完善《用气体超声流量计测量天然气流量》标准。

掌握超声流量计在天然气计量中的应用方法，从超声流量计的环境要求、管道配置要求、对管道内气体流动状态要求以及流量计的使用和维护保养等四个方面出发，将超声流量计安装在合适位置，并配置过滤器、整流器和相应的直管道，提高超声流量计在天然气计量中的测量精度；做好超声流量计的维护保养，提高超声流量计的应用质量，延长超声流量计的使用寿命。

参考文献

[1]张树华.超声流量计在天然气计量系统应用中应注意的问题[J].石油工业技术监督,2006,01:32-34.

[2]周代兵,倪锐,于姝彦.超声流量计自诊断技术在天然气计量中的应用[J].石油工业技术监督,2014,01:28-30.

[3]刘长峰.天然气流量计量方法的研究[D].西南石油学院,2003.

[4]GB/T18604-2014,用气体超声流量计测天然气流量[S].

[5]公丕翠.天然气流量计量仪表及选择原则[J].工业计量, 2005, (S1).

关键字：超声流量计 天然气计量 应用