超聲流量計在天然氣計量中的應(yīng)用
發(fā)布時間：2023-02-14 10:29:24來源：hseauto.cn來源：..
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引言
天然氣是當(dāng)前最為環(huán)保的能源，在今后發(fā)展中必將占據(jù)主導(dǎo)地位，其計量工作對天然氣的整個開采工程有很大影響，關(guān)系著企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在天然氣計量方面，有容積式流量計、漩渦流量計、差壓式流量計和超聲流量計等。隨著技術(shù)的進(jìn)步，超聲流量計不斷得到改善，測量的精確度高，具有良好的重復(fù)性和較強(qiáng)的抗干擾能力，同時對氣質(zhì)要求低，壓力損失小，在天然氣工業(yè)中得到大力普及應(yīng)用。
1 超聲流量計及其原理、特點
1.1定義
超聲流量計是通過檢測流體流動對超聲束或超聲脈沖的作用來測量流量的儀器，流通通道沒有阻礙，在測量比較困難的情況下較為適用，尤其是大口徑的流量測量，更能發(fā)揮優(yōu)勢。該測量儀器有兩個關(guān)鍵的組成部分，一是超聲換能器，二是轉(zhuǎn)換器。其測量原理為，在聲音信號傳遞的過程中，會受到管道內(nèi)的介質(zhì)的影響，介質(zhì)的流動速度決定著兩個傳感器間聲音信號的輸送時間，且一般說來，通過上游的時間要多于下游，時間差與流速呈正比。
1.2計量方法
超聲流量計的計量方法主要有以下幾種：①時差法，順逆?zhèn)鞑r，由于傳播速度不同，會造成時間差，以此來計算流體的速度。一聲音信號在兩個聲波發(fā)送器和接收器之間傳遞，與管道成一夾角，傳遞至下游的聲波在流體作用下速度加快，而上游則被延遲；②相位差法，時差常會引起一定的相位差，通過對其計量來實現(xiàn)流速的計算。聲波束沿管道軸線方向被傳遞，受流體的影響，會向下游有所偏移，便宜的骷髏和流速呈正相關(guān)；③頻差法，超聲波在傳遞中，若流體不均勻，聲波會出現(xiàn)散射現(xiàn)象。一旦流體和發(fā)送器之間存在相對運動，發(fā)送的信號和被流體散射后接收到的信號之間會產(chǎn)生多普勒頻移。
1.3特點
該儀器在天然氣測量，尤其是壓力較高、口徑較大的測量，壓力越高，測量的精確度也就越高，國內(nèi)外許多天然氣站或者大型管道都采用的水氣體超聲流量計；量程通常比較寬，內(nèi)部沒有阻礙，不會出現(xiàn)磨損和壓力損失狀況，能夠節(jié)約管道的相關(guān)費用；超聲流量計有其自身的結(jié)構(gòu)特點，受氣體的流向影響小，有利于雙向流量計量的進(jìn)行，維修量較小。
2 超聲流量計在天然氣計量中的應(yīng)用
在不斷改進(jìn)下，超聲流量計的應(yīng)用范圍越來越廣，在水利檢測、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域都有應(yīng)用。其測量精度雖然很高，但是管道安裝復(fù)雜多樣，使其穩(wěn)定性和可靠性有所降低。除此外，在應(yīng)用中還會出現(xiàn)一些使用故障，需及時進(jìn)行處理。
2.1影響因素
①管道中的部件和閥門較多，容易產(chǎn)生噪音，噪音的頻率一旦接近超聲流量計正常工作的頻率，勢必會影響頻率的接收，訊號傳遞的時間差的精確度也將有所降低，不利于天然氣的測量。相關(guān)資料顯示，在某些環(huán)境下，噪聲對流量計的測量精確度及重復(fù)性危害很大，高達(dá)2% 。為削弱噪音產(chǎn)生的不利影響，在設(shè)計時，應(yīng)盡量達(dá)到無障礙、無彎頭的標(biāo)準(zhǔn)；流體要想保持均勻穩(wěn)定，調(diào)節(jié)閥應(yīng)盡量安裝在下游；在選擇計量計時，從優(yōu)質(zhì)廠家購置，保證具備較強(qiáng)的過濾能力，提高脈沖的接收能力。
②在天然氣計量中，若上下游有阻力存在，會對天然氣的流動狀態(tài)造成一定程度的影響，從而使測量的誤差增大，誤差的大小和速度分布畸變的程度等因素有關(guān)。為保證天然氣處于一種正常的流動狀態(tài)，常見的做法是在上下游安裝一段直管道，且直管段越長，測量效果越是顯著。據(jù)國家相關(guān)規(guī)定，直管段應(yīng)有最低限制，如果沒有安裝整流器，上游最短應(yīng)設(shè)置為10D，下游則為5D。此為一般情況，若條件較為復(fù)雜，上游設(shè)置10D是不夠的，應(yīng)設(shè)置為20D。若安裝整流器，相應(yīng)的配管長度需結(jié)合實際試驗確定。
③另外，若天然氣中帶有油漬或臟水等污染物質(zhì)，在超聲流量計中流動時，流量計的管內(nèi)壁會粘附臟物，從而影響到測量，首先，管道內(nèi)的實際空間縮小，測出來的流量會顯示偏大；其次，管內(nèi)壁的粗糙度會有所增加，以致于聲音訊號在反射中散射，甚至衰減，不利于流量計的測量精確度。臟物還有可能出現(xiàn)在超聲波探頭上，減少超聲波的傳輸時間，以致于讀數(shù)和實際有誤差。為避免這些現(xiàn)象，應(yīng)定期對天然氣的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測，若有臟物應(yīng)及時清理，當(dāng)前多使用相關(guān)監(jiān)測軟件，來監(jiān)測計算管內(nèi)壁臟的程度。
④在長期的使用中，流量計中的電子元件難免出現(xiàn)老化、性能下降等情況，從而引起計量誤差的出現(xiàn)，在維護(hù)中需對此加以重視，需專業(yè)的技術(shù)人員親自檢查，進(jìn)行現(xiàn)場維修。除了關(guān)鍵部件，其他外部設(shè)備的維護(hù)也尤為重要，如壓力變送器、一體化溫度變送器等，與測量的準(zhǔn)確度關(guān)系密切，應(yīng)做好相應(yīng)的檢定維護(hù)工作；外設(shè)電源系統(tǒng)對超聲流量計的運行狀態(tài)和使用壽命有很大影響，應(yīng)保證其穩(wěn)定性和安全性；另外，線路出現(xiàn)問題勢必也會影響到計量的溫度、時間等，從中可知，每一個環(huán)節(jié)都發(fā)揮著不可代替的作用，需加以重視，才能保證整個系統(tǒng)的完整。
2.2故障與處理
①在測量過程中，有時天然氣處于正常的流動狀態(tài)，但是流量計沒有顯示，出現(xiàn)這種狀況，可能是顯示單元損壞所致，也可能是保險絲被燒斷造成，重要接口接觸不良或不牢固也會出現(xiàn)此狀況。因此，在測量之前，應(yīng)做好各項檢查工作，保證控制器的顯示沒有故障代碼，若有，應(yīng)及時調(diào)整；用專業(yè)的歐姆表對接口和保險絲進(jìn)行測定，有不合格者，需及時更換。
②測量中難免會出現(xiàn)誤差，但誤差應(yīng)控制在最小范圍內(nèi)，若誤差偏大，則有可能是管道狀態(tài)不合標(biāo)準(zhǔn)，管內(nèi)有堆積物或管內(nèi)壁粘有臟物等造成。為縮減誤差，需對管道的材質(zhì)、管內(nèi)壁、以及管壁厚度等仔細(xì)檢查，保證符合標(biāo)準(zhǔn)；若管內(nèi)壁粘附臟物或銹蝕層，內(nèi)徑面積將減少，從而引起誤差，應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行清理，如有必要，更換管道；管道內(nèi)有堆積物時，要么將其清除，要么更換到其他地點安裝；直管段應(yīng)符合天然氣的均勻流態(tài)。如果還不能解決問題，應(yīng)檢查流量計的調(diào)整和存在問題。
③ 從理論上講，當(dāng)天然氣處于靜止?fàn)顟B(tài)時，超聲流量計的顯示應(yīng)該為零，但有時會顯示不為零。造成此狀況的原因很多，如閥門沒關(guān)緊，管道內(nèi)出現(xiàn)對流現(xiàn)象，流量計的零點設(shè)置存在缺陷等。在維修檢查中，應(yīng)注意閥門是否關(guān)閉到位；管道內(nèi)的溫度應(yīng)保持一致，否則易引起對流現(xiàn)象；當(dāng)天然氣處于靜止?fàn)顟B(tài)時，應(yīng)對零點進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
3 結(jié)束語
從上述分析可知，超聲流量計憑借其較高的精確度、結(jié)實耐用、維護(hù)工作量小以及量程筆寬等優(yōu)勢在許多領(lǐng)域都得到應(yīng)用，尤其在天然氣的測量工作中發(fā)揮著舉足輕重的作用，有利于提高天然氣的計量水平，值得推廣。在計量過程中會有一些影響因素，需注意及時解決，并不斷完善，使其得到更好地應(yīng)用。
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