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燃气超声流量计使用中的检验


文章日期:2017-06-17|阅读数:


超声流量计使用中的检验是通过声速比对实现的。超声流量计的检定周期一般不超过 2 年,通过对超声流量计进行使用中的检验,可以将其检定周期从 2 年延长至 6 年;同时也可以通过声速比对,随机抽检其计量的准确性。

1 .前言

《超声流量计检定规程》(JJG 1030—2007)7.4“检定周期”规定超声流量计的检定周期一般不超过 2 年。对于插入式流量计,如流量计具有自诊断功能,且能够保留报警记录,也可每 6 年检定一次并每年在使用现场进行使用中的检验。该规程附录 C 对超声流量计使用中检验的相关技术要求作了详细规定。

分公司目前使用的燃气超声流量计均具有进行计算声速和测量声速比对的自诊断功能。现就超声流量计使用中以声速比较为基础对流量计进行在线检验进行浅析。

2 .超声计量系统组成及原理

分公司长寿站、旱土站的超声计量系统组成均为:流量计算机、色谱仪(分析小屋内)、超声流量计、温度变送器、压力变送器。其工作原理为:流量计算机汇集温度、压力变送器上传的温度、压力信号、色谱仪上传的被计量燃气的组分数据、超声流量计上传的超声波顺流、逆流时间差信号,通过内置的符合相关要求和报告的计算软件计算并显示燃气的压缩因子、流量(工况、标况)、计算声速、测量声速等实时数据。

3 .超声流量计工作原理(得到燃气流量的同时也得到:测量声速)

超声波在流动的流体中传播,无形中就带上了流体流速的信息。由于流体流速的影响,超声波顺流和逆流的传播速度是不一样的;通过同样管段的距离,超声波顺流和逆流传播所需时间也就不同。超声波通过一定长度的管段,顺流传播时间等于超声波经过的管道长度(声道长度)除以超声波在此燃气工况下的声速与燃气流速沿声道方向的分量之和;逆流传播时间等于超声波经过的管道长度(声道长度)除以超声波在此燃气工况下的声速与燃气流速沿声道方向的分量之差。超声流量计就是利用这个原理设计制造的。其实现工艺为:超声流量计通过 1 对或多对超声换能器交替发射和接收超声波,通过信号处理单元(SPU)处理,得到超声波顺流和逆流传播的时间及差值,从而计算得出流体的流速、流量等数据。

超声流量计工作原理如下图所示:

t1  =L/(c+v(x/L)) (1)物理意义:超声波顺流传播时间等于超声波经过的管道长度(声道长度)除以超声波在此燃气工况下的声速与燃气流速沿声道方向的分量之和。

t2   =L/(c-v(x/L)) (2)

物理意义:超声波逆流传播时间等于超声波经过的管道长度(声道长度)除以超声波在此燃气工况下的声速与燃气流速沿声道方向的分量之差。

t1:超声波顺流传播时间,s,可以通过超声测量技术得到;

t2:超声波逆流传播时间,s,可以通过超声测量技术得到;

L:声道长度,m,常数

c:声速,m/s

v:燃气工况流速,m/s

根据公式(1)、(2),可以计算得出燃气工况流速及声:

v=L2(t2-t1)/2t1t2x(3)

c  =L(t1+t2)/2t1t2   (4)

说明:1、公式(1)、(2)中的声速 c,是在一定燃气工况条件下的理论声速,即声速的真实值;公式(4)的声速 c,则是通过超声技术手段测量超声波传播时间而计算得到的声速,称之为测量声速。

2、通过公式(1)-(4)可以得出:超声流量计采用时间差法检测得到燃气工况流速的同时也检测得到了相应燃气工况条件下的声速(测量声速)。也就是说,对于超声流量计来说,计算并显示的燃气流量和测量声速两者 2 为一体,那么就可以通过超声流量计日常使用中的声速比对间接检验其流量(计量)的准确性。

4 .计算声速(超声流量计使用中检验的标准器)

超声波在一定燃气工况下的理论声速除了可以通过超声技术手段测量得到,称为测量声速;还可以通过相应燃气工况下燃气的组分、温度、压力通过符合相关报告的计算软件计算得出,称为计算声速。、

燃气声速是燃气热力学参数之一,美国气体协会输送计量委员会 10 号报告(简称 AGA.10 号报告)提供的计算方法是目前***准确的计算燃气热力学参数的方法。当燃气温度范围为-8℃—62℃,压力低于 12Mpa 时,通过 AGA.10 号报告计算出的燃气声速不确定度可优于 0.1%。分公司目前使用的超声计量系统正是采用符合 AGA.10 号报告的计算方法通过燃气工况下的组分、温度、压力数据求得的计算声速。故较之测量声速,计算声速更接近于理论声速即声速的真实值。

 

前述声速比对,就是指测量声速与计算声速的比较。从这个意义上说,计算声速就成为一个标准器,一个在超声流量计使用中间接检验其计量准确性的标准器。

 

影响计算声速可靠性的因素有燃气工况条件下的温度、压力、组分数据及相关声速计算方法。

 

5 .超声流量计使用中的检验

 

根据《超声流量计检定规程》(JJG 1030—2007)及其附录 C 的技术要求,结合分公司目前使用的德国埃尔斯特公司(Elster)生产的 Q.Sonic-4 型超声流量计,简述超声流量计使用中的检验。

(一)超声流量计使用中的检验是通过声速比对实现的。声速比对之前应对超声计量系统的标准设备进行状态诊断,以保证超声流量计使用中检验的标准器—计算声速的可靠性。超声计量系统的标准设备包括在线色谱分析仪(得到燃气工况实时组分数据)、温度变送器、压力变送器、计算软件。

(1)色谱分析仪状态诊断

色谱分析仪的技术性能应满足 GB/T 13610-2003,其测量准确度应达到 0.05%。持有有效的检定合格证书,各项参数设置正确,无报警产生。

(2)温度变送器状态诊断

温度变送器的准确度应优于 0.1℃,持有有效的检定合格证书,其量程应能满足被检验流量计全量程检验要求。

(3)压力变送器状态诊断

压力变送器的准确度应优于 0.1%,持有有效的检定合格证书,其量程应能满足被检流量计全量程检验要求。

(4)计算软件状态诊断

计算软件应符合 AGA10 号报告,并经计量部门认可。

(二)为保证测量声速的可靠性,声速比对之前应对流量计算机、超声流量计进行状态检查。

(1)流量计算机状态检查

检查报警记录,确认无流量计自身原因产生的,能够引起计量错误的报警情况。

(2)超声流量计状态检查

1)采样率:每秒钟对所有声道进行超声波传播的次数。,Q.Sonic 超声流量计一般其值稳定在 14-15 之间。

2)效率因子:脉冲信号接收率,以百分比的形式显示,每秒更新一次。某个声道的效率因子一般不会持续小于 40%。在管线停输的状态下,效率因子必须接近 100%(一般不能低于 90%)。

3)电压增益:信号放大器电压根据所测超声波脉冲信号强度作出的调整。其值应小于 65535。在管线停输时,各个声道的增益值应该相近。增益会随着流量的增加而升高。使用过的流量计可能会稍微高于初次安装时的读数。Q.Sonic-4 的 1、4 声道为单反射声道,2、3 声道为双反射声道,双反射声道的增益值会略微高于单反射声道增益值。当增益值明显升高时,表示信号的接收强度开始减弱,这种情况多因为探头表面被污染、管道内壁被脏污、信号处理电路板故障或者信号线缆存在干扰。

4)涡流角度:Q.Sonic 超声流量计测到的气体在轴向的旋转角度。涡流角度在-20 到+20 度之间 Q.Sonic 超声流量计可以可靠工作。

(三)声速比对

在诊断、检查了前述设备的状态正常之后,即可进行超声流量计的声速比对。

(1)检验流量点的确定

一般情况下,声速比对检验流量点应选择为流量计***小流量或系统能达到的***小流量 qmin,分界流量 qt,系统能达到的***大流量 qmax,及在 qt 和 qmax 中间等分的 1-2 个流量点。

(2)流量点的检验次数

对于 Q.Sonic-4 型超声流量计每个流量点的检验次数应不少于 6 次。

(3)测量声速与计算声速的偏差要求

根据《超声流量计检定规程》(JJG 1030—2007)的要求,被检流量计平均测量声速值与计算声速值偏差不大于流量计准确度等级规定的***大允许误差值的 1/2。超声流量计检定报告上准确度等级标注为 1 级,则平均测量声速与计算声速的偏差不大于 0.5%即可。(Q.Sonic-4 型超声流量计的准确度可以达到 0.5 级,因国内检定机构目前不能检定0.5 级的流量计,故其检定报告上准确度标注为 1 级;在实际应用中,平均测量声速与计算声速的偏差可以小于0.25%。)

(4)测量声速与计算声速的重复性要求

根据《超声流量计检定规程》(JJG 1030—2007)的要求,被检流量计的重复性不得超过其准确度等级规定的***大允许误差值的 1/5。Q.Sonic-4 型超声流量计检定报告上准确度等级标注为 1 级,故测量声速与计算声速的重复性不大于 0.2%即可。在实际应用中,Q.Sonic-4 型超声流量计测量声速与计算声速的重复性可以通过 2 种方法获得。方法 1 为通过每个检验流量点 4 个声道的测量声速、计算声速计算得到;方法 2 为通过所有检验流量点的平均测量声速、计算声速计算得到。

6 .结束语

以上就是分公司燃气超声流量计使用中检验的浅析。随着集团外环高压燃气管网建设的推进,超声流量计将会得到较为广泛的应用。通过对超声流量计进行使用中的检验,可以将其检定周期从 2 年延长至 6 年;同时也可以通过声速比对,随机抽检其计量的准确性,保证贸易结算的公平公正。

 



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