關(guān)于氣體超聲波流量計計量準(zhǔn)確度影響因素的分析及對策

周永紅　黃紀(jì)偉

（中石油昆侖燃?xì)庥邢薰旧轿鞣止?，山西太原?30021）

關(guān)于氣體超聲波流量計計量準(zhǔn)確度影響因素的分析及對策

周永紅黃紀(jì)偉

（中石油昆侖燃?xì)庥邢薰旧轿鞣止?，山西太?30021）

城市燃?xì)馄髽I(yè)為控制損耗，降本增效，在門站、大工業(yè)用戶等開始使用超聲波流量計。我方超聲波流量計為四聲道傳播時差法超聲波流量計，為使得研究更具有普遍性，本文以多聲道傳播時差法超聲波流量計為例進(jìn)行研究，通過以親身參與的一起計量糾紛事件為根據(jù)，以大量現(xiàn)存資料為依托，探討影響氣體超聲波流量計計量準(zhǔn)確度的因素和對策。

超聲波流量計計量準(zhǔn)確度影響因素對策

1　前言

2015年5月9日，某城市燃?xì)忾T站按要求減少對下游用戶的供氣量，工作人員采用控制流量計下游球閥開度的方式進(jìn)行節(jié)流。2015年5月10日08：00，計量員在與上游單位進(jìn)行計量交接時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)日計量誤差達(dá)1.3萬方，購銷差率高達(dá)26%，嚴(yán)重超出了±2.5%的合理購銷差率控制范圍。經(jīng)排查，上下游計量流量計均檢定合格且在合格期內(nèi)，管網(wǎng)及設(shè)備設(shè)施均不存在泄漏，抄表過程合規(guī)，因此，初步認(rèn)定問題還是在超聲波流量計上，隨后對超聲波流量計的原理、計量誤差產(chǎn)生的可能性進(jìn)行分析。

2　超聲波流量計工作原理

本文以多聲道傳播時差法超聲波流量計為例進(jìn)行研究，該類型超聲波流量計是根據(jù)聲波在氣體順流和逆流中的時間差與氣體流速成正比這一原理來測量氣體流量的。

傳播時差法超聲波流量計工作原理為：超聲換能器A發(fā)出的超聲波脈沖穿過管道，被超聲換能器B接收，當(dāng)管道中有氣流流過時，在氣流中傳播的超聲波脈沖的傳播速度將受到氣流的影響，使得超聲波脈沖順流傳播的速度要比逆流時快，在同一傳播距離內(nèi)，其順流、逆流方向傳播的時間分別為：

式中：TAB——超聲波脈沖從換能器A傳播到換能器B所需的時間；TBA——超聲波脈沖從換能器B傳播到換能器A所需的時間；C——超聲波脈沖聲速；V——每個聲道中的氣體流速；L——傳感器A、B之間的直線距離；X——傳感器A、B在平行于氣體流速方向上的距離；

由上述兩公式可推導(dǎo)出氣體流速計算公式如下：由此可計算出多通道流量計氣體流速計算公式如下：

式中：Vakg——流量計氣體流速；Wn——權(quán)重因子（取決于探頭的幾何分布情況）；

再對流量計氣體瞬時流量（等瞬時流速乘以管道截面積）進(jìn)行時間上的積分，即可得出氣體在指定時間內(nèi)的流量，計算公式如下：根據(jù)氣體狀態(tài)方程：

式中：P0——0.10325Mpa；T0——293.15K；Z0——標(biāo)況下的氣體壓縮因子；P——工況下的氣體絕對壓力；T——工況下的氣體熱力學(xué)溫度；Z——工況下的氣體壓縮因子?？赏茖?dǎo)出標(biāo)況下的氣體流量，如下：

3　影響超聲波流量計計量準(zhǔn)確度的因素

由上述計算公式推導(dǎo)可知，影響超聲波流量計計量準(zhǔn)確度的主要因素包括以下四個方面的因素：（1）超聲波在氣流中傳播速度測量的準(zhǔn)確性：由公式（4）可知，影響超聲波在氣流中的傳播速度的測量準(zhǔn)確性的因子有概括起來主要有超聲波流量計的安裝因素、臟污、超聲波信號和外界噪聲干擾等四方面。（2）壓力、溫度測量的準(zhǔn)確性：從公式（8）來看，所測得壓力和溫度直接影響流量計量結(jié)果，壓力偏高，流量偏高；溫度偏高，流量偏低。（3）氣質(zhì)組分因素：根據(jù)公式（8）可知，流量計算計需要利用天然氣壓縮因子將工況下的氣體流量轉(zhuǎn)換為標(biāo)況下的氣體流量，而工況下的天然氣壓縮因子需根據(jù)氣體組分分析得到。由于氣體組分處于動態(tài)變動狀態(tài)，采用固定組分會導(dǎo)致計量誤差。（4）流量計算機(jī)的先進(jìn)性：流量計算機(jī)是通過對氣體流速的時間積分后再依據(jù)二次儀表采集的溫度、壓力，折算出標(biāo)注狀態(tài)下的流量。因此，流量計算機(jī)的積分技術(shù)是否先進(jìn)，直接關(guān)系到最終流量數(shù)值的準(zhǔn)確性。

4　對策分析

4.1超聲波在氣流中傳播速度測量準(zhǔn)確性影響的對策

（1）根據(jù)超聲波流量計特性，流速沿軸線均勻分布的流態(tài)能提高測量的準(zhǔn)確性，所以在流量計上下游安裝足夠長直管段。（2）為盡量減少臟污對超聲波流量計計量準(zhǔn)確度的影響，在管道、設(shè)備吹掃階段要盡量吹掃干凈；要加強(qiáng)對過濾器的維護(hù)保養(yǎng)，嚴(yán)格按照操作規(guī)程，定期排污，定期清理過濾器濾芯；定期對超聲波流量計進(jìn)行檢定，對其探頭潔凈度進(jìn)行檢測。（3）充分重視帶噪聲源情況下超聲波流量計的設(shè)計和安裝， 避免超聲噪聲影響流量計正常工作的情況發(fā)生。（4）由于氣體超聲波流量計需要面對氣體輸送過程中的各種干擾，特別是未知流場對測量精度的影響尤為突出，因此，在設(shè)計階段如能實地測量速度場，就可降低對各種流動狀況建立數(shù)學(xué)模型的誤差，可獲得更好的流場適應(yīng)性。

4.2壓力、溫度測量準(zhǔn)確度影響的對策

（1）根據(jù)材料科學(xué)的發(fā)展，使用先進(jìn)的傳感材料，提高傳感材料的敏感度。（2）現(xiàn)場和遠(yuǎn)傳儀表嚴(yán)格按照國家要求及時進(jìn)行檢定，并在確保檢定合格的前提下應(yīng)用。另外，在日常巡檢過程中要定期對現(xiàn)場儀表和遠(yuǎn)傳儀表就行校對，及時發(fā)現(xiàn)問題并整改，確保壓力、溫度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4.3氣質(zhì)組分影響的對策

為遵守計量公平、公正原則，可在不影響下游用戶安全用氣和氣質(zhì)達(dá)標(biāo)的前提下，在計量設(shè)備中引入在線色譜分析儀對輸送天然氣組分含量進(jìn)行實時監(jiān)測、上傳，提高天然氣組分檢測的準(zhǔn)確度，及時根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整超聲波流量計的相對密度設(shè)定值。

4.4流量計算機(jī)影響的對策

及時采納當(dāng)前最先進(jìn)的組態(tài)軟件，提高流量計算機(jī)積分水平，將當(dāng)前科技成果轉(zhuǎn)化為實踐應(yīng)用。

5　結(jié)語

結(jié)合本次計量事件，可以明顯的發(fā)現(xiàn)，工作人員在減少供氣量時，未按照操作規(guī)定執(zhí)行，而是人為的采用控閥方式降低流量，結(jié)果因控閥造成節(jié)流效應(yīng)明顯，而節(jié)流效應(yīng)產(chǎn)生的噪音嚴(yán)重干擾了超聲波信號，最終造成計量誤差。

［1］焦永興，李華.超聲波流量計在天然氣計量中的應(yīng)用及存在問題分析［J］.中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2014（06）.

［2］楊聲將，何敏，任佳.超聲波流量計計量系統(tǒng)性能的主要影響因素［J］.天然氣工業(yè)，2006（03）.