浅谈超声流量计在天然气计量中的应用
时间：2021-02-09 00:00:53 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要 为更好地使用气体超声流量计,确保其计量准确性、可靠性,本文对气体超声流量计工作原理、安装要求、使用及检定的进行了介绍。并着重对超声波流量计在天然气计量应用中应注意的一些问题及检定。
关键词 天然气;超声流量计;噪声;脏污;检定
中图分类号 TH814 文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2009)07-0064-02
0 引言
随着国内天然气市场的迅猛发展,超声波流量计因具有准确度高、测量范围宽、重复性好、无可动部件、本体无压损,适合于大口径、大流量计量等特点,已经成为国内大口径天然气长输管道计量的首选流量计。自2001年GB/ T 18604 —2001《用气体超声流量计测量天然气流量》正式发布实施后,超声流量计作为天然气贸易计量交接仪表开始在国内广泛使用。
1 工作原理
超声波流量计按工作原理,具有多种不同的形式,适用于天然气高精度流量测量的超声流量计使用的是时间差法。图1为直射式超声流量计的工作原理示意图。在管壁两边安装一对斜角为j的超声换能器,两个换能器同时或定时向对方发射和接收对方的超声信号。
图1 工作原理图
气体超声波流量计的换能器A和换能器B装在管道两侧,换能器之间距离为L,C是超声波在流体中的声速,V是流体速度,超声波传播的方向与流体在管道中的流动方向夹角为θ,超声波在流体中的顺流传播时间为tD,逆流传播时间为tU 。
(1)
(2)
联立解方程(1)式和方程(2)式可得:
(3)
从式(3)求出被测气体的流速后,再乘以超声波流量计的截面积,就得到了流体在管道中的工况流量;利用压缩因子及温度、压力信号对工况流量进行修正,从而得到标准状况下的体积流量,进行贸易计量交接。
2 应用中应注意的问题
超声波流量计虽然在高压、大流量的天然气长输管道计量中,有着其它流量计不可比拟的优势,但因超声波流量计的使用受现场环境因素的影响,所以,除了要满足GB/ T 18604 —2001《用气体超声流量计测量天然气流量》和生产厂家的技术要求(如温度、振动、电气噪声等要求)之外,还应该注意以下事项:
2.1 噪声影响
噪声主要来自管路中的各种管件(弯头、三通、整流器)和阀门等。由于超声波流量计是基于超声波脉冲测量换能器之间顺、逆行的时间差来计量的,如果噪声的频率与超声波流量计的工作频率相近,就会干扰超声频率的接收,影响传输时间的准确测量,进而影响流量的测量。据有关资料,噪声对某些超声波流量计的准确度和重复性影响很大,最大超过了2%。
为尽量降低噪声对超声波流量计准确度的影响,在设计计量管路时,应尽可能接近无弯头、无阻流件的安装条件,将调节阀安装在流量计下游,尽可能使流体的流场稳定;同时,应选择流量计信号处理能力强的厂家,提高噪声的过滤能力,改善超声波脉冲的接收能力,降低噪声的影响。
2.2 管道配置
2.2.1 直管段长度要求
天然气流量测量过程中,流量计上下游存在的阻力件(如阀门、汇管等)将破坏被测介质的流动状态(产生旋涡或造成速度分布畸变等) ,相应地就会增大流量测量的误差,其大小将取决于速度分布畸变的严重程度、变化形式以及流量计本身对这种畸变的补偿能力。为了降低不良流态对测量结果的影响,在流量计上下游安装一定长度的直管段就是一种常见的手段。从准确计量的角度来看,上下游直管段长度越长,改善流量计测量性能的效果就越明显。GB/ T 18604 —2001 标准提出最低限度的直管段长度要求,即在不需安装整流器的情况下,多声道超声流量计上游的最短直管段长度应为10 D ,下游最短直管段长度应为5 D,但对于上游阻流件较复杂的计量管路来说,10 D的上游直管段远远不够,按AGA NO9报告的推荐,应该达到20 D。如果使用整流器,则整流器的安装位置及相应的配管长度应咨询生产厂商,通过相关实验给出。
2.2.2 直管段的质量要求
超声流量计上下游所要求的最短直管段长度范围内(测量管) 出现的任何台阶及其它凸入物都将引起被测介质流态的改变,从而增大流量测量的误差(研究资料表明,超声流量计上下游附近如果存在0. 01 D 的台阶,由此引起的测量偏差将达到或超过0. 05 %) 。因此,要在配管选型及施工组装中对台阶及凸入物进行限制。
2.3 脏污堆积
含水、油污或硫化铁粉等脏污的天然气流过超声波流量计后,脏污会逐渐堆积在流量计测量管内壁和超声波探头上,一方面会减小测量管道的实际内径,使流量计读数偏大;另一方面又会增大测量管内壁的平均粗糙度,会导致声波(脉冲信号) 在表体内壁反射时出现发散和衰减现象,影响流量计的准确度和重复性。另外,脏污在超声波探头上堆积,会缩短超声波传输时间,导致流量计读数偏大,所有这些因素都有可能对测量结果造成严重的影响( ISO/ WD17089 认为,由此造成的测量偏差有可能超过1 %) ,因此,应加强天然气气质的监测,确定合理的清洗周期,同时,利用流量计的监测软件,通过监测各声道的接收率、增益等参数,测算流量计内壁脏污堆积程度,确定是否需要清洗。
3 检定
定期检测是提前预防和及时消除仪表故障的有效手段。在国内,现具备天然气超声波流量计检定资质的单位有:国家石油天然气大流量计量站,国家站成都天然气分站,国家站重庆天然气分站及国家站南京天然气分站。实流检定技术能力覆盖天然气行业的大部分商品贸易交接流量计0.3~10.0MPa,技术上达到国际先进水平。
天然气超声波流量计检定可分为离线实流检定和在线实流检定两种。目前,虽然国内已利用移动式天然气标准,在计量站现场进行天然气流量仪表的在线实流检定,但始终存在现场不具备安装条件、道路运输困难、移动标准受运输和使用环境影响等不少问题,各长输管线贸易计量交接仪表只有少部分采用在线实流检定,大部分采用离线实流检定。JJG1020-2007《超声波流量计检定规程》中规定,如果流量计具有自诊断功能,且能保留报警记录,每年对超声波流量计在现场进行检验,实流检定周期可延长到6年。目前,各技术机构正积极研究具体操作规范和技术指标,实现在线检验后,将大大减少各管道的流量计送检成本。
4 结论
通过西气东输、陕京线等多条天然气长输管道的实践证明,气体超声流量计完全适用于天然气贸易计量,可有效提高天然气计量技术水平。由于气体超声流量计具有结实耐用、量程比宽、无压损、准确度高、维护工作量小等优点,在使用中注意安装条件、噪声、脏物等,必将在天然气流量测量领域得到广泛使用。
京津冀科协汇集“两科”智囊 谋划区域协调发展
10月20~21日,京津冀三地科协在京联合召开京津冀区域协调发展学术研讨会,京津冀三地自然科学界、社会科学界的专家学者和部分北京市属学会负责同志约150余人出席了研讨会,共同谋划区域协调发展未来。
本次会议的主题是区域经济一体化。会议邀请中国科学院院士、中国地理学会理事长陆大道,国家发改委国土开发与地区经济研究所所长肖金成研究员,天津市委原副秘书长、天津市社科联副主席吴敬华和河北省发改委宏观经济研究所副所长高智研究员分别作题为《全球化、信息化和大都市经济区》、《京津冀各市的分工与合作》、《努力推动京津冀一体化发展》、《加快建立京冀水资源补偿机制》的特邀报告。
与会专家在报告中介绍了京津冀一体化发展的形势和现状,国家的战略部署和决策,各地的发展规划。专家指出,京津冀一体化发展应从建立长效合作机制入手,加快区域交通网络的建设,整合各地资源,合理布局区域产业,加强三地分工合作,实行互补发展模式,建设有分工、有特色、有优势、有品位的京津冀城市群;京津两地要依托河北,带动河北,以点带面,协调发展。
本次会议体现出三大特色:一是跨地区、跨自然科学与社会科学界举办学术研讨会,充分体现了学术共同体在服务京津冀区域协调发展方面所具有的独特优势;二是政府官员与学者同台交流,启迪思想,充分体现了三地主办方通过交流研讨为本地区政府部门建言献策的办会理念;三是研讨内容具有极强的针对性,专家们围绕产业集群与产业竞争力、旅游业发展与城市群建设、区域规划与生态补偿机制等议题开展交流研讨。研讨会的召开对于共同应对金融危机挑战,京津冀三地保增长、调结构、促发展具有重要的现实意义。
本次研讨会由北京市科协、北京市社科联、天津市科协、天津市社科联、河北省科协、河北省社科联共同主办。北京市委常委梁伟出席并讲话。中国科学院院士陆大道、何祚庥,北京市科协党组副书记、副主席贺慧玲,北京市科协副主席田文、王渝生,北京市社科联党组书记史秋秋,天津市科协副主席白景美,天津市社科联党组书记李家祥,天津市委原秘书长、天津市社科联副主席吴敬华出席了会议。
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