【摘要】超聲波流(liú)量計(jì) 是一種常(cháng)見的天(tiān)然(rán)氣計(jì)量設(shè)備，主要以(yǐ)某設計(jì)工程爲例，通過對超聲(shēng)波流量計(jì)在天(tiān)然氣(qì)貿易交接(jiē)計量中的(de)測量(liàng)原理及方法、安(ān)裝條件、系統設(shè)計以及實施效(xiào)果等一系列應用流程分析，以(yǐ)此來爲超(chāo)聲波(bō)流量計在天(tiān)然(rán)氣貿易交(jiāo)接計量中(zhōng)的有效應(yīng)用提(tí)供理論依據(jù)。
1超聲波流量(liàng)計概(gài)述
　　超聲(shēng)波流量計是(shì)一種(zhǒng)以速度差法爲(wèi)原理所設計的(de)一種液體(tǐ)流量(liàng)測量儀器，其采用了先進的多(duō)脈沖技(jì)術(shù)、信号(hào)數字(zì)化處理技術以及(jí)糾錯技(jì)術，可以(yǐ)被廣泛(fàn)應用于各類工(gōng)業現場(chǎng)的(de)環境中，具(jù)有計(jì)量方(fāng)便(biàn)、準确以(yǐ)及經濟實(shí)惠(huì)等多種(zhǒng)優點[1]。從使(shǐ)用功(gōng)能和(hé)特(tè)點來看，超聲波(bō)流(liú)量計(jì)利(lì)用信号數字(zì)化的處(chù)理(lǐ)技(jì)術(shù)，可以進一步确(què)保測量(liàng)信号的(de)穩定性(xìng)，提高了(le)測量(liàng)的(de)抗幹擾能力(lì)，有利于(yú)提高計量的(de)精度，且超(chāo)聲(shēng)波流量(liàng)計内(nèi)的無機械(xiè)傳動部件不容(róng)易損壞且不需(xū)要進行後期維(wéi)護，使用(yòng)周期長(zhǎng)。
2超聲波流量計(jì)在天然(rán)氣(qì)貿易(yì)交接(jiē)計(jì)量中的(de)應用
2.1超聲(shēng)波流量計的選擇
　　爲(wèi)了滿足天然氣(qì)貿(mào)易交接計量(liàng)的精度要(yào)求，在(zài)對其計量方式(shì)進行選擇時必須選擇超聲波流量計。目前，市(shì)場中常見的超(chāo)聲波流(liú)量計主(zhǔ)要包括(kuò)2、4、5以及6聲(shēng)道技(jì)術，2聲(shēng)道流量(liàng)計僅可用于(yú)精度要求爲1%的計量中，4和5聲道(dào)流量計的精度可以準到0.5%，而6聲(shēng)道流量計(jì)的精度則可以(yǐ)準(zhǔn)到(dào)0.25%，多以4和5聲(shēng)道流量計的應(yīng)用相對較(jiào)多，但(dàn)随着近年(nián)來6聲(shēng)道流(liú)量計(jì)技術(shù)水平的不斷提升，其逐漸被(bèi)廣泛應用于(yú)實際應用(yòng)中，并發揮出較好的(de)應用(yòng)效(xiào)果(guǒ)。6聲道超聲波流(liú)量計主(zhǔ)要使用(yòng)了3個平(píng)面的6個聲道進行測量(liàng)，在高斯-切比雪(xuě)夫理論下記性(xìng)排列(liè)，即使(shǐ)在不對稱(chēng)或者渦流(liú)的情況下(xià)也均(jun1)可以(yǐ)實現(xiàn)對流速的有效測量。
2.2測量(liàng)原理(lǐ)及方(fāng)法
　　從(cóng)計量原理來看，超聲波流(liú)量計可以(yǐ)使聲(shēng)脈沖(chòng)在(zài)管道内(nèi)實現(xiàn)逆(nì)流和順(shùn)流的(de)傳播，通過(guò)對傳播(bō)時(shí)間的(de)測量，以此來計(jì)算出其在工作條件下通過氣體超聲流量的氣體(tǐ)軸向平均(jun1)流速和流量，工(gōng)作原理見(jiàn)圖1。

　　圖1所(suǒ)示爲單(dān)聲(shēng)道超聲波的(de)工(gōng)作原(yuán)理圖(tú)，其中(zhōng)l表示直線傳(chuán)播的距離，x表示垂(chuí)直傳(chuán)播的(de)距離，d則表(biǎo)示管徑，聲(shēng)脈沖(chòng)的傳(chuán)播(bō)時間可(kě)使用以下(xià)公式(shì)進行計(jì)算：

　　公式(shì)中(zhōng)，t1表示(shì)反向傳(chuán)輸時間，t2表示正(zhèng)向傳輸時間，v表示天(tiān)然(rán)氣流體(tǐ)速度，c表示聲速，根(gēn)據上述(shù)公式(shì)進行轉(zhuǎn)變(biàn)，可進(jìn)一步(bù)得出天然(rán)氣流體(tǐ)速度和聲速(sù)公式如下(xià)：

　　天(tiān)然氣施(shī)工過(guò)程中的瞬間體(tǐ)積流量qvf的計算(suàn)公式如(rú)下：
qvf=vπ（d/2）2
　　其中(zhōng)，qvf表示當前工況條件(jiàn)下天然氣(qì)的瞬間體積流(liú)量，π（d/2）2表(biǎo)示管道的(de)橫截面積，通過對公(gōng)式的進一(yī)步轉變可以得(dé)出qvf的計算(suàn)公(gōng)式(shì)如下：
　　其中(zhōng)，qvn用于(yú)表示标(biāo)準參比條件下天然氣(qì)産生(shēng)的瞬間體(tǐ)積流(liú)量，pn表示标(biāo)準參比(bǐ)條(tiáo)件下(xià)産生的(de)絕(jué)對壓(yā)力，pf表示工(gōng)作條件下的絕對靜(jìng)壓力，tn表示标準(zhǔn)參比(bǐ)條件(jiàn)下産(chǎn)生的(de)熱(rè)力學溫(wēn)度，tf表(biǎo)示工作條(tiáo)件下(xià)的熱力學(xué)溫度，zn表示(shì)标準參比條件下産(chǎn)生的壓(yā)縮因子，zf表示(shì)工作條件下的壓縮(suō)因子(zǐ)。
2.3安裝條(tiáo)件
①安裝溫度：從(cóng)安(ān)裝的溫度條件來看(kàn)，溫度(dù)計(jì)的安裝應(yīng)當在-20℃～60℃的環境(jìng)下，工作環境應(yīng)當保證在(zài)-40℃～60℃，在實(shí)際安裝(zhuāng)的(de)過程(chéng)中，應(yīng)當(dāng)結合具(jù)體(tǐ)的施工環境(jìng)采取相應的防(fáng)曬或防凍(dòng)措施(shī)。②安裝環(huán)境：在安(ān)裝超(chāo)聲波流量(liàng)計時，盡量避免(miǎn)在振動的環境下安裝，尤(yóu)其是(shì)可以導緻信号(hào)處理單元等出(chū)現共(gòng)振的(de)環境(jìng)，同時也應當(dāng)避(bì)免可能存(cún)在的(de)電器噪(zào)聲環境(jìng)。③注意(yì)事項(xiàng)：a超聲(shēng)波信(xìn)号電纜與(yǔ)具有強電場(chǎng)以及強磁(cí)場電器設備與電纜之(zhī)間的(de)距離必須超(chāo)過1.5m，若設備或(huò)電纜帶有(yǒu)屏蔽(bì)的穿金屬保護管時(shí)，二者之間(jiān)的距(jù)離(lí)則(zé)必須(xū)超過0.8m；b電纜(lǎn)的鋪(pù)設必須嚴(yán)格按(àn)照工程(chéng)的(de)操作(zuò)規範施工(gōng)，使埋(mái)地鋪(pù)設的深度必(bì)須超過(guò)70cm且需(xū)要埋(mái)于凍土層下方(fāng)；c自動(dòng)計量(liàng)系統必(bì)須根據(jù)工程的實際情況(kuàng)，将(jiāng)其設置爲(wèi)保護(hù)接地(dì)或信(xìn)号回路接(jiē)地等(děng)接地方式，确保(bǎo)接地(dì)方式的可(kě)靠性(xìng)，使接地電阻符(fú)合工程(chéng)的(de)标準要(yào)求(qiú)；d流量(liàng)計或儀表的安(ān)裝必須(xū)嚴格按照(zhào)工程的施工(gōng)标準，以免出現由于安(ān)裝(zhuāng)不規(guī)範所造(zào)成(chéng)的測(cè)量誤(wù)差；e減少安(ān)裝過程中(zhōng)聲學(xué)噪聲對測量結(jié)果或性(xìng)能産生的影響(xiǎng)，盡量将(jiāng)流量計安裝于(yú)調(diào)節閥的上遊(yóu)處，減(jiǎn)少其(qí)他噪(zào)音對流(liú)量計量(liàng)結果(guǒ)産生影響(xiǎng)，或通過于下遊(yóu)管段安裝彎管(guǎn)的方式，利用(yòng)緩(huǎn)沖的氣量流速(sù)以此(cǐ)來減少噪(zào)音對計量(liàng)結果産(chǎn)生(shēng)的影響；f安(ān)裝前仔細(xì)檢查流量計附(fù)近是(shì)否存(cún)在可能的(de)流動(dòng)脈動，并采(cǎi)取相應的(de)措施減少脈動對測(cè)量結果産生的(de)影響，減少測量(liàng)結果的不确定(dìng)性(xìng)。
2.4系統設計
　　根(gēn)據超聲(shēng)波流量計的具體(tǐ)測量(liàng)方法以及(jí)安裝條件，需要針對(duì)超聲波流(liú)量計、壓力傳(chuán)感器、溫(wēn)度傳感(gǎn)器(qì)以及(jí)流量計算機分(fèn)别進行(háng)系統設(shè)計，設計(jì)方法如(rú)下：①超聲波(bō)流量(liàng)計：根(gēn)據工程的(de)基本要求，所安(ān)裝的(de)超(chāo)聲波流量計爲dn250氣體超(chāo)聲波(bō)流(liú)量計(jì)[2]，通(tōng)過對天然(rán)氣貿(mào)易交接計量的計算(suàn)，其日(rì)均氣量(liàng)爲1×106m3，該超聲波(bō)流量計共計包括4個超聲(shēng)波測(cè)量聲道，可以有(yǒu)效實(shí)現對(duì)輸送(sòng)管(guǎn)道内天(tiān)然氣(qì)貿易交接量(liàng)的(de)有效測量，其可(kě)以通過(guò)對超聲換能(néng)器聲(shēng)波信号(hào)的有效利用(yòng)，實現(xiàn)對(duì)電(diàn)路以(yǐ)及dsp微(wēi)控制(zhì)器所(suǒ)組成信号處理單元的有(yǒu)效采集和處理(lǐ)，并将(jiāng)其轉(zhuǎn)換爲相應(yīng)的脈沖輸出信号。②壓(yā)力傳感器(qì)：下遊(yóu)直(zhí)管(guǎn)段上(shàng)安裝(zhuāng)了壓力傳(chuán)感器，主要用于(yú)被測(cè)氣(qì)體壓力(lì)的測量，輸(shū)出的标準信号爲4～20ma，利用計算機将其上傳至流量計(jì)算機上，從而用于壓(yā)力(lì)補償中(zhōng)。③溫度傳(chuán)感(gǎn)器：下遊直(zhí)管段(duàn)上同(tóng)時安裝了溫度(dù)傳感器，以(yǐ)此來(lái)實現對被(bèi)測量(liàng)氣體溫度的測(cè)量(liàng)，與壓力傳感器相(xiàng)同，均利用(yòng)計算機将其上(shàng)傳至流(liú)量計算(suàn)機上，從(cóng)而(ér)用于壓力補(bǔ)償中。④流(liú)量計算機：在使(shǐ)用流量(liàng)計算機(jī)對流量進行計(jì)算時，通常會利(lì)用串口通信或(huò)頻率(lǜ)輸(shū)入的方(fāng)式以此來實現(xiàn)對流(liú)量(liàng)計所統計工程流量信息(xī)的有效采集(jí)和整合，同時也将分(fèn)别采集壓(yā)力傳感器(qì)以及溫度傳感器所(suǒ)上傳的相關數(shù)據信息，所(suǒ)有的(de)數據(jù)采(cǎi)集以及信号(hào)輸(shū)送等方式均符合國家(jiā)的相(xiàng)關規定，且(qiě)内部的(de)系統軟(ruǎn)件具有設計合理性(xìng)，計量管理功能(néng)齊全等特(tè)點，擁有安(ān)全的(de)數據(jù)庫，且計算(suàn)機的(de)儲存功能較爲(wèi)龐(páng)大(dà)，可以(yǐ)有效實現(xiàn)對被(bèi)測量(liàng)各種曆史(shǐ)數據的儲存以(yǐ)及相(xiàng)關配(pèi)置參數的修改(gǎi)等，具(jù)有良(liáng)好的(de)電磁(cí)兼容性。其中，計(jì)算機(jī)的(de)體積量(liàng)運算采取(qǔ)了多(duō)種氣體壓縮因(yīn)子的計算(suàn)方式(shì)，且根據不同的(de)特定(dìng)場所(suǒ)均有其所符合(hé)的計(jì)算方式。
2.5運行維(wéi)護
　　運行(háng)維(wéi)護作爲确保(bǎo)超(chāo)聲波(bō)流量計穩定運(yùn)行的(de)主要工作(zuò)環節(jiē)，針對(duì)超聲(shēng)波流量計(jì)的維(wéi)護主(zhǔ)要以《gb/t18604-2014用氣(qì)體超聲流量計(jì) 測量(liàng)天然(rán)氣流(liú)量》[2]中(zhōng)的運行維(wéi)護和(hé)保養(yǎng)要求進行運行維護(hù)，并定期對超聲波流(liú)量計、溫度(dù)傳感器以及壓(yā)力傳感器等進(jìn)行統一(yī)的維護(hù)和保養，針(zhēn)對(duì)不(bú)同設備(bèi)的(de)保養(yǎng)操作流(liú)程(chéng)等進行詳(xiáng)細的(de)規範(fàn)，做出明确的規定。
2.6實(shí)施效(xiào)果
　　根據《gb/t18604-2014用氣體(tǐ)超聲流量計測量天(tiān)然氣(qì)流量》中的(de)規定，對超聲波(bō)流量計(jì)的實際(jì)運行(háng)效果(guǒ)進行(háng)分析，結果從計量準(zhǔn)确(què)性來看(kàn)，經過1周的(de)運行(háng)，其所計量的準(zhǔn)确性相對較高(gāo)，且在(zài)使用的過(guò)程中并(bìng)未(wèi)進行(háng)維護(hù)，相較于傳(chuán)統的标準(zhǔn)孔闆流量計，超(chāo)聲波(bō)流量計發揮出(chū)了更(gèng)高的計量(liàng)準(zhǔn)确(què)性，且(qiě)不确(què)定因素相對較(jiào)少。從(cóng)計量的可(kě)靠性(xìng)來(lái)看(kàn)，由于(yú)超聲波(bō)流量計(jì)在使用(yòng)前采取(qǔ)了設計的方式(shì)設定(dìng)了具(jù)有針(zhēn)對性的(de)計量系(xì)統方案，因此通過其在流(liú)程區(qū)域内于标準孔(kǒng)闆流(liú)量計(jì)的串(chuàn)聯，結果(guǒ)發現超(chāo)聲波流量計所(suǒ)産生的誤差明(míng)顯低于标(biāo)準孔闆流量計，進一步體現出了超(chāo)聲波(bō)流(liú)量(liàng)計的(de)實際應用(yòng)高效(xiào)果。
3結語
　　綜上所(suǒ)述，通過對(duì)超聲(shēng)波流(liú)量計在天(tiān)然氣貿易(yì)交接(jiē)計(jì)量中的應用(yòng)分析(xī)，将爲(wèi)其他(tā)工程(chéng)内的超聲(shēng)波流量計應用(yòng)提供有效的理(lǐ)論依據，從而爲(wèi)提高我(wǒ)國的天(tiān)然氣貿易交接(jiē)計量(liàng)精(jīng)細化管(guǎn)理水平(píng)産生了積極(jí)的影響，爲(wèi)超聲波流(liú)量計日後的(de)廣泛應(yīng)用和推(tuī)廣做出了巨(jù)大的貢獻(xiàn)

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