超声波流量计计量精度影响因素研究

超声波流量计计量精度影响因素研究

作者：王雨时

来源：《中国化工贸易·下旬刊》2019年第08期

摘要：近年来，我国天然气管道建设步伐逐步加快，随着中亚管道、中俄管道、中缅管道、陕京线四线、西气东输三线、新疆煤制气外输管道、鄂安沧天然气管道、LNG接收站及天然气管道互联互通工程的陆续建成投产，“西气东输、南气北上、海气登陆、就地外输”的供气格局已经基本形成。

关键词：超声波流量计；计量精度；控制措施

1 影响超声波流量计测量精度的主要影响因素

1.1 声道排列方式及修正系数的选择的影响

由多声道流量计计算公式就很直观的发现，不同流量计声道排列及修正系数是不一样的，排列方式及修正系数的选择将直接影响超声波流量计的计量精度。

1.2 脏污对超声波流量计影响

天然气管道建设、投产初期，由于管道水、焊渣等残留物未吹扫干净，导致水渍及污物粘附在超声波探头及流量计内壁上，影响超声信号的发射与接收。以RMG流量计为例，当超声接收信号弱时，会实现探头发射信号的自动增益，当增益超过40dB时，计量精度将大大降低。此外，声音在固体或者液体中的传播速度大于声音在气体中传播的速度，探头脏污导致声波传播的时间缩短，导致变大，导致流量计读数偏大。此外，当管壁上有污物会导致计算的管壁D会产生影响。

1.3 噪声对超声波流量计影响

声学噪声与气流扰动等因素有关，如突出的探头、变径管、整流器及调节阀等。当声学噪声的频率与流量计的工作频率相近时，两种声波发生共振，从而干扰超声波换能器分辨超声脉冲信号，使得信噪比发生变化，影响计量精度。

此外由于气体中超声能量的衰减与超声频率成正比，为了在接收端保持一定的信噪比（RMG大于15dB），通常的换能器工作频率都在50～200kHz左右，在此频段内，声学噪声是无法回避的问题，在2014年修改的GB/T 18604中明确提出噪声对超声波流量计测量精度的影响，所以生产过程中要时刻关注噪声值对流量计影响。

1.4 其他因素对计量精度的影响

1.4.1 流体流速影响

首先，流体的流态与雷诺数Re有关。当天然气流速越大，雷诺数越大，流态越复杂，对计量的精度影响越大。为确保计量精度，流体流速确保在厂家规定的范围内（一般在0.3m/s～30m/s）。

1.4.2 安装效应的影响

安装位置的不合理，易形成湍流、涡流，造成计量误差。流量计现场安装时，管段弯曲形式、管径变化、内壁粗糙度、管段安装误差等因素均会引起流场的非理想分布，造成流量计测量精度降低。

2 超声波流量计测量精度控制措施

2.1 合理选型

选用多声道超声波流量计时，应综合考虑流量计的精确度、量程、声道布置方式、气质情况，选用与实际流量范围相符的流量计，实行连续分输。

2.2 减少脏污

为了减少脏污对计量结果的影响，建议重点从以下几点着手：一是关注流量计的声速和天然气水露点，避免天然气水合物附着在探头表面。二是超声波流量计应与分离器配合使用，关注过滤分离器前后压差，确保流经流量计的气体洁净。三是关注超声波流量计探头的增益值（RMG低于40），如有异常，及时排查原因，及时清洗探頭。四是对于线路杂质、水分较多时，要定期组织清管，确保管输效率的同时，避免脏污附着探头。

2.3 降低噪声

一是按照流量计厂家给出的安装要求进行安装，应首先考虑将调节阀安装在超声波流量计下游，并确保有尽可能大的安装距离。二是从工艺设计、现场施工上解决，T形管及∏形弯对降低噪声有显著效果。三是合理生产调度，保证流体经济流速，严禁超流速、超负荷运行。四是在操作流量计前后阀门时，要缓慢开关阀，避免压力剧烈波动。

2.4 保证压力、温度测量值准确

压力、温度对超声波流量的影响很大，直接影响压缩因子和标况流量的计算。日常工作中要注意以下几点：一是要做好压变、温变定期检定工作，确保变送器测量精度在规定的范围内。二是做好计量支路各项测量数据的对比工作，利用好现场的比对表，及时排查出偏差较大

的变送器。三是定期做好计量器具的维护保养工作，定期进行零点校准，更换导热油等。四是做好现场变送器和站控机测量值的对比，确保通讯可靠无误。

2.5 确保输入组份准确

天然气组份直接关系到压缩因子的计算，影响标况流量的计算。对于没有安装在线色谱的场站，需根据流量推算气头达到时间，尽量采用与实际气质组分相近的数值并及时更新，确保声速偏差控制在0.2%之内。对于安装在线色谱分析仪的站场，为确保在线色谱分析的准确程度，一是要加强在线色谱仪维护保养，确保样气、标气、载气压力满足要求，标气、载气在有效期内，纯度达到要求。二是定期对在线色谱仪进行手动标定，确保分析数据准确。

3 结论

通过上述分析知道，影响超声波流量计计量精度的因素很多，我们可以从以下四方面入手，确保超声流量计测量精度。①合理选型，根据实际需求和应用场所，选择合适的流量计；

②从设计、施工角度，保证流量计安装的合理性，避免或减少噪声、湍流、涡流等对计量精度的影响；③从运行管理角度，保证温度、压力及组份的准确性。合理生产调度，保证合理、经济的流速。此外，加强计量器具管理，定期校验比对；④定期做好流量计诊断及声速核查，保证流量计处于健康工作状态。

参考文献：

[1]王雪峰.基于时差法气体超声波流量计的关键技术研究[D].大连：大连理工大学，2011.