摘要：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。
关键词：天然气；超声波；流量计
1气体超声波流量计测量原理
超声波脉冲在气流中的传播速度与气体的流速存在对应关系，超声波脉冲在顺流中的传播速度比在逆流中的传播速度快。顺流传播和逆流传播的时间差越大，表示流量也越大。气体超声波流量计就是利用这个原理进行设计的。在测量现场，上下游的超声波换能器同时发射超声波脉冲，一个与管道内气流方向相同，另一个方向相反。2 束超声波脉冲将以不同的传播时间到达对应的接收装置。脉冲传输距离相同但传输时间不同，反映出管道内气体流速的大小。超声波流量计由表体，信号处理装置，换能装置和流量计算机组成，高精度气体流量计一般采用交叉反射方式布置声道或采用平行对称方式布置声道。随着测量精度和需求的不同，常选用 3 声道、4 声道及目前最高的 5声道产品。
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管路安装及投运要求
3.1管路安装
目前，对超声流量计安装要求的试验研究还十分有限，《用气体超声流量计测量天然气流量》（GB/T18604-2001）中也仅是给出流量计上、下游最短直管段长度的推荐值，即上游工艺条件较理想，管道内气体单向流动时，要求上游直管段长度要大于10 倍内径（用10D 表示），下游直管段长度应大于 5D。管道内气体双向流动时，要求上、下游的直管段长度都应大于10 倍流量计内径。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据国家自然科学基金青年基金资助项目（编号：50809075）的研究成果 [3]，DN100 超声波流量计在无整流器的管路结构中，其上游汇管进出口错开时较汇管进出口相对时对下游的扰动强约 3～5 倍，实验表明，汇管进出口相对且无整流器管路的流量计前直管段安装长度至少为19 倍管径，在有整流器的管路结构中，经整流器剧烈混合后的天然气在汇管进出口相对与错开两种管路的情况下流动10 倍管径距离后恢复均匀，扰动明显减弱。在上游汇管进出口错开的管路结构的扰动情况明显强于汇管进出口相对管路，汇管内的天然气会因管路结构、速度等因素的变化产生拥塞、回流，使天然气的扰动增强、分布不均匀，甚至发生汇管出口冰塞，但经过整流器的整流后，流量计处的扰动已几乎消除，但实验并未明确表前直管段长度。
超声流量计表体安装各厂家要求不同，一般应保证表体水平安装，有的还应将表体法兰上定位销孔与上、下游直管段相应销孔对齐，同时要求上下游直管段必须随表定制。安装时应留有足够的检修空间及比对管路。超声流量计的内径、连接法兰及其紧邻的上、下游直管段应具有相同的内径，偏差应在管径的±1％以内；与超声流量计匹配的直管段，其内壁应无锈蚀及机械损伤，应除去超声流量计及其连接管内的防锈油或沙石灰尘等物。使用中也应随时保持介质流通通道的干净、光滑。对单向流测量，应将温度计插孔设在超声流量计下游距法兰端面 2-5D之间；对双向流进行测量，温度计插孔应设在距超声流量计法兰端面至少 3D 的位置。
3.2 超声波流量计的现场安装
流量计正式运行前应按国标进行标定或实流校准。检查各种信号线电源线是否连接牢靠。温度传感器、压力探头和法兰连接处不能有泄漏。按照系统接线图检查所有连接点。注意流量计最大流速限制，流量计在正式使用前要求进行零流量检测，如果现场没有条件应进行工况条件下的测试（首先关闭流量计的上、下游阀门，管道内气体呈静止状态，当气体温度相对稳定后再读流速测量值，且要求每个声道记录时间不少于 30s，读数值应小于12mm/s）。
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。
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]冯伟龄.浅谈气体超声波流量计在天然气流量计量中的应用[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2015，06：162-163.
[2]肖博文.试论超声波流量计在天然气计量中的应用问题[J].科技风，2015，23：63-64.
论文作者:张姚刚,吴君
论文发表刊物:《防护工程》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/24
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