超声波流量计计量不准确解决办法

天然气长输管道具有运行压力高、输气量大、 输送距离长的特点，在天然气贸易交接方面对流量 计的准确性要求较高。气体超声波流量计具有量 程比宽、压力损失小、无可动部件、适用于大口径管 道等特点，较好地满足了天然气长输管道的计量需 求，在中国天然气长输管道领域得到了广泛应用。 超声波流量计量系统与其他计量仪表一样，在实际 的生产应用中会受到各种因素的干扰，因而影响仪 表计量的准确性。

1.超声波流量计工作原理

超声波流量计为独立测量设备，由多个位于管 线内壁的超声传感器组成。传感器由紧固机械装 置插入管道中，超声脉冲被2个传感器交替地发射 和接收。由于超声波在逆流和顺流情况下的传输 时间L和h不同，通过时差法可以计算得到流体 流速，工作原理如图1所示。超声波流量计还可以 配置成双向计量模式，精度不变。

2.天然气超声波计量系统的组成

气体超声波流量计量系统一般由压力变送器、 温度变送器、超声波流量计、气体组分分析仪以及 流量计算机等五部分组成。压力、温度变送器采集 实时的压力、温度信号，超声波流量计本体是整个 计量系统的核心部分，通过测量计算天然气的流速进而得到天然气的工况流量，气体组分分析仪通过 分析气体的组分以确定天然气的压缩因子，流量计 算机将采集到的压力、温度、工况流量、气体组分信 息进行运算分析，得到标准状况下的气体流量，并 保存相应的流量历史数据。

3.影响超声波流量计量准确性的主要因素

超声波流量计量系统计量的准确性既与超声 波流量计本体有关，也和压力、温度测量仪表、色谱分析仪以及流量计算机等设备的可靠性有直接关 系。此外，在员工操作、环境影响、设计选型、设备 安装等方面也会一定程度影响超声波流量计量的 准确性，其影响因素复杂多样。超声波计量系统计 量准确性影响因素关联关系如图2所示。

在实际生产应用中，对超声波流量计量准确性 造成较大影响的主要是噪音、天然气杂质、气体组 分分析以及压力、温度测量这四个方面。

3.1噪音

天然气输气站场中由于气流速度快，弯头、阀 门等各类阻流管件的存在，会产生一定的噪声，在 计量装置设计和安装的时候已经充分考虑。但是 现场因为工况条件的变化，如流量、压力和温度等， 压缩机不同功率下的噪声震动等不能预见的各类 因素产生的噪声仍然使超声波流量计在现场使用 过程中受到噪声的影响。超声波流量计对降压元 件产生的噪声尤其敏感，甚至有些低噪声阀门比调 压阀对超声波流量计产生的影响还要大，这是因为 采用了低噪声技术的阀门将噪音频率调整至人耳 听力不敏感的高频范围（20 kHz)以上，该频率范 围怡好与超声波流量计超声频率重合，对超声波流 量计造成较大影响。

3.2天然气杂质

天然气流过超声波流量计时，水、硫化铁粉末 等杂质逐渐堆积在流量计表体管道内或超声波探 头上，都会影响超声波流量计的准确度，附着在超 声波探头表面的杂质缩短了超声波在管道内的传 输时间，影响了超声波探头的敏感性，同时由于杂 质的附着，计量撬的上游直管段表面粗糙度变化或 整流板堵塞引起气体流态发生变化，从而影响流量 计的准确度和稳定性。实验研究表明：

脏污可对 某些流量计流量输出带来0.3%或更大的偏差。

3.3气体组分

根据超声波流量计量系统工况流量与标况流 量的转换公式可知，在天然气贸易计量中需要利用 压缩因子将天然气的工况流量转换为标况流量，而 工况下的压缩因子则需利用气体分析设备，如色谱 分析仪等分析结果计算获得。气体组分检测是否 准确及时，直接影响着超声波计量系统的计量准确 性。在实际生产中，部分场站的气体分析设备未接 入流量计算机，失去了气体分析设备的主要作用， 同时在未配备气体分析设备的场站也存在着气体 组分更新不及时现象，在多气源的计量站，影响更 为明显。实验研究发现：由于输气干线组分变化 造成超声流量计的标准参比条件下体积流量偏差 ***高可达0.6%。

3.4压力和温度的测量

根据超声波流量计工作原理可知，压力温度测 量是否准确直接关系着标况流量的运算是否准确。 在现实应用中，虽然压力变送器可在其铭牌标明的 工作温度范围内正常工作，但室外裸露环境中的压 力测量值与进行了防晒保护的压力变送器测量值 的差值可高达18〜20kPa。温度变送器在现场应 用中也会出现保护套管中存在金属杂质、沙子等现 象，使测温元件不能及时与天然气达到热平衡，导 致实测温度值偏低，计量结果偏大。因此，保证压 力和温度测量仪表的准确、可靠是确保超声波流量 计计量系统的准确度非常重要的方面。

4.解决措施与对策

4.1保证工艺安装符合相应技术要求

对于未建场站，应充分考虑流量计前后直管段 长度，评估调压阀产生的噪声对流量计的影响，谨 慎选用“无噪”阀门和消声器。对于已建场站，因流 量变化导致调压阀噪音变化的可考虑利用调压阀 前后的节流截止阀分级调压，降低噪音频率，或者 改变噪音传播通道，利用调压计量间的汇管、弯头 等增加噪音损耗。条件允许时，可进行工艺改造， 在流量计前加装流量调整器，将调压阀调整至流量 计后，以消除噪音影响。

4.2加强超声波流量计的检测与维护

超声波流量计具有自诊断功能，目前绝大部分 超声波流量计均配备有专业的诊断软件，可对流量 计的声速、流速、信噪比、采样率、增益值等关键参 数进行监控分析。现场技术人员可利用专业诊断 软件定期对流量计进行运行分析，判断流量计工作 状态是否良好，掌握换能器脏污情况，制定换能器 清洗周期，如流量计内部腐蚀严重，应及时重新进 行检定。

4.3及时更新气体组分

在多气源场站或者输气量较大的场站建议配 备色谱分析仪等气体分析设备，并将分析数据实时 传入流量计算机，以保证流量计算机所测组分为管 道内天然气的实时数据，同时要加强色谱分析仪的 维护，定期利用标气对在线色谱仪进行标定。对于 未配备气体分析设备的场站要根据离之***近场站 的组分分析数据及时进行更新，以***大程度保证其 压缩因子计算的准确性。

4.4保证压力和温度测量的准确性

在超声波流量计使用过程中，应对压力和温 度测量值进行现场核查。可使用压力、温度变送 器的手操器核查流量计算机内的压力、温度变送 器示值误差是否符合精度等级的要求，当发现不 满足时应及时更换或者及时送检和校准。同时， 对于压力变送器可设置遮阳棚，防止温度变化对 其零位的影响，对于温度变送器应定期添加导热 油，检查保护套管内是否有无杂质，防止温度传 输的迟滞。

5.结束语

随着天然气工业的迅速发展，超声波流量计在 天然气流量计量领域的应用将会变得越来越广泛， 影响其计量准确性的因素将会随着超声波流量计 在不同条件下的应用变得越来越复杂多样，这就需 要现场使用维护人员深入分析现场流量计的运行 工况，不断积累现场应用经验，科学制定相应对策， 只有这样才会进一步提高超声波流量计的计量准 确性。

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