试论超声波流量计在天然气计量中的应用问题
针对我国天然气市场发展的特点,重点论述了超声波流量计在天然气计量中应用问题,在分析超声波流量计工作原理的基础上,对于应用中应注意的问题以及仪器检定方面进行分析,希望对于今后的超声流量计在天然气计量应用具有更大帮助。
0 .引言
由于国内的天然气市场发展势头很猛，对于如何高效、准确地开展天然气计量工作具有重要的意义。对于超声波流量计来说，其具有测量范围较宽、准确度较高、没有可移动部件、本体无压力损失等特点，较为适用于大流量、大孔径的计量工况，当前，则是主要应用于我国的大口径的天然气的长输管道的计量工作中。自从 2001 的关于气体超声流量计测量天然气流量的标准颁布设施之后，在天然气贸易计量交接仪表中，超声流量计具有重要的地位。
1 .工作原理
在分析超声波流量计的工作原理过程中，其主要可以表现为多种形式，一般来说，能够对于天然气进行高精度的流量测量，主要则是利用时间差的方法。图 1 则是表现为直射式超声流量计的工作示意图。其中，把一对具有倾斜角度为 φ的超声换能器安装在管壁两侧，这样能够满足两个换能器有效工作，能够定时或者同时实现对方发射或者接受相应的超声信号。
在气体超声波流量计中，在管道的两侧进行如图所示的换能器 A 和 B 的安装，其中，两者之间距离为 L，V 表示流体流速，C 表示超声波在流体中声速，超声波和流体在管道中的流动夹角则是为 φ，其中，对于超声波来说，逆流传播时间则为 tv，而顺流传播时间则为 td。
可以通过上式，得到被测气体的流速，然后，在结合超声波流量计的截面面积，这样就能够得到在一定的工况管道中的流量；还可以利用相应的压力信号、温度影响以及压缩因子对于流量进行一定的修正处理，这样就能获得标准工况下的体积流量，然后进行相应的贸易交接计量工作。
2.应用中应注意的问题探讨
对于超声波流量计的应用范围来说，其在大流量、高压的天然气管道计量中应用比较多，也具有一定的优势，但是，现场环境因素的影响对于使用超声波流量计具有一定的要求，因此，除了应该首先满足标准的要求，以及仪器生产厂家对于工况环境的要求，包括电气噪声、振动、温度等方面，还应该注意以下几个方面的内容。
2.1 噪声影响
从噪声的来源进行分析，主要来自于包括管路中的阀门、整流器、三通以及弯头等管件。考虑到超声波流量计的工作原理，则是主要通过脉冲测量换能器的顺、逆行的时间差的计量工作进行，所以，当出现超声波流量计工作频率相同的噪声频率的情况下，则会较为严重的影响到超声频率的接收问题，不能有效保证传输的准确性，使得流量测量受到一定程度的影响。根据相关研究工作，噪声对于部分型号的超声波流量计的具有一定的准确程度方面的影响，有的误差能够达到 2%。
为了有效保证能够降低噪声对于超声波流量计的计量影星啊，在具体的计量管路设计过程中，应尽量符合无阻流件、无弯头的安装要求，尽量在流量计下游进行安装调节阀，保证具有较为稳定的流场条件。另外，还应该选择具有较强信号处理能力的厂家，保证具有较强的抗噪声的过滤能力，使得超声波脉冲的接受能力得到有效改善，从而有效降低噪声影响。
2.2 管道配置方面
2.2.1 直管段长度要求
在进行测量天然气的流量中，对于存在的流量计的阻力件来说，包括具体的汇阀门，这些对于介质的流动状态则会造成一定的破坏，容易出现并不想要的畸变的速度分布以及涡旋等问题，这样就会造成流量测量误差的进一步加大，应该保证流量计能够有效对于上述等问题具有一定的补偿能力。为有效改善这种不良流态对于测量结果的影响，可以通过把具有一定长度的直管段在下游进行安装，能够起到较好的效果。
根据准确计量的要求，设置具有长度较长的直管段，则能有效改善流量计的计量准确性问题。根据标准的相关要求，针对较低限度的直管段长度来说，则是没有进行整流器的安装情况下，保证多声道超声流量计中的上游的***短直管段长度保证为 10D，而在下游，***短直管段长度则是为 5D，但是，如果对象则是上游阻流件较为复杂的情况来说，则应该保证上游直管段继续延长，根据报告要求，应该能够达到20D。在使用整流器的情况下，应该具体参考整流器的安装位置，并且根据产品具体要求，结合一定的实验获得长度要求。
2.2.2 直管段的质量要求
对于超声流量计来说，其上下游在***短直管段长度范围进行测量的过程中，如果出现任何的凸起物或者台阶结构，都会造成介质流态的变化，这样必然会使得流量测量误差增加，经过研究发现，如果 0.01D 的台阶存在于超声流量计的上下游附近，则会造成***小为 0.05%的测量偏差。所以，在进行施工组装以及配管选型过程中，应该对于凸起物以及台阶具有一定要求。
2.3 脏物堆积
如果天然气中含有油污、脏水、硫化铁粉等污染物，在流经过超声波流量计之后，则会在流量计的内壁以及超声波探头逐渐堆积脏污，这样则会造成管道内的实际内径减少，造成具有偏大的流量计读数问题；另外一方面，还会造成测量管内壁的平均粗糙度有所增加，这样会使得脉冲信号经过一定的表面内壁反射作用，出现一定的衰减和发散情况，使得流量计的重复性和准确度受到影响。
同时，由于这些探头上堆积的脏污影响，会造成超声波传输时间的缩短，使得流量计读数呈现偏大的情况，上述情况都会严重影响测量结果，经过相关文献资料，这种测量偏差可能超过 1%。所以，应该重
视对于天然气的气体质量的检测工作，并进行有效的清洗工作。
另外，还应该积极利用相应的流量计检测软件，对于相应的参数变化进行监测，有效掌握流量计内壁的脏污堆积程度，并进行有效的清洗工作。
3 .检定
通过有效的定期检测，能够保证仪表故障的预防工作的有效性。当前，只有部分单位具备相应的天然气超声波流量计的检定资质，其中，就相应的实流检定技术能力来说，能够基本覆盖天然气行业的大部分贸易交接流量计的应用范围，控制在 0.3~10.0MPa，实现技术上的国际先进行列。
对于天然气超声波流量计的检定工作来说，主要包括在线实流检定、离线实流检定两个方面。当前，移动式的天然气标准已经在国内采用，而天然气流量仪表的在线实流检定则是在计量站的现场中采用，但是，还依然存在一系列的问题，包括道路运输困难、环境影响、不具备安装条件、移动标准等方面。一般情况下，长输管线贸易计量交接仪表的检定中，只有少部分采用了在线实流检定，另外大部分则是进行离线实流检定。
根据超声波流量计的检定标准，对于具有自行诊断功能且能够报警记录保留的情况，能够有效进行现场检验超声波流量计，保证实流检定周期进行延长至 6 年左右。当前，各个研究机构正在进一步规范相应的技术指标和操作规范，力争能够有效降低在进行在线检验过程中的各个送检成本。
4 .结论
通过实践证明，在进行陕京线、西气东输的天然气长输管道的实际工程中，气体超声流量计能够满足相应的天然气贸易计量需求，有效保证天然气计量技术水平的进一步提升。考虑到气体超声流量计具有准确度高、无压力损失、较宽的量程比以及结实耐用等特点，只要注意其在安装条件、脏污防止、噪声避免等方面的问题，就一定能够保证天燃气超声流量计的应用前景。