簡析超聲波流量計測量天然氣的設計與應用

0 引言

呼圖壁儲氣庫采氣系統(tǒng)完善工程設計氣體超聲波流量計一套，上海上自儀公司包括現(xiàn)場超聲波流量計、溫度補償儀表、壓力補償儀表、前后直管段、流動整流器及流量計算機，上海上自儀公司具有雙向計量功能，實現(xiàn)呼圖壁儲氣庫與西部管道公司之間的貿易交接計量。

1 測量原理

氣體超聲波流量計由多對探頭傳感器、信號測量系統(tǒng)、電子顯示單元等測量元件組成，配套使用流量計算機。通過對超聲脈沖傳輸時間的測量，實現(xiàn)氣體的流速測量，進而計算出天然氣工況條件下的流量，也就是根據(jù)順氣流方向的脈沖比逆氣流方向的脈沖速度快的原理，計算出關系中的氣體流速，如圖1所示。每個探頭同時進行收發(fā)脈沖，每對探頭通過連續(xù)進行脈沖收發(fā)方向切換完成測量，如：一個方向的傳輸時間測量完成后，原來的脈沖發(fā)射器就變成接收器，反之亦然。此外，聲速的測量還取決于氣體的組分類型、壓力和溫度等可以量化的因素，為了充分考慮到流態(tài)變化的影響，采用多聲道分布在幾個完全平行的平面上，每個測量平面由兩個相互交叉的聲道組成，聲道結構依據(jù)高斯-切比雪夫原理科學排列，保證氣體流速測量和不對稱流、渦流、切向流檢測與補償均達到非常優(yōu)化。

2 遵循的規(guī)范及標準

《天然氣計量系統(tǒng)技術要求》（GB/T 18603-2014）。

《用氣體超聲流量計測量天然氣流量》（GB/T 18604-2014）。

《Measurement of Gas by Multipath Ultrasonic Meters》（A.G.A No.9）。

《Speed of Sound in Natural and Other Related HydrocarbonGas》（A.G.A No.10）。

3 選型設計與應用

3.1 超聲波流量計

超聲波流量計的量程比寬，可達到1：100的量程比，適用于流量變化幅度大的計量站場。設計規(guī)范要求超聲波流量計所測管道內天然氣介質的流速不應超過20m/s。目前，國際知名制造商（例如：RMG、Daniel、德國西克）所生產的超聲波流量計的檢測范圍是0.3 m/s ~30 m/s。

非貿易交接計量，一般選用單聲道或雙聲道超聲波流量計即可；貿易交接計量中，至少選用4聲道超聲波流量計，其中聲道數(shù)量為探頭的對數(shù)。

超聲波流量計需要定期進行實流標定，目前，國內各大標定站所能標定的超聲波流量計的非常大口徑為DN400。超聲波流量計的安裝應盡可能避開振動環(huán)境，減少振動、噪音干擾。據(jù)流量計安裝使用場所，合理確定超聲波流量計的防爆等級及防護等級。標準參比條件：20℃，101.325KPa。

3.2 溫度補償儀表

超聲波流量計補償用溫度檢測儀表的精度應該優(yōu)于±0.3℃。如果流量計只是進行單向流測量，那么應將測溫孔和取樣孔設在流量計下游距法蘭端面2D~5D之間；如果流量計是用于雙向流測量，那么測溫孔和取樣孔應設在距流量計法蘭端面3D~5D之間 [3] 。

溫度計和取樣器插入深度宜為1/3D，對于大口徑流量計（DN300及以上），插入深度應不超過125mm。依據(jù)流量計安裝使用場所，合理確定溫度補償儀表的防爆等級及防護等級。

3.3 壓力補償儀表

超聲波流量計補償用壓力檢測儀表的精度，A級計量系統(tǒng)不低于0.2%，B級計量系統(tǒng)不低于0.5%，C級計量系統(tǒng)不低于1.0%。

超聲波流量計表體應至少有一個取壓孔用以測量靜壓，每個取壓孔應具有裝隔離閥的內螺紋，并且具有能將隔離閥直接安裝在取壓孔上的回轉空間，內螺紋的規(guī)格宜為1/4″NPTF或1/2″NPTF。

壓力補償儀表一般選擇安裝于超聲波流量計本體，也可以根據(jù)業(yè)主要求，安裝于超聲波流量計的前后直管段。依據(jù)流量計安裝使用場所，合理確定壓力補償儀表的防爆等級及防護等級。

3.4 直管段

流量計單向計量，不帶整流器的情況下，流量計上游至少需要50D的直管段；流量計下游直管段長度至少應為5D。流量計單向計量，帶有流動整流器的情況下，流量計上游至少需要30D的直管段，且流動整流器宜安裝在流量計上游10D處。流量計下游直管段長度至少應為5D。

流量計雙向計量，帶有流動整流器的情況下，流量計上游至少需要30D的直管段，流量計下游至少需要30D的直管段，且流動整流器分別安裝在流量計上游/下游10D處為宜。直管段與流動整流器、超聲波流量計、上下游管線之間均采用法蘭安裝。

3.5 流動整流器

整流板的孔板厚度應在0.125D～0.25D之間?？装迨搅鲃诱{整器應選用不銹鋼板材料制造。根據(jù)超聲波流量計制造商要求，合理選用19束、25束或其他型式的流動整流器。

3.6 流量計算機

超聲波流量計一般配套使用流量計算機，用于流量計控制和工作的計算機代碼應當存儲在非易失性存儲器中，所有流量計算常數(shù)和人工輸入的參數(shù)也應當存儲在非易失性存儲器中。流量計算機應采用LCD顯示方式，其面板應帶操作按鍵，可任意選擇顯示內容。上海上自儀公司一般依據(jù)數(shù)據(jù)存儲時間，合理計算出流量計算機的顯示精度，例如能達到小數(shù)點前10位及小數(shù)點后4位。