本文依據(jù)目前國內(nèi)外流量計(jì)應(yīng)用現(xiàn)狀，對(duì)管道安裝、噪聲干擾、溫度及壓力測量、臟污堆積等對(duì)超聲流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)性能有影響的因 素進(jìn)行分析探討,促進(jìn)超聲流量計(jì)在現(xiàn)場的推廣和普及。

前言

超聲波氣體流量檢測技術(shù)是近年來流量檢測領(lǐng)域的一個(gè)亮點(diǎn)。 伴隨著天然氣事業(yè)的高速發(fā)展，從目前在中、大口徑管道氣體流量計(jì) 量中的應(yīng)用來看，氣體超聲流量計(jì)因其無可動(dòng)部件、無阻力件、無壓 損、量程比寬、測量精度高、可雙向測量等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用到國內(nèi)外 天然氣計(jì)量中。在使用中進(jìn)一步研究超聲流量計(jì)計(jì)量性能和注意事 項(xiàng)，在2014年，我國相關(guān)部門對(duì)《用氣體超聲流量計(jì)測量天然氣流 量?(GB/T 18604)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了更新，一直實(shí)施至今。

通常情況下，氣體超聲流量計(jì)由流量計(jì)本體、超聲換能器、電子 數(shù)據(jù)處理單元等構(gòu)成。換能器通常直接與氣體接觸，并承受氣體壓 力，超聲脈沖通過換能器發(fā)射，一般而言，在流動(dòng)氣體內(nèi)的相同行程 范圍內(nèi)，依據(jù)逆流和順流2個(gè)超聲信號(hào)的傳播時(shí)間對(duì)沿聲道的氣體 平均流速進(jìn)行綜合評(píng)定，再通過公式計(jì)算出氣體流量。和其他類型的 計(jì)量儀表類似，超聲波氣體流量檢測技術(shù)在其具體的應(yīng)用過程中會(huì) 受到各種類型的因素干擾，為了有效的保證檢測結(jié)果的精準(zhǔn)度，特別 需要注意噪聲、臟污、壓力和溫度測量準(zhǔn)確度造成的影響。

1管路安裝

一般而言，流量計(jì)入口處流體速度分布的畸變程度、流量計(jì)對(duì)畸 變的補(bǔ)償能力和流量計(jì)的測量誤差大小有著非常重要的關(guān)系。所以， 氣體超聲流量計(jì)相鄰管段上各種阻流件的應(yīng)用和前后的管段安裝都 和流量計(jì)有著不同程度的關(guān)系。[1]

在流量計(jì)上下游安裝一定長度的直管段可降低不良流態(tài)對(duì)測量 結(jié)果的影響，從準(zhǔn)確計(jì)量的角度來看，直管段越長，計(jì)量性能改善越 好。但受場地限制、材料運(yùn)輸、施工成本等諸多因素限制，又只能越短 越好。GB/T 18604-2014中指出：“如果制造廠未提供流量計(jì)上、下游 直管段長度要求和流動(dòng)調(diào)整器的安裝要求時(shí)，或者用戶無法提供預(yù) 期的安裝條件時(shí)，不帶流動(dòng)調(diào)整器的情況下，流量計(jì)上游至少需要 50D的直管段；帶有流動(dòng)調(diào)整器的情況下，流量計(jì)上游至少需要30D 的直管段，且流動(dòng)調(diào)整器宜安裝在流量計(jì)上游10D處。流量計(jì)下游直 管段長度至少應(yīng)為5D。”

2.噪聲干擾

在計(jì)量裝置設(shè)計(jì)和安裝的初期，通常就會(huì)考慮高速氣體通過管 道系統(tǒng)中整流器和閥門等各種類型阻流管件時(shí)造成的噪聲干擾，然 而因?yàn)楝F(xiàn)場工況條件不斷變化（如：流量、壓力、溫度）、壓縮機(jī)補(bǔ)貼功 率下的噪聲振動(dòng)等不可預(yù)見的各類因素使得噪聲大小難以確定。

現(xiàn)階段，我國天然氣計(jì)量系統(tǒng)的噪聲污染源主要有：匯管、壓縮 機(jī)、整流器、節(jié)流閥和調(diào)節(jié)閥等，在這些影響因素中，節(jié)流閥和調(diào)節(jié)閥 等節(jié)流構(gòu)件造成的噪聲污染對(duì)超聲流量計(jì)的影響最為普遍。基于超 聲流量計(jì)的工作原理，如若保持超聲流量計(jì)和噪聲流量計(jì)的工作頻 率的范圍相同，就會(huì)對(duì)超聲波脈沖的探測產(chǎn)生干擾，對(duì)傳輸時(shí)間的測 量產(chǎn)生影響，致使體積流量的監(jiān)測不精確，產(chǎn)生誤差。

通常情形下，調(diào)壓前后的壓力相差越大，流體的速度變化就會(huì)越 大，相應(yīng)流場產(chǎn)生的擾動(dòng)就會(huì)越大，造成的噪聲也就越大。所以，為了 有效的避免噪聲污染，可以采取“多支路供氣、分級(jí)調(diào)壓”的調(diào)控措 施，以此實(shí)現(xiàn)控制噪聲的目的。通常情況下，節(jié)流閥和調(diào)節(jié)閥等節(jié)流 構(gòu)件造成的噪聲，受到氣體流向的影響，其中大部分噪聲能量會(huì)被傳 播至節(jié)流件的下游，僅僅有極少一部門噪聲會(huì)逆流向上進(jìn)行傳播，在 這種情況下，可以采取“計(jì)量在前、調(diào)壓在后”的安裝方式，以此來降 低流量計(jì)造成的噪聲。在噪聲源和超聲流量計(jì)之間安裝直管段、90° 彎頭、T型管等可在一定程度上降低噪聲的影響。不同管件的降噪能 力見表 1。

3.臟污堆積

含水、粉塵、油污和其它臟污的天然氣流經(jīng)超聲流量計(jì)時(shí)，會(huì)逐 漸堆積在流量計(jì)表體管道內(nèi)或超聲波探頭上，對(duì)超聲流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn) 確程度造成嚴(yán)重的影響，總體來說，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

附著在超聲波探頭上的雜質(zhì)縮短了脈沖信號(hào)在管道內(nèi)的傳 輸時(shí)間，會(huì)使流量計(jì)讀數(shù)偏高；或影響超聲波探頭的靈敏性，也會(huì)對(duì) 流量計(jì)產(chǎn)生較大影響。

由于雜質(zhì)的附著，導(dǎo)致流量計(jì)上游直管段和表體內(nèi)壁粗糙度 的變化或整流板的堵塞造成氣體流態(tài)發(fā)生變化，可能會(huì)對(duì)流量計(jì)的 穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度造成影響。

一般而言，各個(gè)廠家生產(chǎn)的超聲流量計(jì)聲道布置不同、數(shù)量不 同，致使探頭對(duì)臟污堆積的敏感程度之間存在差異。容易證明，臟污 堆積對(duì)口徑更小的超聲流量計(jì)的影響更大。

4.溫度、壓力測量

通常情形下，超聲流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)由流量計(jì)、流量計(jì)算機(jī)及配套 的在線組分分析儀、溫度變送器、壓力變送器等部分構(gòu)成，通過輸入 溫度、組分和壓力等參數(shù)，流量計(jì)算機(jī)可以把流量計(jì)的工況流量通過 協(xié)議轉(zhuǎn)換為用于貿(mào)易交接的標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積流量，它的計(jì)量 公式如下所示：

.PfTbZb

qb=qf

PbTfZf

式（1)中：f代表工況條件下，b代表標(biāo)準(zhǔn)參比條件。

基于公式（1)，可以得到計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和壓力、溫度的測量 的準(zhǔn)確性密切相關(guān)。

按照計(jì)量法的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在現(xiàn)場使用的壓力和溫度測量儀表均 會(huì)按期送往當(dāng)?shù)赜?jì)量檢定院檢定、校準(zhǔn)，但現(xiàn)場儀表通常曝曬于陽光 下，其工作溫度與實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)溫度差異較大，仍然會(huì)出現(xiàn)流量計(jì)算機(jī) 的溫度或者壓力示值不準(zhǔn)確的情況。

通過分析國內(nèi)進(jìn)行的某些流體實(shí)驗(yàn)，可以得知，溫度變送器可以 在它銘牌注明的工作溫度范圍之內(nèi)正常運(yùn)行，然而在實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)溫 度和室外環(huán)境差異非常大的情況下，它的壓力測量值和進(jìn)行了防曬 保護(hù)的溫度變送器測量值之間的差值可以達(dá)到18~20kPa之間。所 以，保證壓力和溫度測量儀表的準(zhǔn)確、可靠顯得尤為重要。

5.現(xiàn)場維護(hù)、管理時(shí)，必須定期對(duì)超聲流量計(jì)的工作狀態(tài)進(jìn)行檢查，并且依據(jù)相關(guān)參數(shù) 的變化情況，對(duì)流量計(jì)可能出現(xiàn)的問題及是否正常的狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng) 的判斷，如噪聲干擾、超聲波探頭臟污、流態(tài)分布不均勻等。同時(shí)檢查 各連接件是否泄露，線路連接是否正常，零流量測試是否準(zhǔn)確等。

加強(qiáng)對(duì)天然氣氣質(zhì)的檢測，確定合理的流量計(jì)清污周期。若發(fā)現(xiàn) 內(nèi)部腐蝕較明顯，應(yīng)對(duì)其重新校準(zhǔn)，因僅清洗會(huì)導(dǎo)致流量計(jì)的內(nèi)徑變 大，但是內(nèi)徑的平方和流量成正比關(guān)系，因此測量出的流量會(huì)比實(shí)際 流量小，造成計(jì)量偏小。

(2)保證相關(guān)設(shè)備測量的準(zhǔn)確性

儀表選型時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行壓力、溫度，選擇合適的儀表量程， 避免儀表的工作范圍在量程的10%以下。定期對(duì)現(xiàn)場的溫度、壓力儀 表進(jìn)行查校和相關(guān)的維護(hù)保養(yǎng)，保證其示值誤差符合精度要求。對(duì)室 外儀表安裝防曬裝置，避免環(huán)境溫度接近或者超出其設(shè)計(jì)工作溫度。

氣體超聲流量計(jì)作為計(jì)量性能優(yōu)異的儀表，隨著計(jì)量準(zhǔn)確度的進(jìn)一步提高，在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用將更加廣泛。只有充分掌握其影 響因素和解決措施，最好在設(shè)計(jì)選型初期就嚴(yán)格把關(guān)，以便更好地使 用與維護(hù)，更好地服務(wù)于天然氣計(jì)量。當(dāng)然，國產(chǎn)超聲流量計(jì)也逐漸興起，期待其技術(shù)成熟后全面推廣應(yīng)用。