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气体超声流量计量影响因素分析及措施

发布时间:2018/07/23 17:56 点击量:

本文依据目前国内外流量计应用现状,对管道安装、噪声干扰、温度及压力测量、脏污堆积等对超声流量计计量系统性能有影响的因 素进行分析探讨,促进超声流量计在现场的推广和普及。

前言

超声波气体流量检测技术是近年来流量检测领域的一个亮点。 伴随着天然气事业的高速发展,从目前在中、大口径管道气体流量计 量中的应用来看,气体超声流量计因其无可动部件、无阻力件、无压 损、量程比宽、测量精度高、可双向测量等特点被广泛应用到国内外 天然气计量中。在使用中进一步研究超声流量计计量性能和注意事 项,在2014年,我国相关部门对《用气体超声流量计测量天然气流 量»(GB/T 18604)国家标准进行了更新,一直实施至今。

通常情况下,气体超声流量计由流量计本体、超声换能器、电子 数据处理单元等构成。换能器通常直接与气体接触,并承受气体压 力,超声脉冲通过换能器发射,一般而言,在流动气体内的相同行程 范围内,依据逆流和顺流2个超声信号的传播时间对沿声道的气体 平均流速进行综合评定,再通过公式计算出气体流量。和其他类型的 计量仪表类似,超声波气体流量检测技术在其具体的应用过程中会 受到各种类型的因素干扰,为了有效的保证检测结果的精准度,特别 需要注意噪声、脏污、压力和温度测量准确度造成的影响。

1管路安装

一般而言,流量计入口处流体速度分布的畸变程度、流量计对畸 变的补偿能力和流量计的测量误差大小有着非常重要的关系。所以, 气体超声流量计相邻管段上各种阻流件的应用和前后的管段安装都 和流量计有着不同程度的关系。[1]

在流量计上下游安装一定长度的直管段可降低不良流态对测量 结果的影响,从准确计量的角度来看,直管段越长,计量性能改善越 好。但受场地限制、材料运输、施工成本等诸多因素限制,又只能越短 越好。GB/T 18604-2014中指出:“如果制造厂未提供流量计上、下游 直管段长度要求和流动调整器的安装要求时,或者用户无法提供预 期的安装条件时,不带流动调整器的情况下,流量计上游至少需要 50D的直管段;带有流动调整器的情况下,流量计上游至少需要30D 的直管段,且流动调整器宜安装在流量计上游10D处。流量计下游直 管段长度至少应为5D。”

2.噪声干扰

在计量装置设计和安装的初期,通常就会考虑高速气体通过管 道系统中整流器和阀门等各种类型阻流管件时造成的噪声干扰,然 而因为现场工况条件不断变化(如:流量、压力、温度)、压缩机补贴功 率下的噪声振动等不可预见的各类因素使得噪声大小难以确定。

现阶段,我国天然气计量系统的噪声污染源主要有:汇管、压缩 机、整流器、节流阀和调节阀等,在这些影响因素中,节流阀和调节阀 等节流构件造成的噪声污染对超声流量计的影响最为普遍。基于超 声流量计的工作原理,如若保持超声流量计和噪声流量计的工作频 率的范围相同,就会对超声波脉冲的探测产生干扰,对传输时间的测 量产生影响,致使体积流量的监测不精确,产生误差。

通常情形下,调压前后的压力相差越大,流体的速度变化就会越 大,相应流场产生的扰动就会越大,造成的噪声也就越大。所以,为了 有效的避免噪声污染,可以采取“多支路供气、分级调压”的调控措 施,以此实现控制噪声的目的。通常情况下,节流阀和调节阀等节流 构件造成的噪声,受到气体流向的影响,其中大部分噪声能量会被传 播至节流件的下游,仅仅有极少一部门噪声会逆流向上进行传播,在 这种情况下,可以采取“计量在前、调压在后”的安装方式,以此来降 低流量计造成的噪声。在噪声源和超声流量计之间安装直管段、90° 弯头、T型管等可在一定程度上降低噪声的影响。不同管件的降噪能 力见表 1。

3.脏污堆积

含水、粉尘、油污和其它脏污的天然气流经超声流量计时,会逐 渐堆积在流量计表体管道内或超声波探头上,对超声流量计计量准 确程度造成严重的影响,总体来说,主要表现在以下几个方面:

附着在超声波探头上的杂质缩短了脉冲信号在管道内的传 输时间,会使流量计读数偏高;或影响超声波探头的灵敏性,也会对 流量计产生较大影响。

由于杂质的附着,导致流量计上游直管段和表体内壁粗糙度 的变化或整流板的堵塞造成气体流态发生变化,可能会对流量计的 稳定性和准确度造成影响。

一般而言,各个厂家生产的超声流量计声道布置不同、数量不 同,致使探头对脏污堆积的敏感程度之间存在差异。容易证明,脏污 堆积对口径更小的超声流量计的影响更大。

4.温度、压力测量

通常情形下,超声流量计计量系统由流量计、流量计算机及配套 的在线组分分析仪、温度变送器、压力变送器等部分构成,通过输入 温度、组分和压力等参数,流量计算机可以把流量计的工况流量通过 协议转换为用于贸易交接的标准参比条件下的体积流量,它的计量 公式如下所示:

.PfTbZb

qb=qf

PbTfZf

式(1)中:f代表工况条件下,b代表标准参比条件。

基于公式(1),可以得到计量系统的准确度和压力、温度的测量 的准确性密切相关。

按照计量法的相关标准,在现场使用的压力和温度测量仪表均 会按期送往当地计量检定院检定、校准,但现场仪表通常曝晒于阳光 下,其工作温度与实验室校准温度差异较大,仍然会出现流量计算机 的温度或者压力示值不准确的情况。

通过分析国内进行的某些流体实验,可以得知,温度变送器可以 在它铭牌注明的工作温度范围之内正常运行,然而在实验室校准温 度和室外环境差异非常大的情况下,它的压力测量值和进行了防晒 保护的温度变送器测量值之间的差值可以达到18~20kPa之间。所 以,保证压力和温度测量仪表的准确、可靠显得尤为重要。

5.现场维护、管理时,必须定期对超声流量计的工作状态进行检查,并且依据相关参数 的变化情况,对流量计可能出现的问题及是否正常的状态进行相应 的判断,如噪声干扰、超声波探头脏污、流态分布不均匀等。同时检查 各连接件是否泄露,线路连接是否正常,零流量测试是否准确等。

加强对天然气气质的检测,确定合理的流量计清污周期。若发现 内部腐蚀较明显,应对其重新校准,因仅清洗会导致流量计的内径变 大,但是内径的平方和流量成正比关系,因此测量出的流量会比实际 流量小,造成计量偏小。

(2)保证相关设备测量的准确性

仪表选型时,应根据实际运行压力、温度,选择合适的仪表量程, 避免仪表的工作范围在量程的10%以下。定期对现场的温度、压力仪 表进行查校和相关的维护保养,保证其示值误差符合精度要求。对室 外仪表安装防晒装置,避免环境温度接近或者超出其设计工作温度。

气体超声流量计作为计量性能优异的仪表,随着计量准确度的进一步提高,在天然气计量中的应用将更加广泛。只有充分掌握其影 响因素和解决措施,最好在设计选型初期就严格把关,以便更好地使 用与维护,更好地服务于天然气计量。当然,国产超声流量计也逐渐兴起,期待其技术成熟后全面推广应用。