超聲計量系統在中烏輸氣管道的應用

式中：qf為工況體積流量，m3/s；A為管道截面積，m2；ts為超聲波順流傳播的時間，s；tn為超聲波逆流傳播的時間，s；L為聲程，即超聲波在聲道中傳播的距離，m；D為管道內徑，m；θ為管軸線與傳感器聲道之間的夾角；K為速度分布剖面的修正系數。

4 使用中的幾個技術問題

4.1 標況流量范圍

標況流量是管道運行中的重要指標之一，但是否投用超聲流量計取決于工況流量而非標況流量。高壓大流量超聲流量計，通常在大流量區間的計量準確度較高。在工況流量范圍內存在臨界流量，一般為最大流量的10%，當超聲流量計工作在臨界流量以下時，其計量準確度降低[8]。因此，在不超過最大工況流量的條件下，不必增加計量支路。

4.2 噪聲干擾

超聲流量計可能受到附近超聲波噪聲源的不利影響。噪聲源包括可發出噪聲的閥門、流量調節閥和管道中的其他節流部件。WKC1站流量計下游裝有流量調節閥，因此在流量調節閥上游設計T字型彎頭以減弱噪音影響。可通過診斷軟件（CUI）檢查信噪比和各聲道的聲速是否在正常范圍內，判定噪聲是否對超聲流量計構成影響。

4.3 管道和氣流的清潔

超聲換能器表面的堆積物（壓縮機油、冷凝液、水合物、冰等）可能導致裝置不經過流體傳送超聲波脈沖，引起所謂的超聲波路徑“脫落”，造成較大的計量誤差。氣流的清潔度對流量計的性能至關重要，在測量氣體流量時，氣流中分散的液體可能會減弱超聲波信號，并使流量計完全喪失工作能力。顆粒、鐵銹、水分均不會影響流量計的正常運行，但一般要求液體含量不超過5%，否則管內氣流將表現出兩相流的特征。當污物沉積在管壁上，超聲波從“發射”到“接收”的聲程將變短，直接影響計量準確性。因此必須每日檢驗測量聲速與計算聲速的差，一旦超過0.2%，則采用大流量吹掃或拆卸探頭檢查清理。

4.4 小流量擾動

小流量擾動即超聲流量計未投用而在配套流量計算機上顯示的微小流量累計。誘發小流量擾動的因素有：下游閥門有微小內漏；上游閥門未關閉，未投用支路壓力隨上游匯管壓力變化，壓力變化引起該支路氣體壓縮或膨脹；外界溫度變化幅度大，較大的溫差引起未投用支路內的靜止氣體壓縮或膨脹。

超聲流量計的小流量擾動現象普遍存在，可在流量計算機中設置對應的小流量切除值消除之，通常將在零流量下測得的某個相對穩定的低數值氣體流速，作為小流量切除設定值。若在零流量下仍能測出較大的氣體流速，則可能是探頭堵塞嚴重，需清洗探頭。若不能立刻檢查探頭，可將小流量切除設定值調大；但在流程切換前必須檢查即將投用流程的小流量切除設定值是否調回正常值。

4.5 振動

超聲流量計作為精密測量儀表，若長期在靠近振動源或振動環境中使用，其性能和壽命會受到嚴重影響，必須使超聲流量計遠離震動或將振動消除。例如，超聲流量計投用前需要加壓，此時緩慢開旁通支路進行平壓，待上下游壓力平衡后再打開進口截止閥。

4.6 聲道報警

發出聲道報警的原因有：探頭臟污或損壞；探頭與采集板之間信號傳輸不暢；采集板損壞。天然氣管道投產初期，管道內水分和雜質較多，氣溫低時探頭極易臟污，此時應視報警嚴重程度及時清理超聲探頭或更換采集板。

4.7 備用斷電

超聲流量計長期不用時應斷電，短期不用而管道內壓力低于其工作壓力時，也應斷電，以延長其使用壽命。

4.8 環境溫度

對超聲流量計提出了－25～55℃的使用環境溫度要求。另外，在某些特殊情況下（被測介質與外界環境之間的溫差較大且測試流量較低），為預防外界環境溫度對測量結果造成附加影響，建議對儀表及其上下游管段加裝遮雨防曬設施或采取必要的保溫措施。

綜上所述，超聲流量計工作原理簡單，安裝后無需現場操作，運行穩定，基本不需要維護。但這并不表示超聲流量計一旦投用即可以不聞不問，尤其在管道投產初期，計量專業人員需要掌握超聲流量計的測量原理和組成結構，密切關注其運行狀態，以發生故障的原因做出正確判斷，及時恰當地解決問題，保證其正確使用和準確計量(end)