通常情況下, 氣體超聲流量計(jì)由流量計(jì)本體、超聲換能器、電子數(shù)據(jù)處理單元等構(gòu)成。換能器通常直接與氣體接觸, 并承受氣體壓力, 超聲脈沖通過換能器發(fā)射, 一般而言, 在流動氣體內(nèi)的相同行程范圍內(nèi), 依據(jù)逆流和順流2個超聲信號的傳播時(shí)間對沿聲道的氣體平均流速進(jìn)行綜合評定, 再通過公式計(jì)算出氣體流量。和其他類型的計(jì)量儀表類似, 超聲波氣體流量檢測技術(shù)在其具體的應(yīng)用過程中會受到各種類型的因素干擾, 為了有效的保證檢測結(jié)果的精準(zhǔn)度, 特別需要注意噪聲、臟污、壓力和溫度測量準(zhǔn)確度造成的影響。

  一般而言, 流量計(jì)入口處流體速度分布的畸變程度、流量計(jì)對畸變的補(bǔ)償能力和流量計(jì)的測量誤差大小有著非常重要的關(guān)系。所以, 氣體超聲流量計(jì)相鄰管段上各種阻流件的應(yīng)用和前后的管段安裝都和流量計(jì)有著不同程度的關(guān)系。[1]

  在流量計(jì)上下游安裝一定長度的直管段可降低不良流態(tài)對測量結(jié)果的影響, 從準(zhǔn)確計(jì)量的角度來看, 直管段越長, 計(jì)量性能改善越好。但受場地限制、材料運(yùn)輸、施工成本等諸多因素限制, 又只能越短越好。GB/T 18604-2014中指出:“如果制造廠未提供流量計(jì)上、下游直管段長度要求和流動調(diào)整器的安裝要求時(shí), 或者用戶無法提供預(yù)期的安裝條件時(shí), 不帶流動調(diào)整器的情況下, 流量計(jì)上游至少需要50D的直管段;帶有流動調(diào)整器的情況下, 流量計(jì)上游至少需要30D的直管段, 且流動調(diào)整器宜安裝在流量計(jì)上游10D處。流量計(jì)下游直管段長度至少應(yīng)為5D。”[2]

  在計(jì)量裝置設(shè)計(jì)和安裝的初期, 通常就會考慮高速氣體通過管道系統(tǒng)中整流器和閥門等各種類型阻流管件時(shí)造成的噪聲干擾, 然而因?yàn)楝F(xiàn)場工況條件不斷變化 (如:流量、壓力、溫度) 、壓縮機(jī)補(bǔ)貼功率下的噪聲振動等不可預(yù)見的各類因素使得噪聲大小難以確定。

  現(xiàn)階段, 我國天然氣計(jì)量系統(tǒng)的噪聲污染源主要有:匯管、壓縮機(jī)、整流器、節(jié)流閥和調(diào)節(jié)閥等, 在這些影響因素中, 節(jié)流閥和調(diào)節(jié)閥等節(jié)流構(gòu)件造成的噪聲污染對超聲流量計(jì)的影響***為普遍?；诔暳髁坑?jì)的工作原理, 如若保持超聲流量計(jì)和噪聲流量計(jì)的工作頻率的范圍相同, 就會對超聲波脈沖的探測產(chǎn)生干擾, 對傳輸時(shí)間的測量產(chǎn)生影響, 致使體積流量的監(jiān)測不, 產(chǎn)生誤差。

  通常情形下, 調(diào)壓前后的壓力相差越大, 流體的速度變化就會越大, 相應(yīng)流場產(chǎn)生的擾動就會越大, 造成的噪聲也就越大。所以, 為了有效的避免噪聲污染, 可以采取“多支路供氣、分級調(diào)壓”的調(diào)控措施, 以此實(shí)現(xiàn)控制噪聲的目的。通常情況下, 節(jié)流閥和調(diào)節(jié)閥等節(jié)流構(gòu)件造成的噪聲, 受到氣體流向的影響, 其中大部分噪聲能量會被傳播至節(jié)流件的下游, 僅極少一部門噪聲會逆流向上進(jìn)行傳播, 在這種情況下, 可以采取“計(jì)量在前、調(diào)壓在后”的安裝方式, 以此來降低流量計(jì)造成的噪聲。在噪聲源和超聲流量計(jì)之間安裝直管段、90°彎頭、T型管等可在一定程度上降低噪聲的影響。不同管件的降噪能力見表1。

  含水、粉塵、油污和其它臟污的天然氣流經(jīng)超聲流量計(jì)時(shí), 會逐漸堆積在流量計(jì)表體管道內(nèi)或超聲波探頭上, 對超聲流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確程度造成嚴(yán)重的影響, 總體來說, 主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

(1) 附著在超聲波探頭上的雜質(zhì)縮短了脈沖信號在管道內(nèi)的傳輸時(shí)間, 會使流量計(jì)讀數(shù)偏高;或影響超聲波探頭的靈敏性, 也會對流量計(jì)產(chǎn)生較大影響。

(2) 由于雜質(zhì)的附著, 導(dǎo)致流量計(jì)上游直管段和表體內(nèi)壁粗糙度的變化或整流板的堵塞造成氣體流態(tài)發(fā)生變化, 可能會對流量計(jì)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度造成影響。

一般而言, 各個廠家生產(chǎn)的超聲流量計(jì)聲道布置不同、數(shù)量不同, 致使探頭對臟污堆積的敏感程度之間存在差異。容易證明, 臟污堆積對口徑更小的超聲流量計(jì)的影響更大。

  通常情形下, 超聲流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)由流量計(jì)、流量計(jì)算機(jī)及配套的在線組分分析儀、溫度變送器、壓力變送器等部分構(gòu)成, 通過輸入溫度、組分和壓力等參數(shù), 流量計(jì)算機(jī)可以把流量計(jì)的工況流量通過協(xié)議轉(zhuǎn)換為用于貿(mào)易交接的標(biāo)準(zhǔn)參比條件下的體積流量, 它的計(jì)量公式如下所示:

式 (1) 中:f代表工況條件下, b代表標(biāo)準(zhǔn)參比條件。

基于公式 (1) , 可以得到計(jì)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和壓力、溫度的測量的準(zhǔn)確性密切相關(guān)。

按照計(jì)量法的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn), 在現(xiàn)場使用的壓力和溫度測量儀表均會按期送往當(dāng)?shù)赜?jì)量檢定院檢定、校準(zhǔn), 但現(xiàn)場儀表通常曝曬于陽光下, 其工作溫度與實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)溫度差異較大, 仍然會出現(xiàn)流量計(jì)算機(jī)的溫度或者壓力示值不準(zhǔn)確的情況。

通過分析國內(nèi)進(jìn)行的某些流體實(shí)驗(yàn), 可以得知, 溫度變送器可以在它銘牌注明的工作溫度范圍之內(nèi)正常運(yùn)行, 然而在實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)溫度和室外環(huán)境差異非常大的情況下, 它的壓力測量值和進(jìn)行了防曬保護(hù)的溫度變送器測量值之間的差值可以達(dá)到18~20k Pa之間。所以, 保證壓力和溫度測量儀表的準(zhǔn)確、可靠顯得尤為重要。

  為提前預(yù)防儀表損壞、消除儀表故障, 須對儀表進(jìn)行定期檢測。目前, 很多超聲流量計(jì)的生產(chǎn)廠商都開發(fā)了對應(yīng)的檢測軟件, 可以實(shí)時(shí)的檢測超聲流量計(jì)的增益值、聲速、信噪比和管道天然氣的流態(tài)、流速等相關(guān)的重要參數(shù)。各單位的計(jì)量工程師在實(shí)際運(yùn)用這些軟件時(shí), 必須定期對超聲流量計(jì)的工作狀態(tài)進(jìn)行檢查, 并且依據(jù)相關(guān)參數(shù)的變化情況, 對流量計(jì)可能出現(xiàn)的問題及是否正常的狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的判斷, 如噪聲干擾、超聲波探頭臟污、流態(tài)分布不均勻等。同時(shí)檢查各連接件是否泄露, 線路連接是否正常, 零流量測試是否準(zhǔn)確等。[4]

  加強(qiáng)對天然氣氣質(zhì)的檢測, 確定合理的流量計(jì)清污周期。若發(fā)現(xiàn)內(nèi)部腐蝕較明顯, 應(yīng)對其重新校準(zhǔn), 因僅清洗會導(dǎo)致流量計(jì)的內(nèi)徑變大, 但是內(nèi)徑的平方和流量成正比關(guān)系, 因此測量出的流量會比實(shí)際流量小, 造成計(jì)量偏小。

  儀表選型時(shí), 應(yīng)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行壓力、溫度, 選擇合適的儀表量程, 避免儀表的工作范圍在量程的10%以下。定期對現(xiàn)場的溫度、壓力儀表進(jìn)行查校和相關(guān)的維護(hù)保養(yǎng), 保證其示值誤差符合精度要求。對室外儀表安裝防曬裝置, 避免環(huán)境溫度接近或者超出其設(shè)計(jì)工作溫度。

  氣體超聲流量計(jì)作為計(jì)量性能優(yōu)異的儀表, 隨著計(jì)量準(zhǔn)確度的進(jìn)一步提高, 在天然氣計(jì)量中的應(yīng)用將更加廣泛。只有充分掌握其影響因素和解決措施, ***好在設(shè)計(jì)選型初期就嚴(yán)格把關(guān), 以便更好地使用與維護(hù), 更好地服務(wù)于天然氣計(jì)量。當(dāng)然, 國產(chǎn)超聲流量計(jì)也逐漸興起, 期待其技術(shù)成熟后全面推廣應(yīng)用。