引言

流量作為天然氣計(jì)量交接過(guò)程中的重要的參數(shù)之一，其值測(cè)量的精準(zhǔn)度，對(duì)于交接計(jì)量中雙方的經(jīng)濟(jì)利益、天然氣集輸系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行都非常的重要。隨著天然氣進(jìn)入人們?nèi)粘Ｉ�活中的各個(gè)方面，人們對(duì)天然氣接受程度不斷上升，貿(mào)易雙方對(duì)流量測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性要求也不斷提高 [1-2]。本文以氣體超聲流量計(jì)的傳播時(shí)間差法工作原理，以及計(jì)量方法為依據(jù)，分析影響計(jì)量誤差產(chǎn)生的因素，并針對(duì)主要影響因素提出相應(yīng)的控制措施，力求將計(jì)量誤差控制在非常小范圍內(nèi)。

 

1 超聲波流量計(jì)工作原理

超聲波流量計(jì)主要由流量計(jì)本體和配套的流量計(jì)算機(jī)、壓變、溫變兩大部分組成。主要根據(jù)超聲波脈沖在氣體中順流傳播和逆流傳播的時(shí)間差來(lái)測(cè)量氣體流速（見圖 1，計(jì)算公式見（1）~（5）），通過(guò)溫度、壓力和組分修正，經(jīng)流量計(jì)算機(jī)計(jì)算得出標(biāo)況流量（計(jì)算公式見（6）、（7）），用于貿(mào)易雙方進(jìn)行計(jì)量交接 [3-4]。

 

2 影響計(jì)量精度因素分析

2.1 安裝方式

超聲波流量計(jì)是高精度的計(jì)量設(shè)備，管線微小的震動(dòng)或流體流態(tài)的變化都能引起計(jì)量誤差。理論上，理想流態(tài)流體流動(dòng)方向沿管道軸向，無(wú)徑向流速。但在流體的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于流體的性質(zhì)不一，與管道的相互作用不同，流體在管道中的流速分布狀況也不同。通常情況下，管道中的流態(tài)用雷諾數(shù) Re 計(jì)算。

式（8）中：ρ—氣體密度，kg/m3；μ—流體粘度，Pa · s ；ν—流體速度，m/s ；d—管徑，m。 當(dāng) Re ＜ 2300 時(shí)，流體處于層流；當(dāng) Re ＞ 4000 時(shí)，流體處于湍流。

 

圖 2 為層流和湍流流速分布圖。

 

當(dāng)管輸流體確定時(shí)，密度、直徑及粘度都是固定的，只有流速 ν 是變化的，流體狀態(tài)與流速密切相關(guān)。當(dāng)ν 比較小時(shí)，流體處于層流狀態(tài) ；而當(dāng) ν 比較大時(shí)，流體則處于湍流狀態(tài)。當(dāng)流體處于不同的流態(tài)時(shí)，使用不同的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)流體流量進(jìn)行修正。當(dāng)流態(tài)特別復(fù)雜時(shí)，無(wú)可使用的經(jīng)驗(yàn)公式，這就要求超聲波流量計(jì)所處位置處流體流態(tài)盡可能單一，前后直管段都必須有標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)的管段。

 

2.2 壓力、溫度影響

溫度和壓力作為流量計(jì)算的修正參數(shù)，其準(zhǔn)確性直接影響流量的準(zhǔn)確性。

 

當(dāng)溫度不變時(shí)，通過(guò)計(jì)算不同壓力下的流量并與真實(shí)流量值比較發(fā)現(xiàn) ：當(dāng)壓力低于真實(shí)壓力時(shí)，計(jì)算流量會(huì)低于實(shí)際流量 ；當(dāng)壓力大于實(shí)際壓力時(shí)，計(jì)算流量會(huì)大于實(shí)際流量。對(duì)于供氣方，若現(xiàn)場(chǎng)的壓力變送器測(cè)量值偏高，在其他條件不變的情況下，會(huì)出現(xiàn)計(jì)量結(jié)果偏大，對(duì)供氣方有利。反之，則對(duì)接氣方有利。

 

當(dāng)壓力不變時(shí)，通過(guò)計(jì)算不同溫度下的流量并與真實(shí)流量值比較發(fā)現(xiàn) ：當(dāng)溫度低于實(shí)際溫度時(shí)，計(jì)算流量會(huì)大于實(shí)際流量出現(xiàn)正偏差 ；當(dāng)溫度大于實(shí)際溫度時(shí)，計(jì)算流量會(huì)小于實(shí)際流量出現(xiàn)負(fù)偏差。對(duì)于供氣方而言，現(xiàn)場(chǎng)的溫度測(cè)量值偏高，在其他條件不變的情況下，計(jì)量結(jié)果會(huì)偏小，對(duì)供氣方不利。相反，對(duì)接氣方有利。

 

2.3 氣質(zhì)影響

超聲波流量計(jì)內(nèi)部無(wú)機(jī)械可動(dòng)部件，對(duì)氣質(zhì)條件要求并不苛刻 [5]。但通過(guò)使用記錄的數(shù)據(jù)分析，隨著使用時(shí)間的增加，氣體中的含有的鐵銹、泥沙、巖石顆粒、水等雜質(zhì)會(huì)附屬在內(nèi)壁和換能器上，從而減少氣體流通面積，影響超聲波傳輸路程，衰減超聲換能器發(fā)射和接收超聲信號(hào)，進(jìn)而影響計(jì)量的準(zhǔn)確性。

 

2.4 氣體組分影響

天然氣組分作為計(jì)算壓縮因子的重要參數(shù)，其準(zhǔn)確性勢(shì)必會(huì)對(duì)計(jì)量準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。當(dāng)天然氣中甲烷含量高于在線色譜儀測(cè)試數(shù)據(jù)時(shí)，壓縮因子計(jì)算結(jié)果偏大，在其它條件不變的情況下，計(jì)算流量值會(huì)小于實(shí)際流量出現(xiàn)負(fù)偏差，對(duì)供氣方不利。反之，對(duì)接氣方不利。

 

3 控制計(jì)量誤差的措施

3.1 超聲波流量計(jì)的安裝

目前，輸氣站在施工時(shí)基本會(huì)滿足超聲波流量計(jì)前10 D、后 5D 的安裝要求。在日常的維護(hù)中，對(duì)管線的水平情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以防地面下沉或管線銹蝕造成的彎折。當(dāng)工藝區(qū)有施工作業(yè)時(shí)，做好監(jiān)護(hù)工作，噪音大、震動(dòng)幅度大的設(shè)備盡可能遠(yuǎn)離超聲波流量計(jì)。對(duì)超聲波流量計(jì)的接口、附屬溫變、壓變做好驗(yàn)漏和維護(hù)工作，避免由于氣體滲漏造成的計(jì)量誤差。

 

3.2 氣體組分準(zhǔn)確性

天然氣組分直接影響流量計(jì)算中的壓縮因子，在輸氣場(chǎng)站有色譜分析儀的情況，氣體組分主要通過(guò)在線氣相色譜儀實(shí)時(shí)檢測(cè)得到。在線氣相色譜儀屬于精密儀器，而輸氣場(chǎng)站由于地理位置較偏僻，往往環(huán)境、維護(hù)、保養(yǎng)的條件非常有限，必然會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，這就要求場(chǎng)站員工在巡檢時(shí)仔細(xì)觀察在線色譜分析儀的狀態(tài)、是否存在泄漏點(diǎn)、參數(shù)是否正常、膜過(guò)濾器是否有積液等情況，同時(shí)按照廠家要求，定期開展自檢。

 

3.3 溫度、壓力測(cè)定準(zhǔn)確性

溫度、壓力作為流量計(jì)算的重要參數(shù)，其測(cè)量的準(zhǔn)確性直接影響流量的計(jì)算準(zhǔn)確度。因此，在日常工作中，一定要保證溫度、壓力的測(cè)量值處于精度范圍之內(nèi)。一是做好溫變、壓變的定期檢測(cè)工作，確保溫變、壓變檢測(cè)精度符合要求 ；二是做好現(xiàn)場(chǎng)壓力表與壓變、溫度計(jì)與溫變、現(xiàn)場(chǎng)變送器和流量計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)比對(duì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)比對(duì)數(shù)據(jù)相差較大的溫變、壓變，并及時(shí)判斷問(wèn)題，進(jìn)行處理。

 

3.4 供氣量的影響

對(duì)于新建投運(yùn)的場(chǎng)站，在前期調(diào)研的基礎(chǔ)上，有時(shí)會(huì)將輸量和相應(yīng)的便攜式超聲波流量計(jì)設(shè)計(jì)的大一些，為未來(lái)天然氣發(fā)展，增加用戶量，擴(kuò)大輸氣能力做好準(zhǔn)備。部分新投運(yùn)的場(chǎng)站在冬季供氣高峰結(jié)束后，瞬時(shí)流量明顯低于超聲波流量計(jì)的運(yùn)行下限，這就大大增加了計(jì)量誤差的可能性。一是調(diào)整供氣方式，將 24 h 供氣改為間歇供氣，當(dāng)瞬時(shí)流量低于超聲波流量計(jì)下限時(shí)，停止供氣 ；二是在輸氣站新投運(yùn)時(shí)可以選用渦輪流量計(jì)或者旋進(jìn)旋渦式流量計(jì)，等后期供氣量增加時(shí)再進(jìn)行更換手持式超聲波流量計(jì)。

 

4 結(jié)論

（1）超聲波流量計(jì)因量程大、精度高、寬管徑等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于天然氣計(jì)量交接，但其計(jì)量準(zhǔn)確性受安裝方式、在線氣相色譜分析儀的準(zhǔn)確性、氣質(zhì)影響、溫變壓變準(zhǔn)確性的影響。

（2）根據(jù)站場(chǎng)在用流量計(jì)的實(shí)際情況，針對(duì)其影響因素采用加強(qiáng)巡檢和日常維護(hù)、加強(qiáng)員工技能培訓(xùn)、對(duì)超聲波流量計(jì)定期清洗和檢定、及時(shí)優(yōu)化供氣方式等措施減少超聲波流量計(jì)的計(jì)量誤差。

（3）通過(guò)間歇供氣方式有效的減少了流量較低時(shí)間段的計(jì)量誤差，減小了流態(tài)不穩(wěn)定造成的誤差。但是隨著用戶需求量的變化，根據(jù)具體情況，需要不斷調(diào)整供氣時(shí)間，開關(guān)設(shè)備，如果供氣量特別低，可以考慮將超聲波流量計(jì)更換為渦輪流量計(jì)或旋進(jìn)旋渦式流量計(jì)，待用氣量增加時(shí)再進(jìn)行更換為超聲波流量計(jì)。