天然气计量中超声波流量计的实践分析

朱峰

摘 要： 目前的天然气计量中应用最为广泛的就是超声波流量计，而超声波流量计的使用需要严格的操作流程和规范，本文对超声波流量计的影响因素进行了详细的分析，主要有噪声、脏污堆积以及温度和压力等，这些因素会严重影响超声波流量计的准确性和稳定性。本文在分析这些影响因素的基础上，提出了与之相对应的应对措施，并且对超声波流量计的检定进行了简要地介绍，希望能够对超声波流量计在天然气的计量工作起到一定的促进作用。

关键词： 天然气；计量；超声波流量计；噪声；脏污；检定

前言：随着社会经济的快速发展，天然气的需求量增长呈现出爆发性的趋势，从而对天然气的计量提出了更高的要求。超声波流量计计量是天然气计量中应用最为广泛的计量方式，特别是在大口径、长距离的天然气运输管道计量工作中，其具有可靠性强、适应性强、操作简单且投入低、较稳定和效率高的优点，特别是在《用气体超声流量计测量天然气流量》发布后，超声波流量计得到了更加广发的应用。超声波流量计工作原理是通过时间差来进行测量，即在天然气的运行管道上安装一对用于接收超声信号的超声换能器，然后对气体流速进行测量，用测量的气体流速乘以超声波剂量计的截面积，两者的乘积就是管道内的天然气流量，但是这样计算得到的数据还不够准确，需要再结合温度、压力等影响因素进行修正，从而得出更加准确的流量数据。

一、超声波流量计在天然气计量中的影响因素

天然气计量中超声波流量计由于其工作原理的原因，导致会受到噪音、脏污、温度以及压力等的影响，使得计量中会出现一些不准确的情况，下面将对这些影响因素进行分析。

首先是噪声的影响，在天然气计量中噪声的来源可能是流过天然气管道的高速气流，或者突出的探头，以及整流器，另外流量调节阀或者压力也会产生噪音。噪声给天然气计量带来的误差最高可达2%，严重影响着天然气计量的准确性和稳定性。

其次是脏污的影响，天然气中会含有水、油以及硫化铁粉末或者其他的一些脏污，带有脏污的天然气在流过超声波流量计时，这些脏污会慢慢地在管道内壁和超声波探头上堆积，从而影响超声波流量计的计量准确性。

最后是温度和压力的影响，超声波流量计系统的主要组成部件有流量计、温度变送器、压力变送器以及流量计算机和在线组分分析仪等，因此在进行天然气计量时将组分和压力以及温度进行输入，就可以通过流量计算机将工况流量转换计算成用于贸易的体积量。所以，压力和温度一定要测量准确，才能保证计量的准确性。

二、超声波流量计在天然气计量中应该注意的问题

目前超声波流量计在我国的天然气计量中尤其是大流量的天然气计量中得到了广泛的应用，但是要保证超声波流量计计量的准确性，需要充分考虑各种影响因素，上文对超声波流量计在天然气计量应用中的影响因素进行了分析，下面将就这些影响因素的应对措施进行研究。

首先是噪声，超声波流量计是通过管道中的一对超声波换能器之间的时间差进行计量的，因此超声波脉冲信号的准确性直接关系着计量的准确性。而天然气运输中的噪声会影响超声波换能器的接收准确性，从而导致计量的误差。因此，为了提高计量的准确性，必须要减少天然气运输中的噪声。例如在对于超聲波脉冲测量换能器安装位置的选择要避开管道的弯头部位，另外还要选择抗干扰能力强的接收器，将噪声的影响降到最低，保证超声波流量计的计量准确性。

其次是管道配置，超声波流量计对天然气进行计量时，管道中的一些门阀以及汇管等部件会使天然气产生流速畸变，从而导致计量误差，而且其畸变程度和超声波流量计的修正能力决定了误差的大小。因此要降低这些部件对天然气流速的影响，一般情况下计量区域内的管道都是直管道，而且直管道的长度越长，超声波流量计的计量准确性越高，也更加可靠。目前对于管道的直管道最低长度在标准《用气体超声流量计测量天然气流量》中进行了明确的规定，主要分为四种情况，一是没有安装整流器的多声道气体流量计上游直管段的最短长度是10D，下游是5D。二是不安装整流器的单声道气体超声流量计其上下游的最短直管长度非常复杂，具体又分为8种形式，详细的规定可以参照标准。三是安装了流动调整器的，其安装位置和管道长度要符合生产厂家的要求。四是现场安装条件不能满足的时候，可以进行实际模拟，确保误差小于±0.3%。当然除了对长度有规定之外，对于直管段的质量也有要求，例如在直管段的铺设时要避免管道内有凸出物，因为凸出物会影响超声波流量计的计量准确性。

最后是脏污，天然气中含有的水、油和硫化铁粉末等脏污在通过天然气管道时会慢慢在管道内壁和超声波的接收设备上堆积，这些脏污的堆积会使得天然气的运输管道内径逐渐变小，导致超声波流量计的读数增大，另外脏污的堆积也会使得天然气的运输管道内壁越来越粗糙，而粗糙的内壁会使超声波脉冲信号出现反射衰减现象，导致计量出现误差。另外脏污的堆积还会减少超声波的传输时间，导致计量结果偏大。所以要减少脏污的堆积，需要对天然气的质量进行检测，同时定期进行管道清理，根据天然气的质量确定清理的次数，质量较差时要增加管理清理的次数。在进行管道清理的时候可以使用排污池以及增设旋风分离器，解决管道排污时压力大、容量大的问题，同时旋风分离装置还可以确保脏污不会进入下游管道，提高排污质量。

三、天然气计量中超声波流量计的检定

超声波流量计要对天然气流量进行准确计量，就必须要保证流量计的状态正常，因此要定期对超声波流量计进行检测。而对超声波流量计进行检测首先需要选择有资质的检定单位，目前我国具有检定资质的单位主要有国家石油天然气大流量计量站、国家站成都以及重庆天然气分站等。目前超声波流量计的主要检定方式有在线实流检定和离线实流检定。一般情况下，要对超声波流量计进行在线实流检定需要的设备和运行环境都有很高的要求，而这些条件的满足是比较困难的。目前我国的天然气超声波流量计检定主要还是采用的离线实流检定，但是在线实流检定具有准确度高和送检成本低的优点，因此在未来的检定工作中在线实流检定是必然的发展趋势，而且在一些交通条件比较好的地方已经实现了在线实流检定。目前《超声波流量计检定规程》中对超声波流量计的检定周期进行了详细地规定，例如在超声波流量计如果具有自行诊断和报警的功能的话，对于超声波流量计的检定周期可以从一年延长至六年。因此，目前超声波流量计的研究机构都在对其诊断和报警的技术进行研究，这种影响会延长检定周期，降低检定成本。

总结：

超声波流量计具有测量范围宽以及安装简单，同时不会因为节流装置的几何尺寸变化而对流量计的特征产生影响，使得其在天然气的计量中出能够获得更加长久的发展。但是超声波流量计会受到环境的影响，例如噪声、脏污的堆积以及温度和压力等的影响，这些因素会影响超声波流量计的计量准确性。同时对于这些影响因素，本文提出了一些应对措施，并对超声波流量计的检定进行了一些介绍，希望能够对超声波流量计在天然气计量中的应用起到一定的帮助。■

参考文献

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[3]丁晓锋.气体超声波流量计在天然气测量中的应用[J].石油化工自动化，2014（03）：46-48.