气体超声波流量计简介

注意事项： 1、 应定期检查信号处理单元、升到有无故障、
零流量测量是否准确、超声换能器表面是否有 沉积物等。定期收集流量监测系统的运行数据， 并分析比较，以确定流量计是否存在故障。 2、超声波流量计运行时注意声道的效率，如 果没有达到100%，请检查声道. 3、长时间不使用超声波流量计应关闭其流量 计算机电源。 4、如果超声波流量计长时没有运行，启动前 应仔细检查接线和各连接点有无漏气现象。
• 专用于贸易交接 • 高精度：精度优于 +/-0.5%,
重复性优于+/-0.2% • 多通道可检测流体的多个剖面 • 多通道提供了必要的冗余能力，独特的声道 替补技术使流量计在某一声道故障的情况下， 仍能基本正常工作 • 精确的设计和在加工制造过程中的质量控制
计量特性
• 工作原理简单； • 测量准确度高，量程比大，一般都是1：20，可达到1： • • • • •
超声流量计日常维护需要检查的 参数和方法
需要检查的运行参数 气体工作温度 气体工作压力 天然气组成 超声流量计系数 各声道运行状态 零流速读数 检 查 方 法 按相关要求检查温度测量系统工作是否正常。 按相关要求检查压力测量系统工作是否正常。 检查计算机内输入的天然气组成数据是否正确， 或在线分析系统的分析数据是否正确。 检查超声流量计系数是否与检定证书一致。 检查各声道的参数，确认各声道运行是否正常 在零流速下各声道所测得的气体流速是否小于规 定值。 备注 必查 必查 必查 必查 必查 选择
– 多通道超声流量计可作双向计量
• 自诊断
பைடு நூலகம்
探头的特点
1，高频率，低功耗， 低电压工作，高效， 安全 2，灵敏度高 3，可以在线带压更 换，更换电缆不影 响工作及精度 4，适用广泛 5， 结构紧凑，插入 表体浅，不易受污 垢影响，寿命长
探头的特点
可以使用以下工具在线带压拆卸并更 换超声波探头
计量特性
5.接线检查：对照厂家提供的系统接线图，检查 所有接线无误。 7.流量计最高流速不超过30m/s 8.流量计在启用前要求进行零流量测试，现场不 具备条件应进行工况条件下的零流量测试（零 流量测试就是关闭超声流量计的上、下游阀门， 使流过流量计的气体流速为零，等管道内气体 温度稳定后，读取零流速读数，每个声道的气 体流速至少记录30s，要求零流速读数应小于 12mm/s。）
超声波流量计的投运 1.流量计投用以前应该按国家标准或规程进行检 定或实流校准。 2.检查各种信号线，电源线连接完好。 3.先打开进口旁通阀，给管道缓慢充气，然后缓 慢打开进口截止阀（至少持续一分钟），避免 流量计过高压差或过高流速，给管道缓慢加压， 达到流量计的运行压力。注意:压力剧烈震荡 或不当的高速加压会损坏流量计 4.检查所有的法兰连接处和引压接头及温度传 感器的插入接头处是否有气体泄漏。
超声波流量计的基本原理
用于天然气流量测量的超声流量计使用的是时 间差法。图1 为直射式超声流量计的工作原理示意 图。在管壁两边安装一对斜角为的超声换能器，两 个换能器同时或定时向对方发射和接收对方的超声 信号。
图1 工作原理图
超声波流量计
传输时间 0 004
.
X
Flow
D
传输时间 0.007
0.003
• 2、 超声流量计表体安装
超声流量计表体安装各厂家要求各不相同， 一般应保证表体水平安装，有的还应将 表体法兰上定位销孔与上、下游直管段 相应销孔对齐。安装时应留有足够的检 修空间。 • 3 、突入物 超声流量计的内径、连接法兰及其紧邻 的上、下游直管段应具有相同的内径， 其偏差应在管径的±1％以内；
2
v = 流体速度 c = 声速 t1 = 上游传输时间 t2 = 下游传输时间
流量测量
流量与流体的流速和截面积有关
流量=流速*截面积
流态剖面流态矫正
对单通道和双通道流量计来说
0.242 CF 1 WR 0.835 LOG (0.2703 ) 0.8 D Re
CF = 矫正系数 WR =管壁粗糙度 Re = 雷诺数
超声波流量计简介
一、超声波流量计结构
主要分为三部分：流量计本体、超声换 能器、Mark II电子数据处理单元，如 图所示：
流量计本体：流量计本体是经特殊加工， 用于安装超声换能器、Mark II电子数据 处理单元及压力变送的装置。 超声换能器：超声换能器是把声能转换成 电信号和反过来把电信号转换成声能的元 件。 Mark II电子数据处理单元：由电子元件 和微处理器系统组成。它接受超声换能器 的信号，且具有处理测量信号和显示、输 出及记录测量结果等功能。
结构—三声道流量计
结构—四声道和五声道流量计
四声道流量计： Daniel 采用的是直射技 术，不确定度为0.5%左右。 五声道流量计：目前有Instromet公司推 出此产品，有三个声道采用单反射技术， 两个声道采用旋转方向相反的双反射技 术，对旋涡流的流量测量准确度较高， 不确定度为0.5%左右。
• 4、内表面
与超声流量计匹配的直管段，其内壁应无锈蚀 及其它机械损伤，在组装之前，应除去超声流 量计及其连接管内的防锈油或沙石灰尘等附属 物。使用中也应随时保持介质流通通道的干净、 光滑。 • 5、温度计插孔 对单向流测量，应将温度计插孔设在超声流量 计下游距法兰端面（2～5）D之间；对双向流 进行测量，温度计插孔应设在距超声流量计法 兰端面至少3D的位置。
必查
气体工作流速
必查
流量参数核查
首次必查
超声流量计常见问题及对策
序 号 可能发生 的故障 原因 接触不好 1 没有流量 信号 其它 脏污 排除方法 检查超声流量计的各信号电缆及接头、直流电源的电压、 电源线及用户一端的接口。 需对超声流量计进一步检查。若某组件被确认已损坏时， 应更新与其相同型号规格的组件，或超声流量计厂家推 荐型号组件，更换后应进行相应的检查。 经超声流量计参数检查证实是超声探头脏污，应按第三 节的要求进行清洗。 调整计量工作压力或更换合适的探头。 按要求更换相同型号的新探头，并将新探头的标定参数 输入到相应的程序系统中，记录新探头的系列号。检查 各声道的声速测量值，其最大误差不超过0.2%。再计 算出相同条件下的理论声速，二者之间误差应在超声流 量计说明书规定的范围内。 分别检查超声流量计温度、压力测量系统接线。
结构—单声道流量计
结构—双声道流量计
Daniel 采用的是直射技术； Instromet采用的是双反射技术； Controlotron采用的是单反射技术。 双声道气体超声流量计不确定度为 1.0~1.5% 。
结构—双声道流量计
结构—双声道流量计
结构—三声道流量计
Instromet采用 的是一个单 反射和两个 双反射技术， Controlotron 采用单反射 技术，不确 定度为 0.7 ~1.0% 。
• 气体超声波流量计的结构主要取决于以
下几个方面： • （1）声波探头的设置方式。外置式或内 置接触式，气体超声流量计一般采用将 接收和发射换能器插入管内至内壁边缘。 • （2）声波的接收方式。 • ① 直射式：直接接收发射探头的声波 • ② 反射式：接收经管壁反射以后的声波。 即接收换能器不是直接接收发射换能器 发出的声波，而是接收经管壁一次反射 或再次反射回的声波。
六、超声波流量计的应用场合
高级超声波气体流量计 • 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
普通气体超声波流量计 • 非贸易交接的场合 • 比对 • 储气罐的测量 • 海洋天然气的计量 • 原料天然气的测量
七、超声流量计管路安装及维护
管路安装 • 1、上、下游直管段 紧邻超声流量计的上、下游安装一定长 度的直管段。上游条件较为理想时，要 求上游直管段为10D，下游直管段为5D （推荐上游直管段为20D，下游直管段 为5D）。双向流动时，上、下游直管段 均应至少10倍管道公称直径。
声速
检查超声流量计各声道所测的声速是否稳定在一定 范围内，如果发生跳变，表明存在故障。
必查
增益值/噪声 （信噪比/信号质量）
增益值主要受压力和超声探头表面污物的影响， 通常情况下增益应该是相对稳定的。若超出超声流 量计说明书中规定的技术范围，则说明超声流量计 不能正常工作。 检查反映背景噪声和/或电噪声量的参数是否稳 定在正常范围值。 若增益或信噪比等超出流量说明书中规定的范围， 则表明探头表面因被污染而不能正常工作。 检查超声流量计所测的气体工作流速是否在超声流 量计说明规定的正常工作范围内。 首次安装时必须检查超声流量计算机内设置的各项 参数是否正确。
超声波流量计探头
衬垫 材料 导电 体
壳体
压电晶体 Disk
耦合 层
120 KHz 输入
24V 输入
120 KHz 输出
电压输出
图2 超声探头工作原理图
任意一对传感器
t1 =
L X c - v(x/L) L c + v(x/L) Flow
D
t2 =
从上述方程中求出
L (t1-t2) v= 2x t1t2 L (t1+t2) c= 2 t1t2
100； 适应性强，上游直管段最好25~30D ，下游直管段最好10D (加流动调节器，上游最短10D ，下游5D ，加上表体约 20D)； 无可动部件，可直接进行清管作业； 受压力变化影响较小； 为高科技产品，各厂家的产品都有其独特的专利技术，一 次性投资高； 多声道，尤其是四声道和五声道流量计能适用多种流态；
多通道流量计算
流量计算的步骤
• 测量每个通道的声波传输时间 • 计算每个通道的流体速度 • 计算平均速度 • 流速乘以截面积
三、超声波流量计分
类
根据换能器多少，目前气体超声流量 计有一至六声道流量计； 根据超声波在管壁上的反射情况，又 可分为直射、单反射和双反射三种。
结构—单声道流量计
一般都 采用单反 射技术， 计量不确 定度为: 1.0~2.0 %。
计量特性
• 声速,温度,气体运行状况的测量是相对独立
的 • 特别适用于高压气体,一般最低工作压力为 0.4～0.5 MPa • 最高压力可达 约42MPa
五、厂家简介
目前生产超声流量计的厂家有荷兰的Instromet(埃尔 斯特-英斯卓美集团（Elster-Instromet）) ，美国的Daniel、 Controlotron(康创)及挪威的Kongsberg(康斯博格)等。各 个厂都有其特别的技术。
• 低维护成本
– 无可动部件, 维护周期较长 – 无部件插入管道内部, 任何管道内部的残渣都不会损坏 流量计的部件
• 较低的运行成本
– 不影响正常的输气
– 低压力降 – 减少增压设备... 节省电力投资
• 低的安装成本
– 流通能力强
– 量程比宽 (100:1)
– 不用对上下游直管段提出更高的要求
• 可双向计量
结构—四声道流量计
结构—五声道流量计
结构—五声道流量计
外夹式流量计
Controlotro n采用单反 射技术生产 了外夹式超 声流量计， 不确定度为 1.0 ~2.0 %。
四、超声波流量计的优点
• 精度高
– – – – 较少的误差源 高级超声波流量计,无需标定,精度高于0.5% 普通型超声波流量计, 2% 热帽式流量计, 2%
• （3）声道的设置。 单声道和多声道。
•
不论是单声道还是多声道气体超声 波流量计，其声波的发送与接收原理是 一样的。不同的是在不同声程上所测的 线速度对管道截面的流速的呈现不同。
二、超声波流量计的基本原理
气体超声波流量计是利用超声脉冲在气 流中传播的速度与气流的速度有对应的关系， 即顺流时的超声脉冲传播速度比逆流时传播的 速度要快，这两种超声脉冲传播的时间差越大， 则流量也越大的原理。 在实际工作过程中，处在上下游的超声 换能器将同时发射超声波脉冲，显然一个是逆 流传播，一个是顺流传播。气流的作用将使两 束脉冲以不同的传播时间到达接收换能器。由 于两束脉冲传播的实际路程相同，传输时间的 不同直接反映了气体流速的大小。
• Instromet， 对超声流量计有较系统的研究，有单声道、 • • •
双声声道、三和五声道流量计，采用单反射和双反射技术。 Daniel，有双声道和四声道两种，大部分是直射技术。 Controlotron，采用单反射技术，可根据需要增加声道。时 间可准确到10-12秒，比其他公司小10-3。是唯一一家生产管 径小于DN100和外夹式超声流量计的厂家。 MFC, 采用直射和单反射技术，最多为六声道。