Daniel气体超声流量计计量特性与误差分析探讨
时间：2022-05-12 05:20:53
【摘要】文章通过分析天然气计量的超声流量计（时差法）计量原理、计量特性，从超声流量计计量的软件设置，现场运行等方面入手，进行系统误差分析探讨，并提出了一些有针对性的提高或保障计量精度的措施，希望通过这样一种方式，能有助于超声流量计在天然气计量现场中得到更好的应用。
【关键词】超声流量计 计量特性 误差分析
气体超声流量计计量系统主要由超声流量计本体及配套使用的流量计算机、压力变送器、温度变送器等组成，同时还需要能提供气质组分的在线气相色谱分析仪，可实现标况体积、工况体积、质量、能量四种计量方式，我国目前天然气贸易交接计量主要还是采用标况体积计量，本文所分析探讨的误差也是基于标况体积计量。
气体超声流量计有无节流件压损小、量程范围较宽、精度高、可动部件少、安装简单等优点，很适合大流量、高压力的交接计量，与目前常用的孔板、涡轮流量计相比，精度受气质、流态的影响小，日常维护也较少，可广泛应用于长输管线、输配管网、气体处理厂、压气站等场合，但价格也相对较高。
2.1 软件设置产生的误差因素
2.1.1气质组分设置因素
对于标准体积交接而言，在流量计算机内组分设置不准确，会改变气体相对密度的大小，从而改变计量准确度。建议在进修修改组分时，一定要审查下各组分最终累加值是否为100%。一般在技术人员输错某项组分的情况下，各组分最终累加值也将偏离100%总数。
2.1.2仪表量程设置因素
较常见于更换仪表时，新更换的压力变送器或温度变送器量程与流量计算机内相应设置的量程不相符，而技术人员又疏于及时调整，导致流量计算机内显示的压力或温度与现场实际严重不符，流量计量是通过流量计算机内计算出来的，此类因素对计量精度影响颇大。建议，对于此类问题，技术人员在定期检验更换仪表时一定要注意检查新更换仪表的量程与系统设置量程要相符，不相符则需及时调整。
2.1.3标准计量条件设置因素
我国规定的天然气标准计量参比条件为20℃，101.325KPa，设置有出入时会对标况体积计量精度长生影响。一般而言，厂家在出厂时已设置好，在仪表投用前技术人员检查确认下就好。
2.1.4通讯设置因素
主要是现场与流量计算机之间的数据传输通讯要正常，压力、温度及超声流量计现场信号能及时传输到流量计算机当中，三方面任一个通讯发生故障，数据采集不上来，都会对计量产生影响。
2.1.5压力、温度数据采集模式设置因素
主要是注意维护模式还是测量模式的问题，维护模式下压力、温度是定值，测量模式下是采用现场数据。
2.1.6小流量切除设置因素
小流量的切除，要符合现场实际，流量计是否发生零漂，切除过大，也会产生影响。
2.1.7还有些是超声流量计出厂时或厂家设置好的一些参数
比如超声流量计的声道长度、声道距离等几何尺寸设置、速度分部校正系数等相关系数设置、延时设置等等，一般情况下是不允许技术人员随意修改的，笔者以上列出了较常见的几类软件设置影响计量误差问题。
2.2 现场运行过程中的一些误差因素
2.2.1气质组分脏污引起的误差因素
含水、硫化铁粉末或其他脏污的天然气流过超声流量计时，脏污逐渐堆积在流量计表体管道内以及超声波探头上，可能会影响超声流量计的准确度，其影响主要有以下三个方面。
（1）减小了流量计表体的有效内径，流量计读数偏高。但如果流量计内壁有较明显的腐蚀，经过清洗后，流量计的内径就会增大。由于流量与内径的平方呈正比，因此，流量计测量出的流量将小于实际流经流量计的流量，造成流量计的读数偏低。建议及时清除污物，如果流量计内径因腐蚀而产生变化时，需及时与专业人员联系，再实测值修改相应参数。
（2）脏污在超声换能器表面堆积缩短了传输时间，从超声流量计工作原理可以看出，对计量会产生一定的影响。超声换能器是把声能转化成电信号和反过来将电信号转化为声能的元件。建议根据气质状况，定期对换能器进行清洗，但清洗完后换能器不允许互换。
（3）配套直管段的表面粗糙度变化引起流速分布的变化，从而影响流量计的准确度和稳定性。超声流量计支前后直管段一般是厂家配套带的，其内壁经过特殊光滑处理，对流体流态影响小。但如果气质含腐蚀成分较多时，日久会使管壁表面变粗糙，影响流量计的准确度和稳定性。
2.2.2硬件故障因素
一方面是信号放大器因素，某个通道的信号放大器失效，会严重影响该通道计量准确度。济南管理区泰安站曾发生过信号放大器烧毁事件，导致该通道计量准确度严重偏离。一般建议采取临时交换连线的方法确认具体故障原因，例如声道A不正常，可以将超声换能器连接线B1和A1互换，B2和A2互换，互换后如果出现声道B不正常则表明信号放大板故障需要更换，如果还是声道A不正常则表示可能A超声换能器故障，可以将该超声换能器拆下进行清洗后再测试，如果问题依然存在则需要更换超声换能器。另一方面是换能器因素，日久运行换能器也会老化受损，导致计量出现偏差，也可采用上述方法进行判断。
2.2.3低/超量程运行因素
济南管理区气量交接过程中曾发生过超声流量计超低压、低流速运行情况，超低压运行时计量准确度降低，有时甚至会出现不计量情况，因为超低压时声道可能会发生报警，当同时有两个以上声道发生红色报警时，超声流量计便不再计量（因设置而言）；超声流量计低流速运行时间长，同样降低计量准确度，在与用户交接时，对方采用经检定在有效期内的旋进旋涡流量计，此类流量计受低流速运行影响相对较小，当低流量运行时，在将两者小时数据对比及流量计运行曲线分析时，两者偏差较大。超声流量计更适用于大流量、高压力的气量交接，日常运行过程中，应尽量避免低/超量程运行。
3 结论与建议
在实现济南管理区超声流量计系统的准确计量、减少误差工作中，首先要加强管理，提高计量人员及技术人员的素质和责任心，完善的管理、过硬的业务素质及良好的责任心可有效减少软件设置过程中产生的误差影响因素，同时对于现在运行过程中出现的一些误差因素也会及早发现处理；其次配套二次计量仪表的选用应符合GB/T 18603-2001《天然气计量系统技术要求》相关规定，超声流量计的安装使用要符合GB/T 18604-2001《用气体超声流量计测量天然气流量》相关要求；三是加强计量系统日常检修、维护保养工作，可有效延长系统使用寿命，减小计量误差；四是技术人员宜定期采用CUI及相关诊断软件，对超声流量计运行情况进行增益值（Gain）、信号质量（Signal Quality）、信-噪比（SNR）、流速特性（Velocity Profile）、声速（Speed of Sound）等参数检测，便于及早发现、判断流量计运行中的一些误差干扰因素。由于作者水平有限，不足之处，欢迎大家指正，共同交流！
参考文献
[1] 蒋大旭， 郑开银.天然气自动计量教程[M].中国计量出版社，2004
