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超声波流量计在天然气计量中应用
关键字:超声波流量计,流量计    日期:2018-11-22 9:13:04

摘要:超声波流量计在贸易计量领域得到了广泛应用,文章从超声波流量计的测量原理、使用注意事项以及实际应用举例等方面进行了阐述。

在天然气生产、输送、交易以及使用过程中,计量是一个关键问题,因此,对天然气进行精确、实时、经济计量尤为重要。

1常用天然气计量流量计简介

常用天然气计量选用的流量计主要有涡轮流量计孔板流量计、超声波流量计等,下面对这几种流量计进行简要介绍。

11涡轮流量计

涡轮流量计是一种速度式流量计,它先将流速转换为涡轮的转速,再将转速转换成与流量成正比的电信号,根据单位时间内的脉冲数和累积脉冲数即可求得瞬时流量和累积流量。涡轮流量计测量精度高、流通能力大,但其对气体洁净度要求较高,流量计内部轴承为可动部件,颗粒杂质容易对流量计造成损坏。

12孔板流量计

孔板流量计是一种差压式流量计,通过测量孔板前后差压,根据流量与差压成正比的关系来测量介质流量。整套流量计由节流装置、差压变送器和流量显示仪(或流量计算机)组成。孔板流量计具有简单牢固、使用期限长、价格低廉等优点,但是孔板流量计重复性不高,范围度窄,压损大,使用过程中腐蚀、磨损、污油和引压管等因素会带来较大的测量误差[1]。

13超声波流量计

气体超声波流量计由流量计表体、电子组件及微处理器系统、超声换能器等构成,目前生产最多、应用范围最广泛的是时差式超声波流量计。超声流量计测量量程宽、无机械可动部件、耐腐蚀、稳定可靠、长期运行无需特殊维护,具有双向流测量功能,集成度高、体积小、整机功能性强、性能好,但价格较昂贵。

2超声波流量计测量原理

时差式超声波流量计基本原理是通过测量超声波脉冲顺流和逆流时传播时间之差来反映流体的流速,从而测出流量[2]。测量原理如图1所示。

超声波流量计测量原理图

分别测出多个声道的流体流速vii12,…,k,利用数学的函数关系联合起来,可得到管道的平均流速计值`V3]:

`n=¦n1nk

从式(6)求出被测气体的流速后,再乘以超声波流量计的截面积A,其中A=π(D/22就能得到流体在管道中的工况瞬时流量:

qv=A`n

利用压缩因子及温度、压力信号对工况体积流量进行修正,得到标况下的瞬时体积流量qvn,从而进行贸易计量交接计算。标准参比条件下的累积体积流量按下式计算:

3超声波流量计使用注意事项

超声波流量计作为一种精密的测量器件,为保证其使用过程中的正常运行,应注意以下事项。

31正确选择型号

流量计的流量测量范围由气体的实际流速确定,被测天然气的典型流速范围一般为03m/s30m/s,用户应核实被测气体流速在制造厂规定的流量范围内。

32正确安装

流量计的安装应尽可能避开振动、噪声、存在较强电磁或电子干扰的环境。在调压计量站中,流量计通常安装在调节阀的上游。为保证在流量计的全量程范围内,流量计的现场测量性能满足要求,流量计上、下游应安装足够长的直管段,必要时安装流动整流器。在气质较脏的场合,可在流量计的上游安装气体过滤器。

33定期维护检查

超声流量计应定期进行检查及维护,查看超声换能器表面是否有沉积物,信号处理单元是否正常工作,声道有无故障,零流量测量是否准确等。

34诊断测试

流量计通过串口通信提供包括每一声道的信噪比、每一声道的流速、声速、状态和测量效果指示、报警、故障指示、历史记录等诊断测量[4]。此外,超声波流量计需要定期进行检定,检定周期不超过2年。

4超声波流量计应用举例

23储气库是我国中部地区目前在建的最大的天然气储气库,是中石化和河南省重点建设工程。文23储气库先导工程增注站里选用公称压力CLASS600,计量精度05级,口径DN200的四声道超声流量计。流量计算机通过采集气体超声流量计的工况流量信息(RS485通讯)、温度变送器和压力变送器的实时信号(420mA信号,带HART协议),完成标准状况下的天然气准确计量。流量计算机直接与站控系统相连接,用于本地数据上传,也可通过TCP/IP协议与调控中心进行通讯,用于远程数据传输和诊断[5]。计量系统的配置如图2所示。

23储气库先导工程1#集气站里站内单井注气量采用公称压力CLASS2500、计量精度10级、口径DN100的双声道超声波流量计进行流量计量,流量计直接在表头内的信号处理单元完成温度、压力补偿,将工况体积量转换成标准状态体积量。

5结束语

在实际选用流量计时,要从计量介质、流量计价格、维护费用、计量精度、使用环境等方面进行综合考虑,选择经济实用的流量计。随着超声波计量系统的不断发展和完善,超声波流量计在天然气计量中的应用也将越来越广泛,尤其在大口径、高压力长输天然气管道应用中,超声波流量计具有较大的优势。

 

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