浅谈气体超声波流量计在天然气流量计量中的应用

摘 要：气体超声波流量计在使用过程中具有使用范围广、便于安装、容易维护、影响因素少、准确程度高等优势，因此，被广泛应用到天然气计量中，本文在简述气体超声波流量计工作原理的基础上，对流量计运行中可能产生的变化进行分析研究、报警及补偿;气体超声流量计的广泛应用证明了其在天然气流量计中应用的合理性和可续行，有助于提高天然气流量计量水平。

关键词：气体超声波流量计;天然气流量计量

在天然气计量领域，流体流量的监测和管控是每个行业强化能源管理、物料管理，以及在物资交换过程中、财务结算过程中、效益评价和分析过程中、企业决策过程中的重要依据，同时也是对生产过程进行实时监控，确保生产活动高效、稳定、安全运行的重要方式，科学选择流量计无疑成为工程设计环节的重要内容，在选择过程中，要考虑到准确程度、可靠程度、自动化程度以及及时程度等方面。为了最大程度上满足计量要求，长期以来，业界一直致力于测量原理的研究分析，并获得了一定成效，研发了十几种不同类型、不同工作原理的气体流量计，在此，我们可以根据测量原理的不同，简单的分为质量式、差压式、速度式以及容积式。这些流量计的工作原理和结构模式都是相互不同的，既有自己的独到之处，同时在某些方面也都有局限性。为了实现最佳的测量效果，在实际工作中，需要根据不同的应用场合和不同的工程项目的具体特点，选择不同类型或者不同型号的流量计。

1 气体超声波流量计的工作原理和具体特点

时差发流量计在运行过程中，利用两个相向的传感器，收发超声波，每一个传感器都具有信号发射以及信号接收功能，超声波声脉冲能量在管壁、流体中，以一定的角度在两个传感器之间相互传播;流体流速会在一定程度上影响到超声波声脉冲在两个传感器之间的传播，从上游传感器向下游传感器，声速度和流体速度混合而变快，从下游传感器到上游传感器，声速度中抵消了流体速度而变慢，造成上游和下游传播时间的净时间差和流速成正比例。由于时差法测量系统不存在内在惯性，所以时差法流量计有很强的灵敏性，同样适用于低流速和低流量。

2 气体超声波流量计计量系统方案

以位于巴彦淖尔市的恒泰公司为例，在该企业的3*105m3/d液化天然气项目规划中，流量根据2*104m3/d来计算。

利用一台10.16cm的气体超声波流量计作为项目计量仪表，设计管路根据《用气体超声波流量计测量天然气流量》的相关要求设计实施的，安装方法是前10D、后3D的直管段，在前10D直管段前设计安装整流盘，在流量计下游2-5D处安装设计温度仪，以确保流量计的计量精确性。在材料选择上，也要严格根据使用要求和相关标准，选择专业的生产厂家。除此之外，计量管路还要设计安装温度、压力检测变送器，对温压进行及时补偿，提高气体的测量精确度。

此外，该方案中还添加了计量管路专用的流量计算机——SUMMIT8800，它能够根据用户的个性化需求进行设计，能够显示流量趋势以及压力、温度检测的相关数据信息。通过菜单驱动触摸屏或者前板面的导航器，完成菜单机构的灵活使用。

在实际应用过程中，SUMMIT8008基础上的信号连接，可以将天然气流量信号通过RS——485标准Modbus协议精确的传递到DCS，不仅方便了用户的使用，同时也使数据采集变得更加便利。

3 气体超声波流量计的使用优势

就目前来看，全球范围内的天然气计量流量计主要可以分为三大类型，分别是超声流量计、涡轮流量计以及孔板流量计。第一，涡轮流量计。它在使用过程中很容易受到流体流动性质以及介质物性的影响，另外最大的不足是越是要求精度高，其影响程度越大;例如：由于介质脏污、结垢，导致叶片或者通道发生一定改变，流量计的特性也会随着发生或大或小的变化，或是由于轴承磨损导致特性改变。流体流动特性有流体脉动以及层流速度分布的影响，需要在实际运行过程中始终保持仪表校验时参比流动条件，只有这样才能确保仪表系数不会发生变化，否则需要进行在线校准或者相应的修正，以获得实时的、真实的流量计特性。第二，孔板流量计。它的主要使用特点在于机构容易复制、操作简单牢固、工作性能稳定性可靠性强、能够长期使用、价格相对低廉，孔板流量计主要由差压变送器、节流装置和流量显示仪或者流量计算机等几部分组成。孔板流量计输出的数据信号属于模拟信号，其特征为重复性小、范围窄、压损较大等。另外，其不足在于现场安装步骤繁杂，对技术要求程度高，影响其工作性能的因素多种多样，难以预测，因此其精确度的提升有很大难度。第三，与涡轮流量计以及孔板流量计相比，气体超声波流量计具有以下优势：没有阻碍物、没有可动部件、没有压损、没有示值偏移的现象，使用范围宽，不会受到气体压力以及温度、组分变化的影响，不会受到气体里固体颗粒或者液滴的影响，另外，其重复性良好、运行精确度高，采用了分布合理的多反射专利技术。

4 气体超声波流量计在实际应用中的注意事项

气体超声波流量计在计量天然气流量时确实有很多其他流量计不可比拟的优势，但是在具体使用过程中也要特别注意以下几个问题。

4.1 正确选择气体超声波流量计的型号。任何一种流量计都有自身的检测范围，气体超声波流量计虽然检测范围很大，但是为了确保工作精确度，在选型时还要充分考虑到天然气管道内的流速，尽可能的避免出现超低限或者超高限运行的现象。同时在选用气体超声波流量计时，还要考虑声波干扰源等因素，如果设备的超声波频率或者超高频率的噪声和气体超声波流量计的工作频率十分接近，就会在一定程度上影响到超声波流量计。

4.2 对气体超声波流量计进行正确安装。正确安装是确保气体超声波流量计正常运行的关键，在实际工作中，要使安装流程严格根据相关标准和相关要求来展开。气体超声波流量计应该保持水平安装，在天然气含液较多的部分，计量管段要高于上下游管道，确保凝析的液体能够顺利被带走。对于部分含有固体粉尘的天然气需要设计安装过滤器，避免因换能器表面沉积物而出现计量故障的发生。

4.3 对气体超声波流量计进行定期维护。在气体超声波流量计具体使用过程中，需要维护的情况很少，到那时在气质条件比较差的情况下，需要对气体超声波流量计的换能器进行定期的检查、清理，确保没有杂质和水垢残留，同时还要检查气体超声波流量计的连接件，确保其没有发生泄漏，检查连接线路是否正常，检查零流量检测是否能够正常工作等等。

4.4 及时进行诊断测试。一旦气体超声波流量计出现流量变动，需要采用对比校对的方法，查找故障原因，确定是因为仪表故障造成的，还是确实是天然其流量发生了变化。如果没有其他流量进行对比，需要根据气体超声波的换能器工作参数进行检查。在超声波流量计使用数量较多的场合，还应考虑外夹式超声波流量计的因素，便于对固定超声波流量计进行校核。

5 结束语

气体超声波流量计使用范围广泛，在使用过程中具有便于安装、容易维护、影响因素少、精确程度高等特点，受到广泛青睐，逐渐成为天然气项目中不可缺少的流量仪表。伴随着天然气项目的持续发展、不断进步，气体超声波流量计被广泛的应用到天然气贸易交接计量中，使天然气行业获得长足发展，同时也渐渐被用户所接受。

参考文献：

[1]邬金鹏.时差式超声波流量计的应用技术[J].企业科技与发展，2010（02）.

[2]杨帆.我国天然气计量技术现状及发展趋势[J].中国计量，2010（01）.

[3]张家香.浅谈超声波流量计的安装对测量误差的影响[J].科技信息，2010（06）.

[4]王敬章，刘廷富，聂靖霜，刘清友.多声道超声波流量计在“中—土”天然气项目贸易计量中的应用[J].天然气工业，2010（05）.