超声波流量计在天然气流量计量上的应用

[收稿日期]2002-09-10

[作者简介]李立新(1968-),男,四川绵阳人,助理工程师,毕业于电子科技大学,从事仪表检定及计量管理工作。超声波流量计在天然气流量计量上的应用

李立新

(中石化新星石油公司西南石油局川西采输处,四川德阳 618000)

[摘 要]文章介绍了超声波流量计的工作原理、构成、功能、安装要求及其在天然气计量上的应用情况,阐明了超声波流量计在天然气计量上的应用效果和注意事项。[关键词]超声波流量计;天然气计量;应用效果[中图分类号]TB93

[文献标识码]B

[文章编号]1002-1183(2003)02-0042-03

天然气计量是天然气开发与管理中的一项重要工作。近几年来,我们先后采用孔板差压流量计、涡街流量计、旋进旋涡流量计、腰轮流量计等,但由于管网中杂质的影响,造成这些流量计易堵,维修较困难,无法连续计量;孔板差压流量计受一次仪表和二次仪表精度的限制,以及人为因素的影响,导致其产量偏离真实值,且量程比较小。随着计量技术的发展,英斯卓美(Instromet)公司把人工智能技术引入到超声传感器中,并研制成功了高速数字处理电路,利用全新的数字超声技术取代了落后的模拟超声技术,实现了真正的高精度气体流量测量。1

工作原理

英斯卓美超声气体流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的影响以测量体积流量的仪表。在流体管道中安装有两个能发送和接收超声脉冲的换能器,其安装方式使得一个换能器发出的超声脉冲能够被另一个换能器接收,这就形成了声道。两个换能器轮流发射和接收脉冲,超声脉冲相对气体是以声速传播。顺流时的超声脉冲传播得要快些,而逆流时超声脉冲传播得要慢些。其平均流速计算公式为:

V m =

L 2cos H (1t D -1t U

)式中 V m 为平均流速,m/s;L 为声道长度,m;t D 为顺流时的超声脉冲传播时间,s;t U 为逆流时的

超声脉冲传播时间,s;H 为表示被测介质流动方向的矢量与声道的夹角,(b )。2 超声体积流量计的构成

英斯卓美超声体积流量计由Checksonic-s 超声流量计主体、流量计算机MODEL793-4、Rose -mout3144、3051型温度、压力变送器等部分组成。

(1)超声流量计主体

超声流量计主体包括一根测量短管、一组(或多组)超声换能器、一个SPU (信号处理单元)、压力变送器。压力变送器和超声换能器安装在短管上,压力、温度变送器经温度转换器转换成两线制数字信号输出,并与换能器输出的信号分别接在信号处理单元(SPU)上,经处理后连接到流量计算机。

(2)智能式压力变送器

Rosemount3051智能式压力变送器是具有高精度、微电子处理技术的压力仪表系列,使用亚电硅传感器,能完成绝压测量,采用01地址编程,采用两线制,HART 协议通信,量程比30B 1,具有模数和数模转换功能。可集成化接入该系统及远距离进行诊断,输出4~20mA 电流。

(3)智能式温度变送器

Rosemount3144智能式温度变送器是具有高精度、微电子处理技术的温度仪表系列,是一个单传感器输入的温度变送器,采用目前最新的数字技术,确保最佳精度,采用02地址编程,采用两线制,HART 协议通讯,具有模数和数模转换功能,可集成化接入该系统及远距离进行诊断,输出4~20mA 电流。

(4)流量计算机

该流量计算机是高精度Checksonic-s 超声流量计的补充,能提供较高的精确度和可靠性。气体成份数据的输入可以有两种方式:一种是输入固定值,如果气体气质成份改变,可及时进行修改;另一种输入

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42#Industrial Measurement 2003No 12

计量装置及应用MEASUREMENT EQUIPMENT AND APPLICATION

方式是利用Instrom et ENCAL2000型气相色谱议,将实测值实时输入。3 Checksonic 系统安装

(1)

安装示意图

(2)安装要求

¹换能器(A 、B)及压力变送器固定接在流量计短管上。º传感器与变送器及各信号线的连接管线

要平直稳固,防止频繁抖动。»传感器与变送器连接的各信号线应穿管连接,且最远距离不应超过300m 。¼温度变送器应按标准安装在下游直管段4D 。½气体必须干净,没有灰尘、液体及其他外来物质,否则对流量计造成损坏,并影响测量精度。当无法保证时,必须在流量计前安装过滤器。¾气流必须稳定无脉动,要求有足够长的直管段或加整流器。如采用球阀,阀门需全开,且安装在流量计前10D 处。¿流量计前最少10D 内不得有流动方向的改变,渐缩或渐扩角度小于30b 。À流量计法兰必须对好中心,安装后不能有垫片等物突入管道。Á标准CheckSonic-S 型气体超声流量计需水平安装。Â在充分吹扫后再安装流量计,以免对流量计造成损害。4 系统功能及应用效果和注意事项

(1)功能

¹能实现天然气流量的正确计量。º能显示、打印瞬时质量流量和体积流量以及累计质量流量和体积流量、温度、压力等实时数据。»通过微机能实现对变送器的校正和调零功能。¼具有高低压报警功能,对计量参数设置报警限度,超过限度产生报警。½如果安装了Instromet ENCAL2000型气相色谱仪,将实测值实时输入,经过流量计算机处理,显示准确的流量;对没有安装气相色谱仪,可通过输入气质分析成份来修正流量。¾具有自诊断功能,可随时发现传感器的污染情况,有自动增益放大系统,当达到功能

极限时系统报警,提示清洗或更换探头。

(2)应用效果

我局在1999年下半年从Instromet 公司引进CheckSonic-S 型单声道气体超声流量计,在国家原油大流量计量站成都天然气流量分站检定后,于1999年底在德阳的新场集输站完成安装和调试工作,并用于该站输往成都煤气公司的管道上。

在试运行过程中,我们发现超声流量计与差压式流量计算机计量数据对比误差较大。经过现场分析,发现引起误差主要原因如下:

¹现场的工作压力与探头的工况压力不匹配(现场压力(018~116)MPa,探头工作压力为115M Pa)。º超声探头的自动增益放大的上限值在4500~12000范围上下波动,与标准上限值600000有很大偏离,而现场采用中压气补低压气,以及中压气的气流在汇管处形成180b 转向,从而在汇管中产

生超声噪声干扰,若长期使用,将极大影响流量计的工作。

根据以上分析,提出了如下调整方案:

¹在保证超声波流量计下游安装直管段10D 的前提下,尽量加长超声波流量计的上游直管段长度;º超声波流量计的上下游阀门应全开;»超声波流量计上游的阀门最好安装在T 型管(弯头)上游;¼安装地点应远离汇管,避免该站中压气汇管产生超声

噪声干扰。

据此,对新场集输站的部分流程进行了整改,将安装地点改至远离汇管处,并保证其上下游直管段长度,对管线最大瞬时流量、现场工作压力、以及气流流速都作了调整,确保该流量计安装在符合技术要求的管线上,如图4

所示。

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43#工业计量 2003年第2期

MEASUREMENT EQUIPMENT AND APPLIC ATION 计量装置及应用