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超聲波天然氣流量計測量精度高，抗干擾能力強，可測量的介質(zhì)種類多，對氣質(zhì)的要求較低，流量計本身壓力損損耗小，測量量程較寬，超聲波流量計在貿(mào)易結(jié)算計量中的應(yīng)用越來越多。
1、超聲波天然氣流量計測量原理
超聲波脈沖在氣流中的傳播速度與氣體的流速存在對應(yīng)關(guān)系，超聲波脈沖在順流中的傳播速度比在逆流中的傳播速度快。順流傳播和逆流傳播的時間差越大，表示流量也越大。超聲波天然氣流量計就是利用這個原理進行設(shè)計的。在測量現(xiàn)場，上下游的超聲波換能器同時發(fā)射超聲波脈沖，一個與管道內(nèi)氣流方向相同，另一個方向相反。2 束超聲波脈沖將以不同的傳播時間到達對應(yīng)的接收裝置。脈沖傳輸距離相同但傳輸時間不同，反映出管道內(nèi)氣體流速的大小。超聲波流量計由表體，信號處理裝置，換能裝置和流量計算機組成，高精度氣體流量計一般采用交叉反射方式布置聲道或采用平行對稱方式布置聲道。
隨著測量精度和需求的不同，常選用3 聲道、4 聲道及目前zui高的5
聲道產(chǎn)品。
2 管路安裝及投運要求
2.1 管路安裝
目前，對超聲流量計安裝要求的試驗研究還十分有限，《用氣體超聲流量計測量天然氣流量》（GB/T18604-2001）中也僅是給出流量計上、下游zui短直管段長度的推薦值，即上游工藝條件較理想，管道內(nèi)氣體單向流動時，要求上游直管段長度要大于10 倍內(nèi)徑（用10D 表示），下游直管段長度應(yīng)大于5D。管道內(nèi)氣體雙向流動時，要求上、下游的直管段長度都應(yīng)大于10 倍流量計內(nèi)徑。
根據(jù)國家自然科學基金青年基金資助項目（編號:50809075）的研究成果[3]，DN100 超聲波流量計在無整流器的管路結(jié)構(gòu)中，其上游匯管進出口錯開時較匯管進出口相對時對下游的擾動強約3 ～5 倍，實驗表明，匯管進出口相對且無整流器管路的流量計前直管段安裝長度至少為19 倍管徑，在有整流器的管路結(jié)構(gòu)中，經(jīng)整流器劇烈混合后的天然氣在匯管進出口相對與錯開兩種管路的情況下流動10 倍管徑距離后恢復均勻，擾動明顯減弱。在上游匯管進出口錯開的管路結(jié)構(gòu)的擾動情況明顯強于匯管進出口相對管路，匯管內(nèi)的天然氣會因管路結(jié)構(gòu)、速度等因素的變化產(chǎn)生擁塞、回流，使天然氣的擾動增強、分布不均勻，甚至發(fā)生匯管出口冰塞, 但經(jīng)過整流器的整流后，流量計處的擾動已幾乎消除，但實驗并未明確表前直管段長度。
筆者認為，以上實驗僅代表個例，不能以點帶面，很顯然大口徑管道內(nèi)的氣體流態(tài)與小管徑管道不同，流量計的流動狀態(tài)，要通過群體性實驗數(shù)據(jù)獲得，實驗的費用很高，制約了成果深化，設(shè)備選型及安裝主要依據(jù)廠家的意見確定。
超聲天然氣流量計表體安裝各廠家要求不同，一般應(yīng)保證表體水平安裝，有的還應(yīng)將表體法蘭上定位銷孔與上、下游直管段相應(yīng)銷孔對齊，同時要求上下游直管段必須隨表定制。安裝時應(yīng)留有足夠的檢修空間及比對管路。超聲流量計的內(nèi)徑、連接法蘭及其緊鄰的上、下游直管段應(yīng)具有相同的內(nèi)徑，偏差應(yīng)在管徑的±1％以內(nèi)；與超聲流量計匹配的直管段，其內(nèi)壁應(yīng)無銹蝕及機械損傷，應(yīng)除去超聲流量計及其連接管內(nèi)的防銹油或沙石灰塵等物。使用中也應(yīng)隨時保持介質(zhì)流通通道的干凈、光滑。
對單向流測量，應(yīng)將溫度計插孔設(shè)在超聲流量計下游距法蘭端面2-5D之間；對雙向流進行測量，溫度計插孔應(yīng)設(shè)在距超聲流量計法蘭端面至少3D 的位置。
2.2 超聲波流量計的現(xiàn)場安裝
流量計正式運行前應(yīng)按國標進行標定或?qū)嵙餍省z查各種信號線電源線是否連接牢靠。溫度傳感器、壓力探頭和法蘭連接處不能有泄漏。按照系統(tǒng)接線圖檢查所有連接點。注意流量計zui大流速限制，流量計在正式使用前要求進行零流量檢測，如果現(xiàn)場沒有條件應(yīng)進行工況條件下的測試（首先關(guān)閉流量計的上、下游閥門，管道內(nèi)氣體呈靜止狀態(tài)，當氣體溫度相對穩(wěn)定后再讀流速測量值，且要求每個聲道記錄時間不少于30s，讀數(shù)值應(yīng)小于12mm/s）。
3、故障檢查與處理方法
3.1 無流量數(shù)值顯示
故障分析：可能原因是電源連接線和信號線纜、連接接頭存在斷路或接觸不良現(xiàn)象，換能裝置或顯示單元損壞。
處理方法：查看設(shè)備故障代碼表，逐步檢測落實；檢查線纜、接頭
連接情況，確保連接正確可靠；查看換能裝置或顯示單元是否損壞，按要求更換損壞器件。
3.2 測量容許誤差超標
故障分析：管道的運行狀態(tài)以及流量計的安裝有可能沒有達到設(shè)計要求；管道內(nèi)壁存在銹蝕情況或者管道內(nèi)潔凈程度不達標；流量計兩端的直管段長度沒有滿足安裝要求；氣體組分發(fā)生了變化等。
處理方法：去除附著物或更換管道；管道內(nèi)出現(xiàn)堆積物時被測流體的截面積變小，測量的流量偏大，要去除堆積物或更換到其他地點安裝；氣體組分變化是否較大，尤其是硫化氫、二氧化碳等重組分變化是否較大等。
3.3 在靜止狀態(tài)下，流量數(shù)值不為零
首先應(yīng)檢查流量計閥門是否確實關(guān)閉；管道內(nèi)是否存在氣體對流；初始參數(shù)是否正常。
處理方法：確定閥門*關(guān)閉；大口徑管道內(nèi)部空間較大，管道內(nèi)氣體可能存在較大溫差，有可能產(chǎn)生管道內(nèi)對流，可以通過適當調(diào)整靜止狀態(tài)零點參數(shù)來解決。
4、實際應(yīng)用案例
案例：某長輸管道輸氣站采用DN250 的超聲流量計，進行計量后向省管網(wǎng)供氣，zui大工作壓力為10MPa。進站壓力為5.4MPa，出站壓力為2.5MPa，流量計安裝正確。投產(chǎn)初期，發(fā)現(xiàn)流量計計數(shù)與下游管網(wǎng)首站同類型超聲流量計偏差超過10％。由于投產(chǎn)前用水作為試壓介質(zhì)對管道進行了通球清管。試壓、清管結(jié)束后未干燥*，管道內(nèi)殘留部分濕空氣。站內(nèi)管道裸露在空氣中，且輸氣壓力較高，導致管道內(nèi)積水結(jié)冰。通過注醇、在裸露管道上增加保溫層、清管，降低了天然氣的
水露點，提高管內(nèi)氣體溫度，減少了管道內(nèi)積水，有效解決了冰堵，使流量計測量誤差控制在雙方商定范圍之內(nèi)。
5、實際生產(chǎn)應(yīng)用中的注意事項
（1）使用超聲波流量計應(yīng)保持超聲波探頭清潔，信噪比如果太接近界限值，計量誤差會很大，表體前后的直管段清潔程度也會影響計量結(jié)果。
（2）用于貿(mào)易結(jié)算的超聲波流量計以及相關(guān)的二次儀表，應(yīng)該依據(jù)相關(guān)要求按一定周期檢定。
（3）如果管道內(nèi)氣體溫度太高（100℃以上），或在大口徑管道中氣體壓力極低（低于0.1MPa），流速也極低（小于0.5mm/s）情況下，超聲波流量計不適用。
（4）多氣源混合產(chǎn)生的差值，可使用在線式色譜分析儀，對天然氣組分含量進行監(jiān)測，并實時上傳數(shù)值，修正誤差提高檢測精度。
天然氣流量計 天然氣計量表 壓縮天然氣流量計 液化天然氣流量計
