气体超声流量计

应用现状

　　科学技术的发展和流量测试技术研究的深入，近几年来气体超声流量计的问世引起了流量界广泛的兴趣。美国AGA于1998年发布了AGA9号报告《用多声道超声流量计测量天然气流量》；之后不久ISO于同年12月也发布了ISO/TR-12765《用时间传播法超声流量计测量封闭管内的流体流量》技术报告。为了适应我国西部天然气开发，满足西气东输工程的要求，我国于2001年内编制了GB/T 18604《用气体超声波流量计测量天然气流量》的国家标准。同时，为了验证该类型流量计的性能，西南油田分工司率先首批有针对性地引进了国外二个公司的超声流量计产品，并在华阳天然气流量测试中心，对其性能进行了系统测试，之后在典型站场上进行了工业性试验，为今后该类型流量计在我国天然气领域中的推广使用提供了宝贵经验。

　　准确地进行天然气流量测量是企业部门进行经济分析，降低运行成本的关键一环，直接地影响着一个企业的经济效益，倍受供需双方关注。随着世界能源供求日益紧张；人们都十分关心并寻求一种精度高，适应性强的流量计来测量天然气流量，以维护企业的利益。超声流量计自投放市场以来，与目前其他类型流量计相比，显然有着更多更好的性能特性，因而倍受人们青睐。近几年，在北美及加拿大新建设几条大型输气管道工程中，如AIIiance管线、Vector管和北部边疆等管道工程中已开始用超声流量计，作为贸易计量，应用效果已得到证实。最近二、三年来，我国先后从国外引进了超声流量计约30台，西南油田分公司占三分之一。据不完全统计，我国目前所使用的超声流量计约占世界使用量的５％，可见我国流量界是相当关注这一新型流量仪表。目前，正在拟建中的新疆轮南至上海的西气东输工程，贸易计量的流量计为超声流量计，口径DN250~300mm；中小型站场选用DN50~200mm涡轮流量计。随着我国天然气工业的发展，超声流量计在天然气工业领域中的应用前景看好。

原理

　　气体超声流量计的测量管段上装有一对或多对超声换能器，超声换能器交替发射和接收超声波，采用超声波检测技术，通过测量超声波沿气流顺向和逆向传播的声速差，以及测量管段的流体压力和温度，包括气体摩尔组分，计算出气体流速及标准状态下气体的流量。

面临的问题

　　任何一种新型流量计多获得工业化应用和认可都要历经一个相当长的过程，这也就意味着人们一方面对它的认识，另一方面流量计本身与应用中所暴露出来的问题，能否得到满意的解决。就超声流量计而言，仍有一些实际使用中的工作需要做，超声流量计工业化试验试用还需要进一步开展。尽管目前发布有AGA N09号报告，ISO发布有TR12765技术文件，我国也制定了相应的GB/T18604标准。从工业化，标准化应用角度来看，气体超声流量计要获得工业上广泛应用，还应当解决以下四个方面问题。

　　针对工业流场上游侧不同类型阻力件产生的影响，如何合理确定不同情况下流量计上游直管段长度；

　　操作压力、温度及气体组分的变化对流量测量影响及校正办法；

　　不同雷诺数速度分布剖面修正系数精确确定和流量计主体几何尺寸误差所带来对精度的影响；

　　探头电气特性的稳定性及探头的互换性等。

使用要点

　　在使用中能造成气体超声波流量计计量故障的主要因素是管内粘污物如泥污、油污、锈尘、水等，尤其是积水。为了消除管内粘污物对气体超声波流量计的影响，在站场工艺设计、施工和日常使用时应注意以下几个方面。

　　（1）努力创造条件完成管道干燥。GB5025I-2003《输气管道工程设计规范》中规定的“输气管道试压、清管结束后宜进行干燥”这一条款是参考了皇家荷兰壳牌集团企业标准和国内施工经验制定的。气体超声波流量计在西欧等发达国家使用的较早，这也是他们通过实践探索而总结出的经验。目前国内对天然气长输管道进行整体干燥的不是很多，且规范中也使用“宜”字，对是否进行干燥并没有做硬性规定。以前使用孔板等类型的流量计，管道内的积水对计量影响不大，但改用气体超声波流量计后，超声波流量计对水分是相当敏感的，因此进行管道干燥是非常必要的。

　　（2）分离系统的选择应考虑液态水的处理。以前站场工艺设计上多采用旋风式分离器，要求不高的场合也可使用重力式分离器，近年来也有选用过滤分离器的。在输气管道首、末站设置分离器的主要作用是除去天然气中的各种固体颗粒，现在推广使用的过滤分离器（以滤芯叶片组合式为例）即能除去各种尺寸的固体颗粒，也能100%的分离掉大于8～1Oμm的水汽。但液态水的带人会严重降低分离器的分离效果，在站场内设置分离器时，不管是旋风式，还是过滤分离式，都应考虑在分离器前加一级液态水处理装置，将从管道内带来的液态水分离掉。其分离精度不必要求太高，选择一般的重力式分离器即可。在国内选用气体超声波流量计的站场中，有的已选用两级分离这种工艺模式，效果良好。

　　（3）加强操作管理，及时排出分离器的污水。分离器均设有排污管，通过人工将分离出的污水排除。但由于种种原因，很可能造成排污不及时，积液器中的污水已满，造成分离器失效，使液态水随天然气进入气体超声波流量计而导致计量故障。若要从根本上解决这个问题，消除人为因素的影响，应在分离器的污管上加装自动排污阀，以保证及时排水。此外，在投产运行初期，过滤分离器滤芯的更换频率也要适当加大。

　　（4）投产置换时应保护好过滤分离器。使用过滤分离器时，管内积水或锈尘都会使过滤分离器的滤芯失效，因此在投产置换前，先将过滤分离器的滤芯抽出，待置换结束后，将过滤分离器内腔清理干净后再将滤芯装上，既保护了滤芯，又保护了气体超声波流量计

　　（5）满足气体超声波流量计的安装要求。气体超声波流量计的安装要求已在产品说明书中写明，气体超声波流量计测量的是气体流速，对流量计本体与上下游直管段安装的同心度要求很高，因此要求施工单位在安装时一定要严格执行安装规定，以达到要求的同心度。气体超声波流量计在站场中的安装位置不同于孔板流量计。使用孔板流量计时，不管是先调压后计量，还是先计量后调压，孔板流量计和调压器大都安装在同一空间，即在两个汇管之间同时安装孔板流量计和调压器。若选用气体超声波流量计，则这一安装位置将对气体超声波流量计的计量精度产生严重影响，因为气体超声波流量计对噪音很敏感，与调压器安装在同一空间，调压器产生的噪音将会使气体超声波流量计的计量失效。所以，若选用气体超声波流量计，工艺设备布置时应将其单独安装在两汇管之间的管路上，若场地狭小，需与调压器一起安装在两汇管之间的管路上时，应在流量计和调压器之间加设减噪器或减噪管。

　　（6）气体超声波流量计的标定选用在线标定。气体超声波流量计的精度受安装环境的影响很大，已标定合格的气体超声波流量计安装到现场后，因其安装条件发生了变化，其计量精度也会发生变化。所以，在站场工艺设计上，应考虑设置在线标定系统，加设标定接管和阀门。需要标定时，标定单位可将标定车开到现场，将标定车上的标准表与现场的流量计串接起来即可完成流量计的标定。目前国内有标定资格的单位已有这种标定车。

　　（7）选用合适类型的流量计。目前世界范围内使用的气体超声波流量计的结构类型大体分为对射式和反射式两种。这两种探头的布置形式都能满足气体贸易计量的精度要求，但适用的气体环境有所不同，应根据所输送天然气的气质情况来选用。就国内目前的天然气气质情况而言，对射式的超声波流量计较为适用。

　　（8）定期对流量计进行清洗。如果天然气中夹带的固体杂质和液体附着在流量计表体内壁或传感器表面达到了一定程度，将会影响到流量计的计量精度，这就需要及时进行清洗。