超声波流量计量技术

超声波流量计量技术（共7篇）

超声波流量计量技术 篇1

相对于传统技术技术新型天然气超声波计量技术具有更高的准确度, 但是这种计量技术的计量结果也会受到一定因素的影响, 为了保证获得准确的计量结果本文将对影响计量结果的因素进行分析, 并且探讨实际运用中应当注意的问题。

一、天然气流量计量中气体超声波流量计的应用

天然气流量计量主要是通过多参数测量实现的, 并且还需要设置相应的流量比对装置以确保测量的准确性。为了进一步保证实验数据的准确性和有效性, 将一套标准孔板流量计与气体超声波流量计进行串联运行。选用的气体超声波流量计为四声道, 具有300mm内径, 流量范围是240~6405m3/h。

(一) 气体超声波流量计准确度与超声的关系

气体超声波流量计测量准确度会受到被测介质内部噪声的影响。如果采用气体超声波流量计这种方法来控制流量的大小, 那么其节流的声音与流量的增加是成正比的关系, 标准孔板流量计与气体超声波流量计之间的相对误差就会加大, 这就会发生这两种流量计所计算出来的流量严重不相符。当阀门1全部打开的时候, 在阀门2控制流量大小的情况下, 气体超声波流量计的信噪会相对比较大, 标准孔板流量计和气体超声波流量计之间则会具有相对固定的误差。实验数据如表1和表2。

根据表1和表2可知, 如果由上游阀门1节流, 气体超声波流量计信噪就会比上游阀门全开时低, 这是因为当上游阀门在进行节流的过程中, 人类无法听到的高频声波和人类可以听到的声音将会同时产生, 如果声波频率与气体超声波流量计量的工作频率无限度相似的时候, 那么就会造成气体超声波流量计信噪比的减小, 这样流量计的测量准确度就会受到影响。

(二) 气体超声波流量计与流态的关系

根据GB/T18604-2001《用气体超声博流量计测量天然气流量》中的相关规定, 气体超声波流量计的上游直管段至少具有10D、下游直管段至少具有5D, 其目的就是确保符合对称紊流速度分布要求的天然气流态可以进入流量计。空间弯头和计量管路中阀门对天然气的速度分布会有直接影响, 从而使测量的准确度有所降低。气体超声波流量计的升到分布示意图如图3, 四个声道沿管道横截面由上至下分布。管道中气体的平均流速可以通过气体超声波流量计加权平均各个声道测得的流速获得。在阀门1节流、阀门1全开测得的气体流态在管道中分布情况如表3和表4所示。

根据图1、表4、表5可知, 在阀门1节流的情况下, 通过超声波A、D声道流速大于B、C通道流速可知, 天然气在管道中的流速分布不均匀程度会随着流量增大而增大。随着流量的增大管道内气体的分布逐渐代替分布, 换句话说, 管道中心气体的流速小于管道壁的气体流速, 当全部打开上游气流的阀门的时候, 不会阻挡气流, 管道内的气体流速不会随着流量的增加而产生较大的变化。当闸阀没有完全开启的时候, 天然气的经过会受到阀门闸板的阻挡, 产生不对称的旋转气流, 这实际上是漩涡流的发展前兆。

(三) 气体超声波流量计与气质的关系

气体超声波流量计在我国发展较晚, 所以还没有在真正全面认识其实际工作性能。一般情况下来讲, 在进行气体超声波流量计的过程中, 对其气质条件并没有严格的要求, 工业环境下可以实现气体的大多数清洁均质液体或不含大浓度悬浮粒子的流量测量。在用气体超声波流量计测量天然气的过程中, 如果天然气当中含有大量的粉尘、雾状液滴和饱和水蒸气的时候, 就应该充分考虑到气质条件可能带来的影响。

最初, 笔者发现相较于标准孔板流量计这种方法而言, 气体超声波流量计的流量测量结果相对偏高。通过对气体超声波流量计进行诊断的过程中发现, 处于非工作状态下的D声道很容易被饱和天然气所凝析出来的液体淹没, 从而影响了换能器的正常运作。当排除积存在管道内的液体的时候, 超声波流量计就可以恢复正常的工作状态。在一个声道发生故障时多声道气体超声波流量计能够实现自动补偿运算, 进而造成流量计的流量输出略高于正常情况。

能够影响气体超声波流量计工作性能的还包括天然气中的粉尘, 例如当上游某个气体处理厂没有正常开机时, 分子筛中的粉尘会随着气体超声波流量计的工作流程而带入进来, 这样就很容易在底部的换能器处造成粉尘堆积的现象, 影响气体超声波流量计的正常运转。

二、应用气体超声波流量计时应当重视的问题

(一) 科学选型

一般情况下, 型号不同的流量计, 其测量的范围也是不同的, 实际生产生活中涉及到的超声波流量计的测量范围都较为宽广, 最大流量通常是最小流量的三十倍。利用测量天然气的流速确定天然气流量是气体超声流量计的工作原理, 2.7~27m/s是其理想的工作范围, 气体超声波流量计要想保证检测准确度就应当将工作流速控制在这个范围内。如果天然气流量比气体超声波流量计的流量拐点低时, 就会在一定程度上降低气体超声波流量计的准确性, 造成增大误差的后果。而在天然气流速过高的情况下, 超声波信号无法被换能器检查到, 进而造成计量故障问题。因此, 进行超声波气体流量计选型时, 应当正确掌握管道中天然气的流速, 防止超底限或超高限运行情况的产生。选择气体超声波流量计时, 还应当对是否存在声波干扰源进行充分考虑, 其中主要指的是消音设备、大压差减压设备、高速度等能够产生超声波信号的设备。人们耳朵能够听见的声波通过消音设备能够转化为听不到的声波, 一旦气体超声波流量计工作频率接近消音设备的超声波频率或减压设备的超高频噪声, 那么超声波流量计就会无法正常工作。所以应当尽量避免在能够产生影响流量计声波场合, 安装和选用气体超声波流量计[1]。

(二) 严格安装

设置气体超声波流量计上下游直管段的过程中, 应当充分执行相应标准, 其中上游直管段和下游直管段应当分别大于10D和5D, 并且还应当安装流动调整器解决安装条件受测量现场限制的问题。同时安装气体超声流量计时应当保持水平方向, 这样就能够有效测量含液较多的天然气, 还要严格根据技术要求进行气体超声波流量计和计量管段的安装, 以保证气流就能够将天然气凝析出来的液体带走, 防止超声波流量计存在液体堆积问题。如果固体粉尘含量较大额天然气, 就应当将在上游直管段加设过滤器, 避免因换能器表面堆积沉积物而产生故障[2]。

(三) 科学维护

在使用气体超声波流量计的过程中, 需要进行维护的情况少之又少, 但如果计量气体气质较差那么就需要对气体超声波流量计的换能器进行及时清洗, 并对换能器表面是否存在水沟和杂质进行检查。同时还应当关注有无泄漏存在于气体超声波流量计的各连接件中, 链接线路是否正常以及检测零流量是否准确等等。

(四) 定期诊断测试

一旦气体超声波流量计产生流量突变的情况, 就应当运用其他与气体超声波流量计串联运行的流量计进行比对校核, 确定显示天然气流量变化的真正原因。对于没有其他流量计作比对的情况, 就应当通过气体超声波流量计的诊断软件对各个换能器的工作参数进行全面检查, 进而了解异常参数值是否存在。对于使用超声波流量计较多的情况, 应当将便携外夹式超声波流量计作为首选, 这样能够随时校核固定安装的超声波流量计[3]。

结束语:

新型天然气超声波流量计量技术作为一项先进的技术, 已经得到人们的广泛认可和运用。但是在实际运用过程中仍然要充分考虑影响计量过程的相关因素, 并通过采取相应的措施获得最准确的计量结果。

参考文献

[1]申思, 申云廷.超声波在天然气流量计量中的应用[J].城市燃气, 2014, (09) :11-15.

[2]李慧青.气体超声波流量计在天然气流量计量中的应用研究[J].内江科技, 2014, (06) :85.

[3]李立新.超声波流量计在天然气流量计量上的应用[J].工业计量, 2014, (19) :42-44.

超声波流量计量技术 篇2

1 几种超声流量计简介

目前用于天然气交接计量的超声流量计主要有以下6种, 其产品的性能见表1。

由表1可看出, 几种超声流量计的压力、流量范围已覆盖管输高压、大流量天然气计量领域的范围, 还可通过并联流量计的方式来实现更大流量的计量。以上几种超声流量计的准确度都在1.0级以内, 校准后有的可达0.5级甚至更高, 可当作核查流量计或比对标准流量计使用。

2 超声流量计的故障诊断

超声流量计由于其固有的特性, 拥有多种方式判断其运行的状态, 如:波形图、增益值、信号质量、信噪比、剖面系数等, 现将其主要的含义和判断指标介绍如下。

2.1 波形图

波形图是判断超声信号质量好坏的最直观的方式, 特别针对判断信号是否存在干扰的情况。正常情况下, 超声波波形是平滑的波动线, 若存在干扰, 波动线连续性变差, 其波形相对正常的波形会发生较大变化, 这种变化用肉眼也很容易辨别, 正常声波和受干扰的声波图对比见图1。

2.2 增益值

增益值 (Gain/AGC) 是指换能器为了获得有效的、能够接受的信号而增加信号强度的一个示值, 其示值的计算方法各厂家都不相同, 一般是自动获得。增益值受天然气压力、流速、换能器赃污等情况而决定, 工况条件较好时其值较低, 工况条件较差时其值较高。

2.3 信号质量

不同超声流量计厂家对“信号质量”的含义和命名并不相同;对其信号质量的要求也有所不同, 用于天然气贸易计量时, 一般要求信号质量不低于90%。

信号质量=接收信号数/发射信号数

差错率= (发射信号数-接收信号数) /发射信号数

2.4 信噪比

信噪比 (SNR) 是信号强度与噪声强度比值, 其值越大越好, 厂家一般会给出其正常工作时的示值范围, 或报警限 (表2) 。但也有部分厂家没有明确给出该示值, 需通过公式计算。低信噪比常常意味着控制阀 (干扰) 噪声的存在。

2.5 流速特性

流速特性当以剖面系数和漩涡角来表示时, 其计算方法因声道的布置方法不同而各有不同 (对于均匀分布4声道对射式超声流量计其剖面系数是中间两声道的声速和除以两边两声道的声速和) , 其主要反映的是天然气在管道内流态的不均匀度, 其值应该控制在一定范围内方才合理, 如:3400的剖面系数值在1.12~1.22之间, 漩涡角值在1°~4°之间, RMG的剖面系数值在0.8~1.2之间, 漩涡角值应小于3°。

3 声速核查

声速核查的方法, 在AGA Report 9-2007[1]、AGA Report 10-2003[2]以及JJG 1030-2007[3]中都有提到。JJG 1030-2007中规定, 如果每年进行使用中检验并符合要求, 超声流量计检定年限可延长到6年。声速核查的方发法不仅是超声流量计使用中检验的一种手段, 也是超声流量计使用单位自诊断维护和设备管理的重要手段。

声速核查的主要原理是:天然气组分、温度、压力值可以确定唯一的声速值, 当实测值与理论计算值一致时, 则认为该流量计数据可靠。天然气取样分析以及温度、压力仪表的选择安装可参考GB/T18603-2001《天然气计量系统技术要求》[4]、GB/T18604-2001《用气体超声流量计测量天然计流量》[5]和JJG 1030-2007。

声速核查的指标要求:各声道测量声速与总平均值的偏差±0.2%;各声道测量声速之间的最大声速差<0.5m/s;测量声速与理论计算声速的偏差±0.2%;声速测量的重复性<0.1%。

从目前国内声速核查开展的情况来看, 大部分超声流量计是满足此要求的。声速核查中测量声速与理论计算声速偏差的正负与测得流量与实际流量并无线性关系, 声速的偏大或偏小并不意味着流量偏大或偏小, 但声速核查法可以反应出超声流量计的工作状态, 同时还间接印证了整个计量系统 (压力、温度、气相色谱仪等) 的稳定性和准确性。

4 结论及建议

1) 增益值、信号质量、信噪比3个参数是超声流量计自诊断功能中的量化指标, 在现场可对其进行实时监控, 声速核查体现了整个计量系统的稳定性和准确性, 但需要配合天然气组分分析仪、压力、温度传感器等使用, 根据情况可进行实时或定期的核查, 建议在线分析组分数据时, 进行实时核查, 采用离线组分分析时, 进行定期核查。

2) 超声流量计的配置文件和各项报警是其自诊断和维护的必用工具。配置文件中有其干标系数、实标系数、各声道声程计算、探头参数等众多影响计算流量的数据, 若其数据不正确, 在线诊断也难以判断故障。因此建议在安装、调试完超声流量计后, 对其配置文件和各项报警进行一次存档, 其后应至少每3个月进行一次存档。

3) 在超声流量计的自诊断中, 如某项诊断参数出现报警时, 应及时核对其他诊断参数以及对比其在正常工作时的参数。通过历史事件调阅, 检查超声流量计基础参数是否被异常修改。

参考文献

[1]AGA Report 9-2007用多声道气体超声流量计测量天然气流量[S].

[2]AGA Report 10-2003在天然气或其它烃类气体中的声速[S].

[3]JJG 1030-2007超声流量计[S].

[4]GB/T 18603-2001天然气计量系统技术要求[S].

超声波流量计量技术 篇3

随着高速数字信号的处理技术与微处理器技术的迅猛发展, 超声波流量计的精确度不断提高, 对于不同工况下的适应能力也越来越强, 在其使用过程呈现出来的, 结构简单、重量轻、安装维护方便以及极大程度上减小了管线压力损失等特点, 使其在测量领域的应用越来越广泛。油品计量交接中普遍存在压力损失严重, 管线中存在油气混合或者油水混合的状态等问题, 增加了资源成本和人力成本。本文主要论述通过对超声波流量计的改进来避免这些问题, 从而降低油库等油品储运环节中的成本。

2 对比分析

现在行业内普遍使用的流量计按照原理的不同主要分为压差式流量计、容积式流量计、速度式流量计、质量流量计和超声波流量计。在油品计量交接过程中以容积式和科式质量流量计应用最多。其中容积式流量计受测量温度, 流体管道内的流速和流量计安装前后压差影响较大, 测量结果容易产生较大偏差;质量流量计安装时多需要变径, 当油品含有少量的气或者水时通过流量计时容易产生挂壁现象, 导致流量计读数出现漂移, 从而影响计量的准确性。容积式流量计和科式质量流量计还普遍存在压力损失严重的问题。以科式质量流量计为例, 安装时往往需要缩径, 当管道直径为350m, 选用公称直径为DN200的CMF质量流量计测量, 假设流量计不间断运行, 那么每年因压力损失所需增加的能耗费用约17万元!

超声波流量计基于超声波的传递特性, 通过超声波在介质中传播过程中会受到流体的作用可从而携带介质内的流动信息来测量流量。一般超声波流量计由超声波换能器、电子线路, 和流量累计显示系统组成, 换能器将电能转换成超声波信号, 接收端接受超声波信号后通过电子线路对信号进行放大处理, 经过计算将流量信息反映在显示系统上。与上述几种流量计相比, 超声波流量计有以下突出优点:

2.1 结构简单, 流量计体积轻便, 不用改变管径可直接在管道上安装, 使用和维护方便;

2.2 不改变管道内流体的流动状态, 不产生额外的压力损失, 极大的减少了管线中的能耗;

2.3 对管线内流体不产生扰动, 对于油品等易燃易爆液体, 减少管线内静电的积累, 从而提高管输油品过程中的安全性。

3 原理简介

超声波流量计是非接触式流量计, 利用超声波在流体中传播时会携带流体的速度信息, 通过收集在固定距离内的传播信号并对信号进行分析测算就可计算出流体的速度。现有的超声波流量计所应用的基本原理主要有:速度差法、相关法、噪声法、多普勒法和波束偏移法等, 其中相关法测量精度最高可以满足成品油计量交接需求, 多普勒法超声波流量计可以测量气液两相流体。本文拟使用相关法超声波流量计加装一组换能器识别油、气、水三相流, 从而精确计量交接体积, 减少人力投入以及人为因素的影响。

3.1 相关法

相比于时差法通过对换能器之间的超声波脉冲信号频率的采集与计算从而得出流体速度, 相关法的原理相对复杂但是有效的避免了脉冲信号在流体中传播时所受到的流体气泡, 周围噪声等因素的影响, 从而大大提高了流量计的精度。

相关法是在原有的脉冲信号叠加一组一定信噪比的噪声, 接收器对两组脉冲信号幅值进行分析, 找出最大相关点, 从而确定脉冲信号的频率以计算流体的速度, 这种方法在极大程度上避免了环境噪声或流体中存在的气泡等杂质对原有超声波信号的干扰, 大大提高了流量计的精度, 可以满足成品油计量交接的要求

3.2 超声层析法

超声波可以通过固体、液体、气体传播, 超声波在不同介质中的传播速度与介质本身的性质有关, 超声波在空气 (15℃) 中的传播速度为340m/s, 在煤油 (25℃) 中的传播速度为1324m/s, 在蒸馏水 (25℃) 中的传播速度为1497m/s。而且超声波在介质中传播过程中根据介质内部的不同情况会呈现出不同的反射、散射等特点, 从而反映介质内部信息, 这就是超声波成像技术。这种运用几何声学的方法所得到的管路内流体截面信息, 与流量计测得的体积信息相结合, 从而计算出油品体积。在相关法超声波流量计精确度的基础上, 通过加装一组不同频率信噪比的超声波换能器获取截面信息。过滤气体和水的信息, 只计算管路中油品的体积, 从而达到测量油、气、水三相流流量的目的。

4 结语

本文基于油品储运过程中存在的问题, 提出了相关法与层析法相结合得超声波流量计使用的可能性与市场前景。但由于超声波流量计在行业内并未形成产品系列化, 和通用化的研发、生产和使用形式, 导致目前超声波流量计用于油品计量交接的情况还是凤毛麟角。不过随着数据采集技术的不断发展以及系统算法的不断更新, 超声波流量计最终会克服目前自身还存在的种种不足, 成为流量计行业中的一支主力军。

摘要：以相关法超声波流量计为基础, 提高超声波流量计的精度, 满足油品计量交接中的要求, 另外加装一组超声波射线层析换能器, 解决油品计量交接中普遍存在的问题, 从而降低运行成本, 提高效率。

关键词：超声波流量计,相关法,射线层析法,三相流识别

参考文献

[1]康晓峰, 刘炜.浅析超声波流量计的工作原理及其应用.盐业与化工, 2014.

[2]梁国伟等, 流量测量技术及仪表, 机械工业出版社, 2002.6.

[3]曹茂永, 王霞, 郁道银.高噪声背景下超声信号数字处理技术研究[J].仪器仪表学报, 2002.

[4]赵鑫, 金宁德.相关流量测量技术发展[J].化工自动化及仪表, 2005.

[5]郑永志.超声波流量计新技术浅析.石油化工自动化, 2013.

超声波流量计量技术 篇4

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国家标准颁布设施之后, 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[1,2]。

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。

联立上述两个方程, 可以求解得到,

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, 除了应该首先满足国家标准的要求, 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[3,5]。

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。根据国家标准的相关要求, 针对最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最短直管段长度保证为10D, 而在下游, 最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, 其上下游在最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, 则会造成最小为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 脏污堆积

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[6]。

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国家标准, 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, 就一定能够保证天然气超声流量计的应用前景。

摘要：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。

关键词：超声波流量计,天然气计量,工作原理,注意事项

参考文献

[1]郑丹丹, 张朋勇, 张涛, 等.单声道超声流量计不同声道布置形式的流场适应性[J].天津大学学报, 2014.

[2]郑丹丹, 赵丹, 张朋勇.超声流量测量中换能器对流场扰动机理研究[J].机械工程学报, 2014.

[3]何骁勇, 徐正海, 纪超, 等.液超声流量计在海上原油贸易交接计量中的应用[J].化工自动化及仪表, 2015.

[4]陈立, 肖迪.气体超声流量计的现场核查[J].油气田地面工程, 2015.

[5]郑丹丹, 张朋勇, 徐天室.超声流量计探头安装位置对测量影响数值仿真研究[J].机械工程学报, 2011.

煤矿管道瓦斯流量计量技术研究 篇5

《2012年煤矿安全工作要点》第三条强调:强力推进先抽后采、综合治理的治本措施,深化煤矿瓦斯防治。在该条中又特别强调“强力推进瓦斯抽采达标”的实施措施。该文件督促煤矿企业严格执行《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》,建立瓦斯抽采达标自评估制度,把瓦斯抽采达标能力作为矿井生产能力核定的重要约束性指标,组织开展瓦斯抽采达标监督检查,切实做到先抽后采、抽采达标,实现抽、掘、采平衡[1]。作为保证瓦斯抽采达标的重要手段——管道瓦斯流量计量将在整个考核过程中起到重要作用。本文重点研究如何保证管道瓦斯计量结果既准确又适合煤矿现场工况条件。

1 管道瓦斯流量计量技术发展现状

到目前为止,煤矿管道瓦斯流量计量技术经历了从无到有、从人工计量到仪器自动计量、从简易粗放计量到精确结算计量的过程。由于管道瓦斯气体的特殊性,目前在瓦斯抽放计量领域使用较为广泛的仍然是孔板流量计、涡街流量计、皮托管流量计、旋进漩涡流量计、V锥流量计等。

孔板流量计起源早,历史悠久,国际通用,机构简单,成本低且无可转动部件,取压孔不易被脏污介质堵塞,能够保持取压的长期稳定可靠,故孔板流量计在管道瓦斯抽放现场的适应性较好。在前期抽放计量仪器较少的时候,孔板流量计几乎占据了整个应用领域,可以说其市场占有率是最大的。

涡街流量计产生于20世纪50年代,其相对孔板流量计来说具有量程比宽、压损小等优点。在只有孔板流量计的时代,涡街流量计的出现体现了其应有的价值,并在瓦斯抽放计量市场上占有一定的份额。

皮托管流量计由一个直径较细的圆管构成,主要采用人工测量方式。在输气管道上开一个小孔,将皮托管插入管道内,皮托管即可测量出管道内测量点气体的动压,进而可以推算出该点的流速及流量。该种流量计主要用于管道气体流量摸底与现场流量比对,在煤矿管道瓦斯流量计量领域的使用较为普遍。

旋进漩涡流量计是缩小了内径的涡街流量计,其与涡街流量计都属于流体振动型流量计。因旋进漩涡流量计内部流通面类似标准节流装置——文丘利管,也有人称其为“文丘利涡街”。该仪表解决了涡街流量计直管段要求高和下限流速高的问题。

V锥流量计出现于20世纪80年代,其在保持孔板流量计测量精度高、稳定性高、可测量多相流等优点的基础上,针对孔板流量计的主要缺点进行了改进,因此还具有测量量程比宽、自整流、自清洁、压损小、稳定性高等孔板流量计所没有的优点。V锥流量计最早在石化、热能、供水等领域得到广泛应用,2007年被用于瓦斯抽放流量计量领域,并迅速表现出其在管道瓦斯流量计量方面的优势:可测量多相流,能够适应管道瓦斯这种高湿、高脏的气体环境,现场适应性较好;测量量程比宽,测量下限更低,能够适应抽放管道瓦斯气体流速低的特点;具有自整流特点,使得现场所需的直管段长度大大缩短,能够适应煤矿现场安装空间狭窄的实际情况;具有自清洁功能,节流件不会被气体中的污垢腐蚀、磨损,能够保持节流装置流量系数的长期稳定性,增大校准周期;压损小,适用于低负压抽放管道的流量计量而不影响其抽放效果;稳定性高,使得现场维护成本下降。该流量计已在多个CDM(Clean Develop-ment Mechanism,清洁发展机制)项目和抽气系统中使用,具有代表性的有山西阳城民生燃气公司CDM项目(国内瓦斯发电项目中较早通过联合国CDM项目组第三方机构验收的项目)、山西寺河瓦斯发电CDM项目(全球最大的瓦斯发电项目)以及淮北瓦斯抽放流量计量系统等。

2 管道瓦斯流量计量技术存在的问题及解决方案

2.1 管道瓦斯流量计量技术存在的问题

管道瓦斯气体存在湿度大、杂质多、气液固混合、压力低、流量变化范围宽、流速下限低、现场安装环境局限性大等特点,这就要求测量其流量的流量计具有如下特征:无可转动部件,测量量程比宽,可测量多项流,不易堵塞磨损,永久性压损小,测量下限低,直管段要求短。虽然气体流量计种类很多,但适用于管道瓦斯流量测量的流量计并不是很多。当前应用最为广泛的孔板流量计、涡街流量计、皮托管流量计、V锥流量计等在测量管道瓦斯时也存在相应的问题。

孔板流量计存在的问题:(1) 测量量程比窄,约为1∶3,相对煤矿流量变化范围来说,测量范围较窄;(2) 采用边缘截止、中间流通的锐角节流方式,使管道瓦斯气体中的液体或固体杂质无法顺利流过,造成孔板前方液体和固体杂质堆积的现象,需要经常清洗管道;(3) 对流场的分布要求较高,直管段要求长,现场安装局限性大;(4) 对管道介质造成的永久性压损较大,特别是负压端会影响井下抽放压力,同一条管道上不适宜串联使用多台孔板。

涡街流量计存在的问题:(1) 对环境振动较为敏感,现场长期运行稳定性较差;(2) 测量下限较高,特别是对于低密度介质,如气体介质,特别是负压状态下的气体介质,测量下限一般不低于5 m/s;(3) 采用插入式点测量方式,插入的深度不同,测量的流量结果也不相同,无法保证现场与实验室的测量精度一致;(4) 直管段要求更长,现场安装局限性更大。

皮托管流量计由于插入杆较细,取压孔较小,容易堵塞,不适宜长期在线测量瓦斯流量。

旋进漩涡流量计存在的问题:(1) 适用管径范围小,一般最大只能测量300 mm管径,适用面较窄;(2) 给管道带来的永久性压力损失较大,影响瓦斯抽放效果,主要应用于油田井口平台高中压油、气的流量测量;(3) 现场适应性差,同一管径的每一台仪表都具有相同的流速测量范围,且不可更改,只能通过现场管道的扩管或缩管来滿足流量计的流速测量要求,即以现场工况条件来适应并满足流量计的需要;(4) 易受被测介质影响,特别在介质脏污的情况下,其导流器(旋转导流槽、在入口处的螺旋浆形叶片)容易结垢,严重时可能封闭叶片面积,需要经常清理。

V锥流量计主要是为了解决孔板流量计和涡街流量计存在的问题而引入的,具有测量量程比宽、自整流等优点,但它整体结构较为复杂,运输、安装较为不便。

2.2 提高管道瓦斯流量计量准确度的方法

瓦斯流量的测量准确度是管道瓦斯流量测量过程中存在的一个主要问题。瓦斯气体里含有大量的液态水以及固体杂质,并且瓦斯体积分数会实时变化,这些因素会严重影响气体的物理性质,如密度、黏度等,特别是对气体密度影响较大。

解决该问题可采用以下办法:(1) 对瓦斯体积分数进行实时检测并最终转换为对瓦斯气体密度的实时修正,从而解决瓦斯体积分数变化带来的密度误差;(2) 在管道上多加放水器,使气体中的液态水和固体杂质能够在经过一段距离的输送之后,最终排除到管道之外,从而尽可能保证到达流量计的气体为较为洁净和干燥的瓦斯气体,减小液态水和固体杂质对气体密度的影响;(3) 注意现场的输气管道布置,应保证靠近水源端的管道处于最低处,使得液态水不能够流入后端管道内,同时流量计应远离水源端;(4) 采取措施使输气管道的温度变化保持在一定范围内,从而减少瓦斯气体中的水分在流量计处冷凝的情况;(5) 在有条件的地方增加气体预处理装置,直接滤除气体中的液态水和固体杂质。

3 管道瓦斯流量计量技术发展方向

《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》第十四条规定:煤与瓦斯突出矿井和高瓦斯矿井必须建立地面固定抽采瓦斯系统,其他应当抽采瓦斯的矿井可以建立井下临时抽采瓦斯系统;同时具有煤层瓦斯预抽和采空区瓦斯抽采方式的矿井,根据需要分别建立高、低负压抽采瓦斯系统[2]。从这些信息可以看出,瓦斯抽放流量计量将是未来国家相关部门考核煤矿瓦斯抽放达标的一个重要手段,如何保证抽放效果良好并达到要求将是煤矿瓦斯抽放领域必须考虑的问题。

《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》第十六条规定:瓦斯抽采矿井应当配备瓦斯抽采监控系统,实时监控管网瓦斯浓度、压力或压差、流量、温度参数及设备的开停状态等;抽采瓦斯计量仪器应当符合相关计量标准要求;计量测点布置应当满足瓦斯抽采达标评价的需要,在泵站、主管、干管、支管及需要单独评价的区域分支、钻场等布置测点[2]。从上述规定可以看出,在瓦斯抽放管网系统中的各阶段均要设置监测点,作为考察抽采达标的一个重要指标,各阶段的瓦斯流量监测也将是重点考察对象。

煤矿瓦斯抽放管网一般由总管、干管、支管、汇流管以及钻孔等构成,如图1所示。

考虑到主管、干管、支管不经常移动,且要求测量仪器稳定性高、测量精度高,建议采用V锥流量计。汇流管以及各评价单元建议采用插入式流量计,但当前插入式流量计多采用点式测量方式,以测量一点的流量来代替整个管道截面的流量,而一个管道界面上每一点的流速是不相同的。理想状态(紊流状态)下的流速分布为一个抛物面形式,即越靠近管壁位置流速越低,而越靠近管道中央位置流速越高,因此以点带面的插入式测量方式的测量精度相对较低。这种情况宜在一个界面下采用多点测量的方式来改善,但这样做无疑又会增加成本和安装维护复杂度,故推荐采用多点采样的插入式流量计作为在线式流量测量设备,如匀速管流量计。

不同阶段的输气管可能有不同的现场状况,如管径不同、是否经常移动、周围空间大小不同、直管段长度不同等。不同阶段的瓦斯气体也可能有不同的工况条件,如含水量大小不同、脏污介质多少不同、气体压力大小不同等。考察不同阶段管道瓦斯流量的目的不同,对每个阶段管道瓦斯流量测量的准确度要求也不相同。故煤矿管道瓦斯流量计量应根据不同的现场状况、工况条件及测量需求选择相应的流量计。

4 结语

阐述了煤矿管道瓦斯流量计量技术的发展现状,分析了各种技术存在的问题并提出了解决办法;建议煤矿瓦斯抽放管网中的主管、干管、支管采用V锥流量计,汇流管以及各评价单元采用多点采样的插入式流量计;指出煤矿管道瓦斯流量计量应根据不同的现场状况、工况条件及测量需求选择相应的流量计。

参考文献

[1]国家煤矿安全监察局.2012年煤矿安全工作要点[EB/OL].(2012-02-03)[2012-07-10].http://www.gov.cn/gzdt/2012-02/07/content_2060697.htm.

[2]国家安全生产监督管理总局,国家发展和改革委员会,国家能源局,等.煤矿瓦斯抽采达标暂行规定[S].北京,2011.

[3]于洪仕.瓦斯抽放管路流量测量的多孔孔板流量计性能[J].黑龙江科技学院学报,2011,21(3):237-239.

[4]于洪仕.测定瓦斯抽放管路流量的涡街气体流量计设计[J].煤炭科学技术,2010,21(4):72-74.

时差式超声波流量计的应用技术 篇6

1 工作原理

超声波在流体中传播,顺流方向时,声波传播速度会增大;逆流方向时,声波传播速度会减小。因此,在同一距离传播时间不同,利用传播过程的时间之差可得到被测流体的流速。时差式超声波流量计工作原理如图1所示。

逆流方向超声波的传播时间为:

顺流方向超声波的传播时间为:

式(1)、式(2)中x为超声波发射器与接收器之间的轴向(水平)距离(m);c为超声波在被测流体中静止时的传播速度(m/s);v为被测流体的流速(m/s)。由式(1)减去式(2),并整理,得:

(θ一般为:30°≤θ≤45°)

由于超声波的传播速度c远大于流体流速v,且30°≤θ≤45°,可认为c2cos2θ-v2≈c2cos2θ,故,

即有:

由式(3)可见,当超声波在静止流体中的传播速度C为常数时,流体流速仅与时间差Δt成正比,测得Δt即可求出流速,进而求出流量。

2 时差式超声波流量计的应用

2.1 主要特点和应用领域

时差式超声波流量计的特点是具有无压力损失,无流动阻挠测量,可测量非导电性流体,主要用于测量清洁液体和气体,特别在大口径流量测量方面具有明显的优势。时差式超声波流量计主要应用于给排水工程、生物工程、医药工业和食品工业等领域。

2.2 精度等级、性能和功能

常用的时差式超声波流量计的性能差别较大:有些精度高,功能大;有些精度低,功能简单。精度高的基本误差为±0.5%～±1.0%,精度低的基本误差为±1.5%～±3.0%。精度高的时差式超声波流量计有严格的安装要求和参比条件。时差式超声波流量计在性能和功能上的差别也较大:性能好的测量效果稳定,计量准确,使用寿命长;性能较差的则测量效果较不稳定,计量准确性较差,使用寿命短。功能简单的仅有单向流量测量功能,只能输出模拟信号;多功能的有双向流量测量、故障自诊断和各种信息报警、压力测量、上位机通信等。表1列出了时差超声波流量计与其他常用仪表在精度、测量范围、口径及价格的比较情况。

2.3 被测量流体的要求

时差式超声波流量计应用于清洁单相液体和气体,流体中气泡较少;流体呈层流,在紊流状态下测量误差较大。由于超声波在被测流体中的传播速度受流体温度、含盐量等条件的影响,所以应尽量避免时差式超声波流量计在温度、含盐量等变化较大的状态下进行测量,以减少测量误差。

3 安装和使用注意事项

3.1 传感器的安装要求

3.1.1 测量管段位置

为保证时差式超声波流量计的测量精度,测量管段位置的选择应遵循以下原则:

(1)选择充满流体的管段,传感器安装方向应保持水平,或垂直,或倾斜,流体自下而上流动。

(2)测量管段位置应远离弯管段、三通、节流阀、阻尼孔、缩径管或其他会引起紊流的管段,至少有10D的上游直管段和5D的下游直管段。

(3)对于在泵、控制阀或套管弯曲段后的测量管段位置,其上游管段应要求有30 D以上,一般只需5 D下游直管段。

(4)应避免在电磁干扰大的环境中安装流量计,以免导致信号强度减弱产生波动,影响流量计正常工作。

3.1.2 测量点的选择

获得最强的信号和最佳的测量精度,测量管段中测量点的选择是关键。首先要确定正确的传感器安装间距,然后在测量管段上选择最佳测量点。对测量点进行选择时应注意以下几点:

(1)测量管段宜选用无缝钢管,外贴式安装时,管材应均匀致密。若为有缝管,采用“V”形安装、“N”形安装和“W”形安装时,管内壁应平滑,缝与传感器不应在管轴平面上,以免信号发生漫反射,引起信号衰减。

(2)在水平测量管段,传感器宜安装在正侧位置(即3点钟、9点钟位置),因为管道内上部位置往往聚有气泡或气穴,底部有沉淀物,从而引起信号衰减。

(3)上、下游2个测量点应与管轴线组成一个轴平面。否则,难以接收信号或引起信号衰减。

3.1.3 安装类型和方式

传感器安装有外贴式和插入式2类。外贴式安装是指传感器安装在管外表面,其安装和拆卸方便,但由于传感器与管壁间的耦合剂易干燥,有可能引起信号衰减,因此须定期更换耦合剂和重新安装传感器。插入式安装是指将传感器插入管内,其安装和拆卸较为麻烦,但不存在重新安装传感器的问题。

有4种:“Z”形、“V”形、“N”形和传感器安装方式有4种:“Z”形、“V”形、“N”形和“W”形(图2为“Z”形、“V”形、“W”形安装方式的俯视图)。采用何种安装方式,要根据具体的应用条件来选择。“Z”形安装方式适用于大管径道,管径一般为600～5 000 mm;“Z”形安装方式更适合管内壁结垢或生锈严重的管段,它具有信号强,测量精度高等优点;“V”形安装方式适用于管径适中的管道,管径一般为200～800 mm,“V”形安装方式通常是标准安装方式,它具有安装方便,测量准确的状态,“N”形和“W”形安装方式适用于小管径管道,管径一般<200 mm。“N”形和“W”形安装方式较少被采用,这2种方式是通过延长超声波距离的办法来提高小管道内流体的测量精度。

3.2 转换器的安装要求

3.2.1 转换器安装和连接电缆

转换器安装在传感器附近的仪表室,与传感器距离一般不超过300m,且距离越短越好,环境温度在-20℃～50℃之间,其防护等级与传感器防护等级相同,为IP65 (GB 4208-1993)《电器产品外壳防护试验标准》规定的防尘喷水级)。电源电缆和信号电缆应独立采用金属套管铺设;信号电缆的金属套管宜单独接地保护;电缆的分布电容、导线面积、屏蔽层数和屏蔽密度等参数应与制造厂家规定的参数一致,宜采用制造厂家生产的电缆。

3.2.2 接地要求

转换器应单独接地,接地电阻应在4Ω以下,采用6 mm2的铜导线连接。

4 结语

生产工艺复杂程度和自动化程度的不断提高,对流量测量及控制提出了更高的要求,对时差式超声波流量计的使用功能和精度等的要求也越来越高。对时差式超声波流量计的应用和安装应给予充分重视,只有在仪表位置符合要求、仪表安装正确及前后直管段充足等条件同时具备的情况下,测量系统的测量精度才能达到规定要求。时差式超声波流量计在使用过程中,应按照使用要求才能保证仪表的稳定性和计量准确。

参考文献

[1]苏彦勋,等.流量计量与测试[M].北京:中国计量出版社, 2007.

超声波流量计量技术 篇7

1时差法超声波流量计的工作原理

超声波是频率大于20k Hz超过人类听力范围的机械波。超声波换能器将电能转换为超声波能量,在流动的流体传播时载上流体流速的信息,并将其发射到被测流体中,接收器接收到超声波信号,经电子线路放大并转换为代表流量的电信号进行解析计算,这样就实现了流量的检测和显示。

时差法超声波流量计利用一对超声波换能器相向交替或同时收发超声波,通过检测超声波在介质中顺流和逆流的传播时间差来间接测量流体的流速,再通过流速来计算流量。

超声波流量计以测量声波在流动介质中传播的时间和流量的关系为基本原理。通常认为声波在流体的实际传播速度由介质静止状态下声波的传播速度和流体轴向平均流速在声波传播方向上的分量组成［1］。按图1所示,顺流和逆流传播时间与各变量之间的关系为:

式中Ct———声波在流体中的传播速度,m/s;

L ———声道长度,m;

tAB———换能器的相应时间、电路元件造成的延时等,s;

tdown———超声波在流体中顺流传播的时间,s;

tup———超声波在流体中逆流传播的时间,s;

vm———流体的轴向平均速度,m/s;

φ———声道角。

可利用式(1)、(2)得出顺逆流时间差Δt:

其中X为换能器在管线上的间距。液体中声速要远大于液体流速,因此顺逆流时间差 Δt≈ ( 2vmX) / Ct2,因而流体的流速为vm= Ct2Δt /2X。

将测得的多个声道的流体流速vi(i=1,2,3,…,n) 利用数学函数关系联合起来,可得到管道平均流速的估计值,乘以过流面积A,即可得到体积流量Qv:

其中,,n为声道数。

2超声波流量计酸性气田适应性分析

孔板流量计特别是高级孔板流量计在我国油气集输管道应用中长期占据统治地位。随着天然气开采事业的蓬勃发展,在高压、高含硫、大流量计量领域当中,孔板流量计越来越受到自身结构的限制而突显出其局限性［2］。而超声波流量计以其高量程比、高精度及非接触式等诸多优势已逐渐成为天然气计量的主流方式。超声波流量计的具体优势如下:

a. 超声波流量计是一种非接触式测量仪表, 可用来测量不易接触、不易观察的流体流量,不会改变流体的流动状态,不会产生压力损失,满足硫化氢含量高、压力高的酸性气田的计量要求。

b. 对介质几乎无要求。满足高酸气田测量强腐蚀性介质、气体成分含单质硫、压井液及硫磺颗粒等复杂的介质工况。

c. 超声波流量计运行能耗极小,控制系统提供24V直流电源即可。提供485、232接口即可以方便地与PLC控制系统对接,适合智能化高酸气田的建设需求。

3超声波流量计关键技术控制分析

3. 1酸性气田超声波流量计安装方式选择

西门子外夹式超声波流量计首次应用于高含硫气田,目前在国内外还没有成熟经验可以借鉴。 外夹式超声波流量计,即把两组换能器平行安装在管道两侧,形成两组数据反馈通道,变送器把两组数据进行平均,然后输出。安装方式主要有直射式和反射式两种［3］,如图2所示。

直射式安装超声波声束的声程最短,可以提高信号强度,当管道和液体的声导性能差时,要考虑使用直射式安装,塑料材质管道必须采用直射式安装。

反射式安装时声波可以经过管道内部进行多次采样,所以测量的精度较高,并且可以克服不好的流态影响,能实现自动调零。

在高酸气田中,由于酸气中含有凝析水、压井液和固体单质硫,反射式安装声波会多次发射到气体中水分杂质上,造成声波多次散射形成杂波, 干扰正常的波形,使信号强度弱,波形凌乱,导致计量出现时高时低的现象; 而直射式安装因其声程最短,因此更适合现场工况,能保证信号稳定。

3. 2引入抗噪膜技术

抗噪膜( 或称增透膜) 的主要作用是过滤和同步管道噪音( 过滤反射波、保留透射波、同步与信号相差1 /2周期管道噪音)［4］,对信号波所在频率周围有较好的通透性,能够吸收因酸气中硫磺颗粒和管道材质的不均匀造成的声波散射波。 根据工程应用经验,抗噪膜的厚度按1 /4声长选择［3］,而对应的谐振频率都采用探头的中心频率。 根据西门子D2H型高精度探头安装使用规范,对应的中心频率为0. 222MHz。下面以某高酸气田FUG1010型外夹式超声波流量计、D2H高精度探头应用实际为例。

根据CC129参数规范,每张CC129抗噪膜的厚度为0. 69mm。超声波穿透抗噪膜的声速为v, 在初始安装的时候,换能器通过发射超声波穿透抗噪膜会自动得出v = 1838160mm/s,即: λ = v / f = 1838160 / ( 0. 222 × 106) = 8. 28mm。根据抗噪膜的厚度按1 /4波长来选择,即可得出抗噪膜的厚度为1 /4 × 8. 28 = 2. 07mm。

因为每张抗噪膜的厚度是0. 69mm,可得出抗噪膜的张数N = 2. 07 /0. 69 = 3。所以在添加3层CC129抗噪膜后信噪比得到提高,波形曲线清晰完好。

3. 3 AGA8补偿参数设置

AGA8是基于美国天然气协会8号报告允许气体组分发生变化［5］,并给出了气体组分发生变化时气体实际密度( kg /m3) 与压缩因子Zf的变化情况,然后利用该值可以计算质量流量或者标准体积流量。由于采集的气体组分实时变化,而实测天然气压缩因子所需仪器价格昂贵,无法满足现场使用需求,因此采用固定的压缩因子进行流量补偿必不可少。西门子超声波流量计具有处理AGA8补偿信息这一功能。

3. 3. 1 AGA8补偿设置

AGA8补偿设置步骤为:

a. 生成AGA8报表。通过DV软件,正确输入化验报告中组分参数、实际温度和压力补偿参数,得到实际压缩系数,生成AGA8报表。

b. 建立与FUG1010变送器的通信。 FUG1010型超声波流量计提供了4 ~ 20m A和RS232两种通信方式,通过RS232转RS485串口,利用485通信进行远距离传输。现场超声波流量计RS232仪表接法为2对3,3对2,5对5。 如Pin2是接收数据端,它必须对应Pin3发送数据端; Pin2是发送数据端,它必须对应Pin3接收数据端; Pin5对应Pin5,即信号地对信号地。

c. 通过DV软件,把AGA8报表导入FUG1010变送器。

d. 进入流量计算机AGA8补偿界面,激活流量计算机AGA8补偿功能。

e. 重新进行通道安装。

3. 3. 2 AGA8补偿功能应用效果

在现场组分变化不大的情况下,优化AGA8参数设置,激活超声波流量计AGA8流量补偿功能后,超声波流量计1通道、2通道普遍得到提高,与实际值接近,如图3、4所示。

4结束语