天然氣超聲流量計(jì)的應(yīng)用

天然氣超聲流量計(jì)的應(yīng)用

陜京線是中國最長的天然氣管道，也是管道直徑最大的天然氣管道。該管道幾個(gè)分輸站已將氣體超聲流量計(jì)作為天然氣的流量計(jì)量儀表使用。該儀表從原理上擺脫了對(duì)流體動(dòng)能的依賴性,能夠測(cè)量較低的氣體流量,使流量計(jì)具有非常寬的量程比,并且在測(cè)量中不會(huì)引起壓力損失,是比較理想的實(shí)用性貿(mào)易結(jié)算計(jì)量儀表。一、超聲脈沖沖壓超聲壓系統(tǒng)時(shí)間差法超聲流量計(jì)的工作原理見圖1(僅為單聲道的流量計(jì),也適用于其他結(jié)構(gòu),與流量計(jì)的聲道數(shù)無關(guān))。在流體管道中安裝有兩個(gè)既能發(fā)送又能接收超聲脈沖的探頭A和B,這種安裝方式能使一個(gè)傳感器發(fā)出的超聲脈沖被另一個(gè)傳感器接受,從而形成聲道。在有流體流動(dòng)的管道中,超聲脈沖順流傳播的速度比逆流快。流體的速度越快,超聲順流和逆流傳播的時(shí)間差越大。各參數(shù)之間有如下關(guān)系:式中L———聲道長度,m;C———試驗(yàn)條件下的聲速,m/s;φ———被測(cè)介質(zhì)流動(dòng)方向的矢量與聲道之間的夾角,(°)。由式(1)和式(2)可以得到被測(cè)氣體流速:式(3)表明,氣體流速的測(cè)量與被測(cè)氣體的性質(zhì)(壓力、溫度等)無關(guān)。二、孔板流量計(jì)的檢測(cè)目前,在北美、南美和歐洲以及國內(nèi),對(duì)用于財(cái)務(wù)結(jié)算計(jì)量或貿(mào)易輸送計(jì)量的氣體超聲流量計(jì),通常是在測(cè)試裝置上用標(biāo)準(zhǔn)表與參比表進(jìn)行對(duì)比來標(biāo)定的。對(duì)于較小的氣體超聲流量計(jì)(口徑在300mm以內(nèi)),利用現(xiàn)有的裝置進(jìn)行標(biāo)定是比較現(xiàn)實(shí)可行的。但由于較大口徑的氣體超聲流量計(jì)已非常普遍,如按常規(guī)方法,讓用戶將流量計(jì)從使用的管道上拆卸下來,運(yùn)送到標(biāo)定裝置上進(jìn)行流量標(biāo)定,費(fèi)用非常昂貴,而且是一個(gè)十分費(fèi)時(shí)的過程。實(shí)踐證明,干標(biāo)法對(duì)于孔板流量計(jì)是可行的?？装辶髁坑?jì)的檢定是根據(jù)孔板幾何尺寸、對(duì)孔板安裝條件的檢驗(yàn)和對(duì)二次儀表的檢驗(yàn)來評(píng)價(jià)流量測(cè)量的不確定度。孔板流量計(jì)沒有可動(dòng)部件,如果所有的幾何尺寸、附屬組件已被檢查和標(biāo)定,其性能就可獲知。同樣,超聲流量計(jì)也沒有可動(dòng)部件,因此可以通過幾何尺寸的檢查以及運(yùn)行特性的檢查來確定流量計(jì)的性能。三、間接檢定和干標(biāo)檢定流量計(jì)的干標(biāo)與流量標(biāo)定不同,它不是利用標(biāo)準(zhǔn)或參比表來檢查流量計(jì)的結(jié)果(被測(cè)氣體的體積/參比流量)。如果管道幾何尺寸能被檢查,而電子單元和探頭被測(cè)試能準(zhǔn)確測(cè)量氣體流速,經(jīng)過這兩部分的檢定,而能夠確定流量的準(zhǔn)確度,就可將此過程稱為間接檢定。但因這個(gè)檢定的結(jié)果需要調(diào)整流量計(jì)的組態(tài),因此這過程稱為干標(biāo)。與孔板流量計(jì)的干標(biāo)方法相類似,氣體超聲流量計(jì)的干標(biāo)基礎(chǔ)是幾何尺寸的標(biāo)定和傳播時(shí)間差等,并利用表格公式或數(shù)學(xué)表達(dá)式建立氣體測(cè)量與被測(cè)量的關(guān)系式。為了確保流量計(jì)的性能并提供所進(jìn)行工作的數(shù)據(jù)檢查跟蹤,干標(biāo)的各個(gè)步驟都必須遵循以下幾點(diǎn)要求。(1)計(jì)算開口的幾何尺寸的測(cè)定(2)電子線路和檢測(cè)功能的測(cè)試(3)4煙道角通過調(diào)整通道長度和角度來考慮微小的制造上的變化。一般地,聲道角φ為60°。如果機(jī)械尺寸沒有精確到千分之幾英寸,此夾角將會(huì)改變。測(cè)量原有尺寸并計(jì)算實(shí)際的夾角及聲程,能改善流量計(jì)的準(zhǔn)確度。(4)零流量檢查測(cè)試對(duì)于安裝在現(xiàn)場(chǎng)的氣體超聲流量計(jì),只要流量計(jì)能被隔離開來,就能進(jìn)行零流量檢查測(cè)試。在進(jìn)行這項(xiàng)測(cè)試時(shí),應(yīng)該非常小心,以避免誤解所得的結(jié)果,尤其是隔離閥門的輕微泄漏或是由于日光和風(fēng)吹造成的溫度梯度,都會(huì)影響測(cè)試結(jié)果的可靠性。(5)聲程的調(diào)整與聲程的確定將計(jì)算出的理論聲速與超聲流量計(jì)輸出的聲速進(jìn)行比較并用“調(diào)整”來調(diào)整聲程,所得的結(jié)果仍是由流量計(jì)測(cè)得的聲速測(cè)量值所能達(dá)到的最高精度。這樣不僅減少了測(cè)量的不確定度,而且有助于實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的流量計(jì)性能。(6)聲音校正四、超聲流量計(jì)的組態(tài)方法近幾年來,氣體超聲流量計(jì)以其適用范圍廣、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)在我國得到較快發(fā)展。然而,由于目前在我國應(yīng)用的時(shí)間較短,許多產(chǎn)品尚需從國外引進(jìn),而進(jìn)口儀表價(jià)格昂貴,因此氣體超聲流量計(jì)在我國的應(yīng)用還不普遍。當(dāng)前,我國尚無氣體超聲流量計(jì)的干標(biāo)法的國家標(biāo)準(zhǔn)和檢定規(guī)范,其方法本身也會(huì)引起測(cè)量的不確定性。要完善超聲流量計(jì)的干標(biāo)和測(cè)量標(biāo)定的結(jié)果,需要生產(chǎn)廠家與使用者合作,通過試驗(yàn)和實(shí)踐取得第一手資料,以消除影響流量計(jì)性能的不確定因素,逐步使其規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。V———流動(dòng)介質(zhì)的速度,m/s;對(duì)于干標(biāo),精確檢定尺寸公差是一個(gè)非常重要的手段。必須測(cè)量與超聲氣體流量計(jì)的有關(guān)幾何參數(shù),以便測(cè)定聲道的角度和聲程(聲道的長度)。在將電子線路與超聲探頭裝在流量計(jì)主體之后,要進(jìn)行功能測(cè)試,以確保流量計(jì)的電子線路組件(信號(hào)處理單元(SPU)以及全部探頭)都能正常工作。在獲得精確的尺寸測(cè)量結(jié)果后,就要對(duì)超聲流量計(jì)進(jìn)行組態(tài),以適應(yīng)加工制造中的任何微小變化。這些是僅有的組態(tài)項(xiàng)目,即對(duì)每一個(gè)特定的流量計(jì)進(jìn)行調(diào)整(根據(jù)尺寸檢測(cè)報(bào)告得出的組態(tài)項(xiàng))。其他的組態(tài)項(xiàng)目對(duì)于一個(gè)給定的流量計(jì)口徑都是通用的,不會(huì)隨著流量計(jì)的個(gè)體而改變。零流量檢查測(cè)試指的是當(dāng)沒有流量時(shí),流量計(jì)應(yīng)無流量指示。若有流量指示,則是“偽示值”。如果電子線路或探頭有計(jì)時(shí)誤差時(shí),就可能產(chǎn)生“偽示值”。即使沒有氣體流過流量計(jì),仍能檢測(cè)到探頭之間的傳輸時(shí)間差。由超聲流量計(jì)工作原理可知,氣體流動(dòng)對(duì)聲速值影響不大。假設(shè)氣體的溫度、壓力和組分保持不變,不管流量多少,聲速都將保持相對(duì)不變。聲程計(jì)算中的任何誤差都將影響流量計(jì)的精確度。為獲得準(zhǔn)確的聲速結(jié)果,流量計(jì)必須用一種已知成分的氣體來加壓,該氣體一般采用99.5%超純的氮?dú)狻Ｔ跍y(cè)試前,先標(biāo)定壓力變送器和溫度變送器,并保證流量計(jì)內(nèi)充入氮?dú)鈺r(shí)沒有污染的介質(zhì)。然后在1.4MPa和3.4MPa兩種壓力下分別獲得測(cè)