超声波流量计

5、经常观察仪表显示收到信号的状况，若有异常及时寻 找原因，解决问题； 6、定期检查信号处理单元、声道有无故障，零流量测量 是否准确； 7、定期对流量计进行检定，检定周期一般不超过2年。对 插入式流量计，如流量计具有自诊断功能，且能够保留报 警记录，也可每6年检定一次，并每年在使用现场进行使 用中检验。
2、压力 流量计的工作压力不低于0.1MPa（表压）。同时超声换
能器对气体的最小密度（是压力的函数）有一定的要求，最 低工作压力应保证声脉冲在天然气中能正常传播。 3、温度
流量计的工作温度范围（包括介质温度和环境温度）为 -22~55℃。 4、流量范围及流动方向
流量计的流量测量范围由气体实际流速确定，被测天然气 的流速范围为0.3~30m/s。
超声波流量计
超声波流量计简介 结构形式及特点 工作原理 工作条件 安Hale Waihona Puke Baidu、投运及维护保养
一、气体超声波流量计简介
气体超声波流量计的应用始于20世纪90年代，是继 孔板流量计、涡轮流量计之后第三类适用于高压、大口 径、高准确度的天然气流量计。是一种利用超声束或超 声脉冲在流体中的传输特性（速度、相位）进行流量测 量的速度式流量计。
u 流量计算
按图1所示，顺流和逆流传播时间与各量之间的关系为：
式流中体：流tu-速超的声波表在达流式体：中逆流传播的时间；
td-超声波在流体中顺流传播的时间； c-声波在静止流体中的传播速度； 图1 超声流量测量原理示意图 v-流体轴向流速； L-声道长度； x-声道距离。
将测得的多个声道的流体利用数学的函数关系联合 起来，得到管道平均流速：
3、紧邻流量计的上下游需安装一定长度的直管段，或在上游 直管段规定位置安装流动调整器。上游最短直管段长度为 10DN，下游最短直管段长度为5DN；双向流动时，上、下游 上下游直管段均应≥10DN。
图 4 超声波流量计安装示意图
4、上下游直管段内径与流量计内径之差小于流量计内径的1%， 其绝对值应小于5mm。不得在连接部分出现台阶及突入的垫 片等扰动气流的障碍。 5、与流量计匹配的直管段，其内壁应无锈蚀及其他机械损伤。 在组装之前，应去除流量计及其连接管内的防锈油或沙石灰尘 等附着物，使用中也应随时保持介质流通通道的干净、光滑。 6、流量计的安装应尽可能避开振动环境，尤其是可引起信号 处理单元、超声换能器等部件发生共振的环境。 7、吹扫计量管路时，应将流量计拆除，以直通短管代替。
u 维护保养
1、防止换能器被水浸泡，定期清理探头上沉积的杂质、水 垢等，保证超声探头清洁； 2、定期检查换能器否松动，发射面是否紧密地贴在管壁上； 3、经常检查电源线和信号线有无破损、老化现象，保护好 电缆外面的橡胶护套； 4、流量计最高流速不能超30m/s，允许测量的最大流量为最 大量程80%，不要过载运行；
5、 检查流量数值是否处于超声波流量计测量范围，并通过调 节流量调节阀门控制流量。
注意： 1、超声波流量计投运中禁止对其进行突然泄压或提压操作。 2、流量计在启用前，按要求进行零流量测试（关闭流量计上 下游阀门，使通过流量计的气体流速为零，待管道内气体温度 稳定后，读取零流速读数，要求零流速读数应小于12mm/s）。
图 2 超声波流量计结构示意图
1、一次仪表 • 表体：包括上下游直管段，是最基本的部件，用于安装 换能器、信号处理单元等部件。 • 换能器：将电能转换成超声波能量，发射到被测流体中， 接收器接收超声波信号并转换成电压信号输出。 • 信号处理单元：处理换能器传来的电压信号，计算工况体 积流量，将信息传输至流量计算机。
2、二次仪表
• 压力变送器：测量气体压力； • 温度变送器：测量气体温度； • 色谱分析仪：测量气体组分； • 流量计算机：计算功能、显示功能、组态功能、报警功能、
输出功能、通信功能。
u 形式
• 流量计按换能器安装方式可分为插入式和外夹式两种。 • 接触式流量计根据换能器数量不同，分为单声道流量计、
2、主要缺点
• 价格昂贵，只适用于大、中口径； • 对上下游直管段长度有要求； • 结构较为复杂，故障排除较困难，抗干扰性较差，
对安装的要求十分严格。
三、气体超声波流量计工作原理
超声波流量计以测量声波在流动 介质中传播时间与流量的关系为原理， 由超声波转换器将电能转换为超声波
V
能量，在管道内向逆流和顺流方向传 播，其传播时间差与被测气体的轴向 平均流速有关，通过测量传播时间差 就可以得出气体的流速，进而计算出 图1 超声流量测量原理示意图 流体的流量。再将压力、温度以及气 体组分上传到流量计算机中进行修正， 即能得出标况下的气体流量。
流量计具有双向测量的能力，且双向测量准确度相同。
五、超声波流量计的安装、投运及维护保养
u 安装
1、一般保证流量计表体水平安 装，换能器安装在水平管道上时， 为避开管道顶部的气隙和底部沉 积的泥沙，尽可能安装在与水平
面成45°角的位置。 2、换能器不能安装在管道焊缝 或法兰安装处。
图 3 避开空气与泥沙
n
S V avg
=
W V n=1
nn
式中：Vavg-轴向平均流速； Vn-每个声道测得的气体流速； Wn-权重因子，取决于探头的分布情况。
流量=流速*截面积
四、超声波流量计工作条件
根据GB/T 18604-2001《用气体超声流量计测量天然气流 量》，流量计的工作条件为： 1、天然气气质
流量计所测量的天然气组分应在GB17820和GB/T17747所 规定的范围内，天然气真实相对密度为0.55-0.80。 如出现下列任一情况，应向制造厂商提出相应的专门要求： • CO2含量超过10%； • 在接近天然气混合物临界密度的条件下工作； • 总含硫量超过460mg/m3，包括硫醇、H2S和元素硫。
双声道流量计和多声道流量计。 • 超声波流量计声道的布置方式分为对射式、反射式和平
行式。 • 流量计的输出方式有脉冲输出、模拟量输出和数字通讯
输出等。
u 优缺点
1、主要优点
• 工作原理简单； • 重复性好，测量精度高，线性好； • 量程比大，一般为1:20，甚至更高； • 不受气体压力、温度或气体组分变化的影响； • 测量管径大，最大测量管径可达10m； • 无可动部件，无压力损失，坚固耐用。
u 应用场合
超声波流量计适用于不易接触和观察的流体以及大 管径流量的测量，广泛使用于：
• 长输管线 • 集气系统 • 海洋天然气 • 压气站 • 气体处理工厂 • 高压管线 • 输配管网
二、超声波流量计结构形式及特点
u 结构
流量计包括一次仪表和二次仪表。
一次仪表主要 由流量计表体、超 声波换能器和信号 处理单元组成；二 次仪表包括压力变 送器、温度变送器 和流量计算机。
谢谢！
u 投运
1、流量计投入使用前，应按相应国家标准或规程进行检定或 实流校准； 2、检查各仪表、超声波信号线和电源线连接是否连接完好， 传入控制室内压力、温度、流量信号是否正确。 3、打开进口旁通阀，给管道缓慢充气，然后再缓慢打开进口 阀门，给管道缓慢加压，缓慢打开超声波流量计下游出口阀门。 4、检查所有法兰连接处、引压接头、温度传感器的插入接头 处是否有气体泄露。