周永紅　黃紀(jì)偉

（中石油昆侖燃?xì)庥邢薰旧轿鞣止?，山西太原?30021）

關(guān)于氣體超聲波流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度影響因素的分析及對(duì)策

周永紅黃紀(jì)偉

（中石油昆侖燃?xì)庥邢薰旧轿鞣止?，山西太?30021）

城市燃?xì)馄髽I(yè)為控制損耗，降本增效，在門(mén)站、大工業(yè)用戶等開(kāi)始使用超聲波流量計(jì)。我方超聲波流量計(jì)為四聲道傳播時(shí)差法超聲波流量計(jì)，為使得研究更具有普遍性，本文以多聲道傳播時(shí)差法超聲波流量計(jì)為例進(jìn)行研究，通過(guò)以親身參與的一起計(jì)量糾紛事件為根據(jù)，以大量現(xiàn)存資料為依托，探討影響氣體超聲波流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度的因素和對(duì)策。

超聲波流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度影響因素對(duì)策

1　前言

2015年5月9日，某城市燃?xì)忾T(mén)站按要求減少對(duì)下游用戶的供氣量，工作人員采用控制流量計(jì)下游球閥開(kāi)度的方式進(jìn)行節(jié)流。2015年5月10日08：00，計(jì)量員在與上游單位進(jìn)行計(jì)量交接時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)日計(jì)量誤差達(dá)1.3萬(wàn)方，購(gòu)銷(xiāo)差率高達(dá)26%，嚴(yán)重超出了±2.5%的合理購(gòu)銷(xiāo)差率控制范圍。經(jīng)排查，上下游計(jì)量流量計(jì)均檢定合格且在合格期內(nèi)，管網(wǎng)及設(shè)備設(shè)施均不存在泄漏，抄表過(guò)程合規(guī)，因此，初步認(rèn)定問(wèn)題還是在超聲波流量計(jì)上，隨后對(duì)超聲波流量計(jì)的原理、計(jì)量誤差產(chǎn)生的可能性進(jìn)行分析。

2　超聲波流量計(jì)工作原理

本文以多聲道傳播時(shí)差法超聲波流量計(jì)為例進(jìn)行研究，該類(lèi)型超聲波流量計(jì)是根據(jù)聲波在氣體順流和逆流中的時(shí)間差與氣體流速成正比這一原理來(lái)測(cè)量氣體流量的。

傳播時(shí)差法超聲波流量計(jì)工作原理為：超聲換能器A發(fā)出的超聲波脈沖穿過(guò)管道，被超聲換能器B接收，當(dāng)管道中有氣流流過(guò)時(shí)，在氣流中傳播的超聲波脈沖的傳播速度將受到氣流的影響，使得超聲波脈沖順流傳播的速度要比逆流時(shí)快，在同一傳播距離內(nèi)，其順流、逆流方向傳播的時(shí)間分別為：

式中：TAB——超聲波脈沖從換能器A傳播到換能器B所需的時(shí)間；TBA——超聲波脈沖從換能器B傳播到換能器A所需的時(shí)間；C——超聲波脈沖聲速；V——每個(gè)聲道中的氣體流速；L——傳感器A、B之間的直線距離；X——傳感器A、B在平行于氣體流速方向上的距離；

由上述兩公式可推導(dǎo)出氣體流速計(jì)算公式如下：由此可計(jì)算出多通道流量計(jì)氣體流速計(jì)算公式如下：

式中：Vakg——流量計(jì)氣體流速；Wn——權(quán)重因子（取決于探頭的幾何分布情況）；

再對(duì)流量計(jì)氣體瞬時(shí)流量（等瞬時(shí)流速乘以管道截面積）進(jìn)行時(shí)間上的積分，即可得出氣體在指定時(shí)間內(nèi)的流量，計(jì)算公式如下：根據(jù)氣體狀態(tài)方程：

式中：P0——0.10325Mpa；T0——293.15K；Z0——標(biāo)況下的氣體壓縮因子；P——工況下的氣體絕對(duì)壓力；T——工況下的氣體熱力學(xué)溫度；Z——工況下的氣體壓縮因子?？赏茖?dǎo)出標(biāo)況下的氣體流量，如下：

3　影響超聲波流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度的因素

由上述計(jì)算公式推導(dǎo)可知，影響超聲波流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度的主要因素包括以下四個(gè)方面的因素：（1）超聲波在氣流中傳播速度測(cè)量的準(zhǔn)確性：由公式（4）可知，影響超聲波在氣流中的傳播速度的測(cè)量準(zhǔn)確性的因子有概括起來(lái)主要有超聲波流量計(jì)的安裝因素、臟污、超聲波信號(hào)和外界噪聲干擾等四方面。（2）壓力、溫度測(cè)量的準(zhǔn)確性：從公式（8）來(lái)看，所測(cè)得壓力和溫度直接影響流量計(jì)量結(jié)果，壓力偏高，流量偏高；溫度偏高，流量偏低。（3）氣質(zhì)組分因素：根據(jù)公式（8）可知，流量計(jì)算計(jì)需要利用天然氣壓縮因子將工況下的氣體流量轉(zhuǎn)換為標(biāo)況下的氣體流量，而工況下的天然氣壓縮因子需根據(jù)氣體組分分析得到。由于氣體組分處于動(dòng)態(tài)變動(dòng)狀態(tài)，采用固定組分會(huì)導(dǎo)致計(jì)量誤差。（4）流量計(jì)算機(jī)的先進(jìn)性：流量計(jì)算機(jī)是通過(guò)對(duì)氣體流速的時(shí)間積分后再依據(jù)二次儀表采集的溫度、壓力，折算出標(biāo)注狀態(tài)下的流量。因此，流量計(jì)算機(jī)的積分技術(shù)是否先進(jìn)，直接關(guān)系到最終流量數(shù)值的準(zhǔn)確性。

4　對(duì)策分析

4.1超聲波在氣流中傳播速度測(cè)量準(zhǔn)確性影響的對(duì)策

（1）根據(jù)超聲波流量計(jì)特性，流速沿軸線均勻分布的流態(tài)能提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，所以在流量計(jì)上下游安裝足夠長(zhǎng)直管段。（2）為盡量減少臟污對(duì)超聲波流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確度的影響，在管道、設(shè)備吹掃階段要盡量吹掃干凈；要加強(qiáng)對(duì)過(guò)濾器的維護(hù)保養(yǎng)，嚴(yán)格按照操作規(guī)程，定期排污，定期清理過(guò)濾器濾芯；定期對(duì)超聲波流量計(jì)進(jìn)行檢定，對(duì)其探頭潔凈度進(jìn)行檢測(cè)。（3）充分重視帶噪聲源情況下超聲波流量計(jì)的設(shè)計(jì)和安裝， 避免超聲噪聲影響流量計(jì)正常工作的情況發(fā)生。（4）由于氣體超聲波流量計(jì)需要面對(duì)氣體輸送過(guò)程中的各種干擾，特別是未知流場(chǎng)對(duì)測(cè)量精度的影響尤為突出，因此，在設(shè)計(jì)階段如能實(shí)地測(cè)量速度場(chǎng)，就可降低對(duì)各種流動(dòng)狀況建立數(shù)學(xué)模型的誤差，可獲得更好的流場(chǎng)適應(yīng)性。

4.2壓力、溫度測(cè)量準(zhǔn)確度影響的對(duì)策

（1）根據(jù)材料科學(xué)的發(fā)展，使用先進(jìn)的傳感材料，提高傳感材料的敏感度。（2）現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)傳儀表嚴(yán)格按照國(guó)家要求及時(shí)進(jìn)行檢定，并在確保檢定合格的前提下應(yīng)用。另外，在日常巡檢過(guò)程中要定期對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表和遠(yuǎn)傳儀表就行校對(duì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并整改，確保壓力、溫度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4.3氣質(zhì)組分影響的對(duì)策

為遵守計(jì)量公平、公正原則，可在不影響下游用戶安全用氣和氣質(zhì)達(dá)標(biāo)的前提下，在計(jì)量設(shè)備中引入在線色譜分析儀對(duì)輸送天然氣組分含量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、上傳，提高天然氣組分檢測(cè)的準(zhǔn)確度，及時(shí)根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整超聲波流量計(jì)的相對(duì)密度設(shè)定值。

4.4流量計(jì)算機(jī)影響的對(duì)策

及時(shí)采納當(dāng)前最先進(jìn)的組態(tài)軟件，提高流量計(jì)算機(jī)積分水平，將當(dāng)前科技成果轉(zhuǎn)化為實(shí)踐應(yīng)用。

5　結(jié)語(yǔ)

結(jié)合本次計(jì)量事件，可以明顯的發(fā)現(xiàn)，工作人員在減少供氣量時(shí)，未按照操作規(guī)定執(zhí)行，而是人為的采用控閥方式降低流量，結(jié)果因控閥造成節(jié)流效應(yīng)明顯，而節(jié)流效應(yīng)產(chǎn)生的噪音嚴(yán)重干擾了超聲波信號(hào)，最終造成計(jì)量誤差。

［1］焦永興，李華.超聲波流量計(jì)在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用及存在問(wèn)題分析［J］.中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2014（06）.

［2］楊聲將，何敏，任佳.超聲波流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)性能的主要影響因素［J］.天然氣工業(yè)，2006（03）.