自20世紀(jì)90年代在天然氣流量計(jì)中使用以來(lái)，超聲流量計(jì)在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，歐美等著名實(shí)驗(yàn)室研究了其計(jì)量性能的影響因素，并開始制定或修訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

21世紀(jì)初，中國(guó)在天然氣流量計(jì)量領(lǐng)域引進(jìn)了超聲波流量計(jì)。隨著中國(guó)天然氣工業(yè)的發(fā)展，數(shù)百臺(tái)超聲波流量計(jì)已應(yīng)用于高壓大流量天然氣貿(mào)易計(jì)量。盡管超聲波流量計(jì)在高電壓、大流量的天然氣流量計(jì)量方面有著其他流量計(jì)所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，但由于實(shí)際應(yīng)用條件與實(shí)驗(yàn)室條件有很大的差別。因此，在保證其計(jì)量性能時(shí)，仍需注意以下幾個(gè)方面：由于噪聲、污垢等原因，導(dǎo)致超聲流量計(jì)的計(jì)量精度降低，甚至不能正常工作；同時(shí)，由于溫度和壓力計(jì)也是超聲流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)的一部分，所以溫度和壓力的測(cè)量精度會(huì)直接影響到測(cè)量系統(tǒng)的精度。

 

影響測(cè)量系統(tǒng)性能的現(xiàn)場(chǎng)因素：

一、噪音。

管道系統(tǒng)中的閥門、整流器、各類阻流管部件等的存在總是會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲，但是，由于現(xiàn)場(chǎng)工作條件的變化(如流量、壓力、溫度)，以及各種“噪聲發(fā)生器”流動(dòng)調(diào)整器、壓力調(diào)節(jié)閥等的不同類型，都使確定噪聲量比較困難。總體而言，產(chǎn)生噪聲的來(lái)源主要是：

1.高速氣流通過(guò)管道；

2.插入探頭；

3.整流器；

4.壓力或流量調(diào)節(jié)閥等。

 

由超聲流量計(jì)的工作原理可知，若噪聲頻率與超聲波流量計(jì)工作頻率范圍一致，就會(huì)干擾超聲脈沖的檢測(cè)，影響傳輸時(shí)間的準(zhǔn)確測(cè)量，最終造成體積流量測(cè)量不準(zhǔn)確。超聲波流量計(jì)對(duì)降壓元件產(chǎn)生的噪聲特別敏感，一些低噪聲閥對(duì)超聲波流量計(jì)的影響大于調(diào)壓閥。這是因?yàn)椴捎玫驮肼暭夹g(shù)的閥門主要針對(duì)人耳能聽到的噪聲范圍，與影響超聲波噪聲比的譜范圍不完全一致。國(guó)外氣流實(shí)驗(yàn)室開展的各種噪聲儀(如整流器、調(diào)壓閥等)對(duì)超聲流量計(jì)性能的定量實(shí)驗(yàn)研究表明，噪聲(如整流器產(chǎn)生的噪聲)對(duì)某些類型的超聲流量計(jì)的精度和穩(wěn)定性有很大的影響，其測(cè)量誤差可達(dá)2%，一般而言，超聲流量計(jì)上游噪聲元件的影響大于下游噪聲元件。修訂后的2004AGANo.9還特別提出了壓力調(diào)節(jié)閥安裝位置過(guò)近、壓差過(guò)大引起的噪聲對(duì)超聲測(cè)量性能的影響及注意事項(xiàng)。

 

二、污垢堆積。

在超聲波流量計(jì)和超聲波探頭中，含水、硫化鐵粉或其他臟氣體流經(jīng)超聲波流量計(jì)時(shí)，逐漸積聚在流量計(jì)的管內(nèi)和超聲波探頭上，對(duì)超聲波流量計(jì)的精度產(chǎn)生影響，其影響主要有以下3個(gè)方面：

1.減少流量計(jì)表體的有效內(nèi)徑，使流量計(jì)讀數(shù)偏高。

2.污物在超聲探頭表面堆積使傳輸時(shí)間縮短，計(jì)流器讀數(shù)偏高；但若流量計(jì)內(nèi)壁有較大腐蝕，清洗后流量計(jì)的內(nèi)徑會(huì)增大。因?yàn)榱髁颗c流量計(jì)內(nèi)徑的平方成正比，所以流量計(jì)測(cè)量出來(lái)的流量將較小，導(dǎo)致流量計(jì)的讀數(shù)較低。

3.由于體壁面及上游直管段表面粗糙度的變化，導(dǎo)致流速分布發(fā)生變化，從而影響了流量計(jì)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。各生產(chǎn)廠家超聲波流量計(jì)的聲道布置不同，對(duì)積垢影響的敏感性也不同。試驗(yàn)表明，臟污積聚對(duì)超聲流量計(jì)徑徑較大的超聲流量計(jì)有較大影響。

3.溫度、壓力的測(cè)量準(zhǔn)確性。

 

超聲波流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)通常由流量計(jì)、壓力變送器、溫度變送器(或溫度鉑電阻)、流量計(jì)算機(jī)和在線組分分析儀組成，它通過(guò)輸入元件、壓力、溫度等參數(shù)，將流量計(jì)的工作流量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)參考條件下的體積壓力和溫度直接影響計(jì)量系統(tǒng)的精度。超聲流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)使用的溫壓測(cè)量?jī)x表均經(jīng)實(shí)驗(yàn)室檢驗(yàn)合格，但仍有溫度或壓力示值不準(zhǔn)確的情況發(fā)生。通過(guò)對(duì)超聲波流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)的天然氣實(shí)流場(chǎng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)參考條件下，由于壓力和溫度測(cè)量的不準(zhǔn)確，給體積量帶來(lái)的誤差高達(dá)土壤0.5%。國(guó)外一些流體實(shí)驗(yàn)室的研究也表明，壓力變送器雖然能在銘牌所示的工作溫度范圍內(nèi)正常工作，但當(dāng)外界溫度較高時(shí)(即，壓力變送器暴露在陽(yáng)光下，此時(shí)變送器的工作溫度與實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)溫度有較大差異)其壓力測(cè)量值與實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)溫度差異較大。所以，要保證超聲波流量計(jì)計(jì)量系統(tǒng)的精度，就必須保證壓力、測(cè)溫儀表的準(zhǔn)確、可靠。

 

采取措施減少現(xiàn)場(chǎng)影響：

一、.減少噪音影響：

1.為了最大限度地減少噪聲對(duì)超聲波流量計(jì)計(jì)量精度和可靠性的影響，在設(shè)計(jì)計(jì)量管道系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)綜合評(píng)估管道系統(tǒng)中各個(gè)阻流件產(chǎn)生的噪聲，比較特殊的管道系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)可向流量計(jì)制造商咨詢。

2.當(dāng)超聲波流量計(jì)與調(diào)節(jié)閥(如調(diào)壓閥)串聯(lián)安裝時(shí)，應(yīng)咨詢生產(chǎn)廠家，評(píng)估調(diào)節(jié)閥產(chǎn)生的噪聲，了解流量計(jì)對(duì)噪聲的敏感性。一般來(lái)說(shuō)，如果在超聲波流量計(jì)上游安裝調(diào)節(jié)閥，為了減少調(diào)節(jié)閥對(duì)流量計(jì)計(jì)量準(zhǔn)確性和可靠性的影響，通常需要較長(zhǎng)的上游直管段，非常不經(jīng)濟(jì)。與此同時(shí)，如果調(diào)節(jié)閥的噪聲水平很高，往往會(huì)導(dǎo)致流量計(jì)無(wú)法正常工作。所以超聲流量計(jì)不適合安裝在調(diào)節(jié)閥的下游。

3.有些流量控制閥和調(diào)壓閥在大壓差、高流速的條件下，會(huì)產(chǎn)生達(dá)到超聲頻段的噪聲，某些靜音調(diào)壓閥的工作頻率也達(dá)到超聲頻率范圍，這些都可能使流量計(jì)無(wú)法正常工作。因?yàn)檫@樣的噪音可以向上傳播，也可以傳到下游。所以，即使在下游安裝調(diào)節(jié)閥，也要考慮噪聲對(duì)流量計(jì)計(jì)量性能的影響。此種情況下，可以采用干擾噪聲傳播通道的方式達(dá)到降噪的目的，即：在流量計(jì)與調(diào)節(jié)閥之間可以安裝彎頭、三通或安裝消聲器。

 

二、減少內(nèi)部污物的堆積：

1.加強(qiáng)對(duì)天然氣氣質(zhì)的監(jiān)測(cè)，合理確定直管段及流量計(jì)的清洗周期。當(dāng)超聲流量計(jì)清洗后，如果發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁腐蝕比較明顯，則應(yīng)重新校正。由于流量計(jì)內(nèi)壁有較大的銹蝕，經(jīng)過(guò)清洗后，流量計(jì)的內(nèi)徑就會(huì)變大。此外，由于流量與內(nèi)徑的平方成正比，所以流量計(jì)測(cè)量出來(lái)的流量要小于實(shí)際流量計(jì)的流量，造成流量計(jì)的測(cè)量誤差偏負(fù)。為此，建議再進(jìn)行一次校準(zhǔn)。

2.目前各超聲波流量計(jì)廠家都研制了監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)超聲波流量計(jì)性能的專用軟件。實(shí)踐中應(yīng)充分利用這些軟件，了解超聲波流量計(jì)的工作狀態(tài)，根據(jù)有關(guān)參數(shù)判斷流量計(jì)是否正常工作以及可能出現(xiàn)的問(wèn)題等。舉例來(lái)說(shuō)：如果超聲波流量計(jì)內(nèi)壁臟物積聚嚴(yán)重，其聲道接收速率、增益等參數(shù)可能超出廠家規(guī)定的合理范圍。此時(shí)，可以根據(jù)氣質(zhì)監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行綜合分析，最后判斷出原因。

3.在氣密性較差的情況下，對(duì)于并行計(jì)量多臺(tái)超聲流量計(jì)的管道系統(tǒng)，可以選用少量的大口徑超聲流量計(jì)，以減少整體測(cè)量不確定度。

 

三、保證精確的壓力和溫度測(cè)量：

1.選擇合適的測(cè)量范圍，避免儀器的實(shí)際工作范圍在量程的10%以內(nèi)，造成測(cè)量誤差在儀器的擴(kuò)展誤差限之內(nèi)。

2.在投運(yùn)計(jì)量系統(tǒng)之前，應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)測(cè)壓值和溫度。例如，用手操作人員核對(duì)流量計(jì)算機(jī)內(nèi)的壓力變送器和溫度變送器示值誤差是否符合精度要求。一些采用溫度鉑電阻作為測(cè)溫儀表的計(jì)量系統(tǒng)，其流量計(jì)算機(jī)具有溫度標(biāo)定功能，可以用標(biāo)準(zhǔn)電阻輸入標(biāo)準(zhǔn)電阻進(jìn)行溫度標(biāo)定。

3.在室外工作的變送器應(yīng)設(shè)置遮陽(yáng)棚，以免環(huán)境溫度接近其設(shè)計(jì)工作溫度的上限，造成較大的測(cè)量誤差。