超声流量计在天然气计量中的应用研究

【摘要】作为一种清洁能源，天然气在世界范围内受到推广，相应的计量工作也显得尤为重要，必须对其进行准确计量。超声流量计精确度高、压力损失小，是目前较为常用的一种天然气测量仪器，本文对其特点、原理做了简单介绍，并分析了其在天然气计量中的应用。

【关键词】超声流量计；天然气计量；应用研究

0 引言

天然气是当前最为环保的能源，在今后发展中必将占据主导地位，其计量工作对天然气的整个开采工程有很大影响，关系着企业的经济效益。在天然气计量方面，有容积式流量计、漩涡流量计、差压式流量计和超声流量计等。随着技术的进步，超声流量计不断得到改善，测量的精确度高，具有良好的重复性和较强的抗干扰能力，同时对气质要求低，压力损失小，在天然气工业中得到大力普及应用。

1 超声流量计及其原理、特点

1.1定义

超声流量计是通过检测流体流动对超声束或超声脉冲的作用来测量流量的仪器，流通通道没有阻碍，在测量比较困难的情况下较为适用，尤其是大口径的流量测量，更能发挥优势。该测量仪器有两个关键的组成部分，一是超声换能器，二是转换器。其测量原理为，在声音信号传递的过程中，会受到管道内的介质的影响，介质的流动速度决定着两个传感器间声音信号的输送时间，且一般说来，通过上游的时间要多于下游，时间差与流速呈正比。

1.2计量方法

超声流量计的计量方法主要有以下几种：①时差法，顺逆传播时，由于传播速度不同，会造成时间差，以此来计算流体的速度。一声音信号在两个声波发送器和接收器之间传递，与管道成一夹角，传递至下游的声波在流体作用下速度加快，而上游则被延迟；②相位差法，时差常会引起一定的相位差，通过对其计量来实现流速的计算。声波束沿管道轴线方向被传递，受流体的影响，会向下游有所偏移，便宜的骷髅和流速呈正相关；③频差法，超声波在传递中，若流体不均匀，声波会出现散射现象。一旦流体和发送器之间存在相对运动，发送的信号和被流体散射后接收到的信号之间会产生多普勒频移。

1.3特点

该仪器在天然气测量，尤其是压力较高、口径较大的测量，压力越高，测量的精确度也就越高，国内外许多天然气站或者大型管道都采用的水气体超声流量计；量程通常比较宽，内部没有阻碍，不会出现磨损和压力损失状况，能够节约管道的相关费用；超声流量计有其自身的结构特点，受气体的流向影响小，有利于双向流量计量的进行，维修量较小。

2 超声流量计在天然气计量中的应用

在不断改进下，超声流量计的应用范围越来越广，在水利检测、工业生产等领域都有应用。其测量精度虽然很高，但是管道安装复杂多样，使其稳定性和可靠性有所降低。除此外，在应用中还会出现一些使用故障，需及时进行处理。

2.1影响因素

①管道中的部件和阀门较多，容易产生噪音，噪音的频率一旦接近超声流量计正常工作的频率，势必会影响频率的接收，讯号传递的时间差的精确度也将有所降低，不利于天然气的测量。相关资料显示，在某些环境下，噪声对流量计的测量精确度及重复性危害很大，高达2% 。为削弱噪音产生的不利影响，在设计时，应尽量达到无障碍、无弯头的标准；流体要想保持均匀稳定，调节阀应尽量安装在下游；在选择计量计时，从优质厂家购置，保证具备较强的过滤能力，提高脉冲的接收能力。

②在天然气计量中，若上下游有阻力存在，会对天然气的流动状态造成一定程度的影响，从而使测量的误差增大，误差的大小和速度分布畸变的程度等因素有关。为保证天然气处于一种正常的流动状态，常见的做法是在上下游安装一段直管道，且直管段越长，测量效果越是显著。据国家相关规定，直管段应有最低限制，如果没有安装整流器，上游最短应设置为10D，下游则为5D。此为一般情况，若条件较为复杂，上游设置10D是不够的，应设置为20D。若安装整流器，相应的配管长度需结合实际试验确定。

③另外，若天然气中带有油渍或脏水等污染物质，在超声流量计中流动时，流量计的管内壁会粘附脏物，从而影响到测量，首先，管道内的实际空间缩小，测出来的流量会显示偏大；其次，管内壁的粗糙度会有所增加，以致于声音讯号在反射中散射，甚至衰减，不利于流量计的测量精确度。脏物还有可能出现在超声波探头上，减少超声波的传输时间，以致于读数和实际有误差。为避免这些现象，应定期对天然气的质量进行监测，若有脏物应及时清理，当前多使用相关监测软件，来监测计算管内壁脏的程度。

④在长期的使用中，流量计中的电子元件难免出现老化、性能下降等情况，从而引起计量误差的出现，在维护中需对此加以重视，需专业的技术人员亲自检查，进行现场维修。除了关键部件，其他外部设备的维护也尤为重要，如压力变送器、一体化温度变送器等，与测量的准确度关系密切，应做好相应的检定维护工作；外设电源系统对超声流量计的运行状态和使用寿命有很大影响，应保证其稳定性和安全性；另外，线路出现问题势必也会影响到计量的温度、时间等，从中可知，每一个环节都发挥着不可代替的作用，需加以重视，才能保证整个系统的完整。

2.2故障与处理

①在测量过程中，有时天然气处于正常的流动状态，但是流量计没有显示，出现这种状况，可能是显示单元损坏所致，也可能是保险丝被烧断造成，重要接口接触不良或不牢固也会出现此状况。因此，在测量之前，应做好各项检查工作，保证控制器的显示没有故障代码，若有，应及时调整；用专业的欧姆表对接口和保险丝进行测定，有不合格者，需及时更换。

②测量中难免会出现误差，但误差应控制在最小范围内，若误差偏大，则有可能是管道状态不合标准，管内有堆积物或管内壁粘有脏物等造成。为缩减误差，需对管道的材质、管内壁、以及管壁厚度等仔细检查，保证符合标准；若管内壁粘附脏物或锈蚀层，内径面积将减少，从而引起误差，应根据具体情况进行清理，如有必要，更换管道；管道内有堆积物时，要么将其清除，要么更换到其他地点安装；直管段应符合天然气的均匀流态。如果还不能解决问题，应检查流量计的调整和存在问题。

③ 从理论上讲，当天然气处于静止状态时，超声流量计的显示应该为零，但有时会显示不为零。造成此状况的原因很多，如阀门没关紧，管道内出现对流现象，流量计的零点设置存在缺陷等。在维修检查中，应注意阀门是否关闭到位；管道内的温度应保持一致，否则易引起对流现象；当天然气处于静止状态时，应对零点进行适当调整。

3 结束语

从上述分析可知，超声流量计凭借其较高的精确度、结实耐用、维护工作量小以及量程笔宽等优势在许多领域都得到应用，尤其在天然气的测量工作中发挥着举足轻重的作用，有利于提高天然气的计量水平，值得推广。在计量过程中会有一些影响因素，需注意及时解决，并不断完善，使其得到更好地应用。

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