超聲波流量計(jì)在陜西省天然氣長輸管道的使用經(jīng)驗(yàn)

吉恒洲

陜西省天然氣股份有限公司（以下簡稱陜西天然氣）是以天然氣長輸管網(wǎng)建設(shè)運(yùn)營為核心，集下游分銷業(yè)務(wù)于一體的國有控股上市企業(yè)，主要負(fù)責(zé)陜西全省天然氣長輸管網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營和管理。經(jīng)過30年的不懈努力和長足發(fā)展，已成為國內(nèi)管網(wǎng)里程最長、輸氣規(guī)模最大、市場(chǎng)覆蓋最廣的省屬天然氣公司。建成投運(yùn)長輸管道47條，管網(wǎng)總里程達(dá)3769公里，年輸氣規(guī)模165億立方米。

一、超聲波流量計(jì)在陜西天然氣公司的應(yīng)用現(xiàn)狀

外輸氣量是陜西天然氣公司盈利的主要方式，而參與貿(mào)易計(jì)量的的流量計(jì)便是對(duì)外輸氣量影響最為重要的設(shè)備之一。以陜西天然氣西安分公司為例，目前在用的參與貿(mào)易計(jì)量的流量計(jì)，有孔板流量計(jì)、渦輪流量計(jì)、旋進(jìn)漩渦流量計(jì)以及超聲波流量計(jì)。在用數(shù)量最多的流量計(jì)為渦輪流量計(jì)，然而參與在線貿(mào)易計(jì)量氣量最多的為超聲波流量計(jì)。

目前投產(chǎn)在用的超聲波流量計(jì)只有24臺(tái)（西安灞橋分輸站6臺(tái)、西安未央分輸站5臺(tái)、西安臨潼分輸站4臺(tái)、商州分輸站1臺(tái)、零口分輸站2臺(tái)、新興分輸站4臺(tái)、藍(lán)田工業(yè)園分輸站2臺(tái)），然而其中西安灞橋分輸站和西安未央分輸站共11臺(tái)超聲波流量計(jì)是為公司的最大的下游用戶西安秦華天然氣公司進(jìn)行供氣。在2020年西安分公司外銷氣量為31.41億方，而西安秦華銷氣量為20.75億方;2021年西安分公司的銷氣量，截止2021年7月31號(hào)外銷氣量為18.51億方，而對(duì)西安秦華的銷氣量為11.86億方，可以說是對(duì)西安秦華的銷氣量占整個(gè)分公司銷氣量的2/3，而對(duì)西安秦華進(jìn)行供氣主要依靠超聲波流量計(jì)。

而且在近些年新建的場(chǎng)站中，超聲波流量計(jì)的應(yīng)用更為廣泛，而在西安分公司轄區(qū)范圍內(nèi)已安裝到現(xiàn)場(chǎng)，待投產(chǎn)的超聲波流量計(jì)還有16臺(tái)（涇河分輸清管站4臺(tái)、通遠(yuǎn)分輸站4臺(tái)、零口分輸站4臺(tái)、藍(lán)田工業(yè)園分輸站2臺(tái)、山陽分輸站4臺(tái)），以上還不包括依然在設(shè)計(jì)與建設(shè)中場(chǎng)站的超聲波流量計(jì)。超聲波流量計(jì)的陜西天然氣公司應(yīng)用已經(jīng)很普遍，對(duì)其基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，已經(jīng)成為場(chǎng)站日常普通員工的必修課。

二、超聲波流量計(jì)的原理與優(yōu)勢(shì)

陜西天然氣所用的超聲波流量計(jì)是一種速度式的流量計(jì)，通過時(shí)差法來測(cè)量流速。當(dāng)超聲波穿過流動(dòng)的流體時(shí)，在同一傳播距離內(nèi)，其沿順流方向和沿逆流方向的傳播速度不同。在較寬的流量（雷諾數(shù)）范圍內(nèi)，該時(shí)差與被測(cè)流體在管道中的體積流量（平均流速）成正比。

超聲波流量計(jì)相較于其他流量計(jì)的優(yōu)勢(shì)。與其他的流量計(jì)相比較，超聲波流量計(jì)有其明顯的優(yōu)勢(shì)。

（1）超聲波流量計(jì)是一種非接觸式測(cè)量儀表，無可動(dòng)部件，也沒有阻流件，所以他是在用流量計(jì)中唯一一種不會(huì)產(chǎn)生壓力損失的流量計(jì)。相較于差壓式孔板流量計(jì)，他要求有小孔徑產(chǎn)生上下游差壓，有阻流件，會(huì)產(chǎn)生壓力損失，重要設(shè)備長期受壓，容易受損;相較于渦輪流量計(jì)，他要求有氣流帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)消耗氣流的動(dòng)能，葉輪的軸承長期轉(zhuǎn)動(dòng)，也容易受損;超聲波流量計(jì)無可動(dòng)部件，也沒有阻流件，不會(huì)產(chǎn)生壓力損失，各元件使用壽命相對(duì)較長。

（2）超聲波流量計(jì)的量程比較大。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《用氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量 GB/T 18604—2014》第五章流動(dòng)范圍及流動(dòng)方向的內(nèi)容“被測(cè)天然氣的典型流速范圍為0.3m/s-30m/s”，根據(jù)流量與流速成正比的關(guān)系，也就是說超聲波流量計(jì)的量程比理論上可以達(dá)到100：1。陜西天然氣目前在用最多的超聲波流量計(jì)為丹尼爾超聲波流量計(jì)，以12"口徑（DN300）為例，在廠家的出廠銘牌上所標(biāo)注的流量范圍為7000-279850（ACFH）立方英尺，換算成國標(biāo)約為198-7924（m3/h）立方米每小時(shí)，也就是這個(gè)流量計(jì)的量程比幾乎達(dá)到40：1。造成實(shí)際量程比和理論量程比出入較大的原因，據(jù)和廠家的相關(guān)資料了解到，銘牌上最大流量值對(duì)應(yīng)的流速為30m/s，換算后銘牌上最小流量值對(duì)應(yīng)的流速約為0.75m/s，而在流量計(jì)的設(shè)計(jì)理論上流量計(jì)的測(cè)量的流速向下可以延伸至0.3m/s，向上極限應(yīng)用可以延伸至38.1m/s。

可以說丹尼爾超聲波流量計(jì)的所標(biāo)注的流量范圍都是通過優(yōu)化的，而這樣的量程比，也比渦輪流量計(jì)、差壓式孔板流量計(jì)要優(yōu)良的多。

（3）超聲波流量計(jì)的精度較高，且穩(wěn)定性較好。陜西天然氣在用較為廣泛的丹尼爾超聲波流量計(jì)在其出廠說明書上所標(biāo)注的精度絕大部分為0.5%，雖然在國家石油天然氣他大流量檢定站所出具的檢定證書中給定的精度是1.0級(jí)，然而仔細(xì)查看檢定證書，證書中在分界流量（Qt）以上，所給定的示值誤差幾乎都在0.3%以下，而其重復(fù)性也很少有超過0.1%的。這些數(shù)據(jù)都可以很好的說明超聲波流量計(jì)的精度和穩(wěn)定性都非常的好。而對(duì)比陜西天然氣在用的渦輪流量計(jì)的檢定報(bào)告，包括新流量計(jì)在內(nèi)，90%的流量計(jì)都無法達(dá)到這么優(yōu)良的示值誤差以及重復(fù)性。

以上三點(diǎn)是陜西天然氣選用超聲波流量計(jì)的最為重要的指標(biāo)。

三、超聲波流量計(jì)的檢定

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《用氣體超聲流量計(jì)測(cè)量天然氣流量 GB/T 18604—2014》中附錄B（流量計(jì)組件的實(shí)流校準(zhǔn)）的內(nèi)容規(guī)定，為了保證貿(mào)易計(jì)量的合法性及有效性，超聲波流量計(jì)的檢定必須送檢至國家石油天然氣大流量計(jì)檢定站進(jìn)行檢定，陜西天然氣送檢過的檢定站有成都分站、北京通州分站、北京采育分站、烏魯木齊分站。無論是哪個(gè)檢定站，陜西天然氣每年都要花費(fèi)我們很大的時(shí)間和精力，而且要?jiǎng)趲焺?dòng)眾的送檢至外省檢定，每年因?yàn)槌暡髁坑?jì)的檢定問題，從公司機(jī)關(guān)到分公司辦公室再到基層場(chǎng)站，幾乎所有和生產(chǎn)相關(guān)人員都操碎了心，每年超聲波流量計(jì)的檢定非常的緊張。陜西關(guān)中地區(qū)在每年的11月15日至次年的3月15日為集中供暖期，也是我們俗稱的冬季用氣高峰期。而我們經(jīng)常在當(dāng)年的11月之前還沒有將檢定完成的超聲波流量計(jì)安裝到位?？梢哉f檢定問題是影響超聲波流量計(jì)陜西天然氣大規(guī)模普及使用的最重要的原因，對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)影響較為突出。

但是為什么我們還是要極力推廣超聲波流量計(jì)，而且要大規(guī)模的應(yīng)用呢？因?yàn)楦鶕?jù)超聲波流量計(jì)的檢定規(guī)程（JJG1030-2007）的規(guī)定超聲波流量計(jì)是在線實(shí)流高壓的環(huán)境中進(jìn)行檢定，也就是說檢定站需要和天然氣場(chǎng)站進(jìn)行合作，通過實(shí)際的天然氣，而且選擇在流量計(jì)經(jīng)常運(yùn)行的壓力下進(jìn)行標(biāo)定，這樣的檢定數(shù)據(jù)，相對(duì)于渦輪流量計(jì)的檢定規(guī)程（JJG1037-2008）在常壓下、通過空氣進(jìn)行標(biāo)定，更能真實(shí)的反應(yīng)出流量計(jì)在實(shí)際運(yùn)行過程中，計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，使計(jì)量數(shù)據(jù)更接近真實(shí)數(shù)據(jù)。尤其是在大口徑、大流量的情況下，可以從源頭有效的控制輸差。據(jù)了解，2019年3月底國家石油天然氣大流量計(jì)量站榆林檢定點(diǎn)投產(chǎn)成功，由長慶油田負(fù)責(zé)建設(shè)并運(yùn)營管理，陜西省境內(nèi)擁有了天然氣實(shí)流檢定站。且目前全國范圍內(nèi)所擁有了天然氣實(shí)流檢定站以多達(dá)十多家，后期超聲波流量計(jì)的檢定應(yīng)該會(huì)較現(xiàn)在有很大的改觀。

四、陜西天然氣公司超聲波流量計(jì)的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)

陜西天然氣西安未央分輸站及西安灞橋分輸站對(duì)西安市秦華天然氣公司輸氣量較大的場(chǎng)站，每年除了公司與丹尼爾超聲波流量計(jì)廠家簽訂的年度維護(hù)合同中所規(guī)定的常規(guī)維護(hù)外，在這兩個(gè)場(chǎng)站都會(huì)將流量計(jì)的探頭成對(duì)拆下來進(jìn)行逐層解體，并用棉簽沾濕清潔劑對(duì)相關(guān)部位進(jìn)行擦洗，去除污垢后，再重新進(jìn)行安裝，來確保探頭的精度。并且在年度維護(hù)的過程中，這兩個(gè)場(chǎng)站的流量計(jì)通過技術(shù)軟件的數(shù)據(jù)與曲線分析，基本上都會(huì)出現(xiàn)個(gè)別流量計(jì)流態(tài)不穩(wěn)，根據(jù)工程師經(jīng)驗(yàn)分析整流盤處有堵塞。隨后我們將整流盤取出后進(jìn)行清理，果然發(fā)現(xiàn)有類似方便面袋子或破碎蛇皮袋子之類的堵塞物，從而影響流態(tài)，影響計(jì)量的精度。需要我們將整流盤清理后進(jìn)行重新安裝。

五、結(jié)束語

對(duì)于超聲波流量計(jì)的應(yīng)用與使用經(jīng)驗(yàn)，我們需要學(xué)習(xí)和積累的還有很多，無論是從加強(qiáng)公司日常的計(jì)量管理上，還是輸差控制上，我們都應(yīng)該進(jìn)步，并且近幾年，陜西天然氣有很多不同品牌的超聲波流量計(jì)陸續(xù)投入使用，所以我們對(duì)于超聲波流量計(jì)知識(shí)的掌握還有很大的提升空間。在高壓大流量天然氣場(chǎng)站計(jì)量中，超聲波流量計(jì)較市場(chǎng)上其他流量計(jì)有著明顯的優(yōu)勢(shì)，在我公司仍有很大的應(yīng)用市場(chǎng)。而超聲波流量計(jì)在其他領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用也非常廣泛，可以測(cè)量強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)和非導(dǎo)電介質(zhì)的流量等。隨著技術(shù)的進(jìn)步，超聲波流量計(jì)應(yīng)用前景將更為廣闊。