氣體超聲流量計的應用探討
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準確地進(jìn)行天然氣流量測量是企業(yè)部門(mén)進(jìn)行經(jīng)濟分析，降低運行成本的關(guān)鍵一環(huán)，直接地影響著(zhù)一個(gè)企業(yè)的經(jīng)濟效益，倍受供需雙方關(guān)注。隨著(zhù)世界能源供求日益緊張；人們都十分關(guān)心并尋求一種精度高，適應性強的流量計來(lái)測量天然氣流量，以維護企業(yè)的利益。超聲流量計自投放市場(chǎng)以來(lái)，與目前其他類(lèi)型流量計相比，顯然有著(zhù)更多更好的性能特性，因而倍受人們青睞。近幾年，在北美及加拿大新建設幾條大型輸氣管道工程中，如AIIiance管線(xiàn)、Vector管和北部邊疆等管道工程中已開(kāi)始用超聲流量計，作為貿易計量，應用效果已得到證實(shí)。最近二、三年來(lái)，我國先后從國外引進(jìn)了超聲流量計約30臺，西南油田分公司占三分之一。據不完全統計，我國目前所使用的超聲流量計約占世界使用量的５％，可見(jiàn)我國流量界是相當關(guān)注這一新型流量?jì)x表。目前，正在擬建中的新疆輪南至上海的西氣東輸工程，貿易計量的首選流量計為超聲流量計，口徑DN250~300mm；中小型站場(chǎng)選用DN50~200mm渦輪流量計。隨著(zhù)我國天然氣工業(yè)的發(fā)展，超聲流量計在天然氣工業(yè)領(lǐng)域中的應用前景看好。
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)發(fā)展，出現新型流量計是必然的。然而由于天然氣流量測量技術(shù)本身涉及面廣，隨著(zhù)對象不同，對流量計有著(zhù)不同的要求，也就是說(shuō)客觀(guān)上多種流量計并存，才能滿(mǎn)足不同場(chǎng)合和層次的需求。盡管超聲流量計與目前使用廣泛的孔板流量計相比，有著(zhù)更多的優(yōu)點(diǎn)，主要反映在有較低的系統基本投入，雙向測量，大量程比，無(wú)壓損，無(wú)可動(dòng)部件和高精度等。但由于孔板流量測量技術(shù)歷史悠久，標準化程度高，使用簡(jiǎn)單可靠，一般無(wú)特殊要求時(shí)無(wú)須標定等特點(diǎn)。由此可見(jiàn)，盡管超聲流量計已問(wèn)世，它只能起到互補作用，可以肯定不可能完全替代。在今后相當長(cháng)一個(gè)時(shí)期內，由于種種因素的制約，特別是標定不能獲得妥善解決之前，孔板流量計仍是天然氣計量主要手段之一。
任何一種新型流量計多獲得工業(yè)化應用和認可都要歷經(jīng)一個(gè)相當長(cháng)的過(guò)程，這也就意味著(zhù)人們一方面對它的認識，另一方面流量計本身與應用中所暴露出來(lái)的問(wèn)題，能否得到滿(mǎn)意的解決。就超聲流量計而言，仍有一些實(shí)際使用中的工作需要做，超聲流量計工業(yè)化試驗試用還需要進(jìn)一步開(kāi)展。盡管目前發(fā)布有AGA N09號報告，ISO發(fā)布有TR12765技術(shù)文件，我國也制定了相應的GB/T18604標準。從工業(yè)化，標準化應用角度來(lái)看，超聲流量計要獲得工業(yè)上廣泛應用，還應當解決以下四個(gè)方面問(wèn)題。
·針對工業(yè)流場(chǎng)上游側不同類(lèi)型阻力件產(chǎn)生的影響，如何合理確定不同情況下流量計上游直管段長(cháng)度；
·操作壓力、溫度及氣體組分的變化對流量測量影響及校正辦法；
·不同雷諾數速度分布剖面修正系數精確確定和流量計主體幾何尺寸誤差所帶來(lái)對精度的影響；
·探頭電氣特性的穩定性及探頭的互換性等。
從超聲流量計的結構和測量原理來(lái)看，這種速度型流量?jì)x表可以實(shí)現“干標”。這是因為流量計腔體幾何尺寸D和聲道長(cháng)度尺寸L和X值(X代表傳感器間的軸向長(cháng)度)，利用目前的測量技術(shù)及手段，幾何尺寸是可以獲得準確測定。如果電子電路和傳感器的性能獲得準確測量，傳感器組件的電氣特性穩定并具有可互換性，那么“干標”就可獲得實(shí)際的應用。然而，目前仍沒(méi)有足夠技術(shù)措施和理由來(lái)證明這一點(diǎn)，也就是未就“干標”達成共識。當前，在北美、南美、歐洲、對貿易計量的超聲流量計供需雙方都要求有足夠的測量精度，基于合同雙方這一要求，可信賴(lài)辦法還是要標定。對于口徑較小的氣體超聲流量計(DN300mm)利用目前國內、外已建標定裝置進(jìn)行標定雖然可以辦到；對于口徑大于DN300，高壓大流量標定裝置目前還很難辦到。從實(shí)際應用角度出發(fā)，將流量計從現場(chǎng)卸下來(lái)運到標定中心去標定，對于用戶(hù)來(lái)講是一種極大的負擔，而且每標定一次費用是相當高的，相比之下大口徑流量計其費用占有更高百分比。從制造廠(chǎng)角度來(lái)看，為了使流量計的測量誤差或系統誤差達到最小，為了滿(mǎn)足精度，出廠(chǎng)前要進(jìn)行標定，這將產(chǎn)生附加的產(chǎn)品成本。根據導由于管徑、壓力、投資及標定系統運行費用等多方面原因和所需考慮的條件，目前世界上很難找到有幾套裝置能標DN300mm以上的超聲流量計。這無(wú)疑將制約大口徑超聲流量計的應用和中小口徑超聲流量計的廣泛使用。鑒于這一情況，在選用超聲流量計一定要權衡利弊，特別是流量計定期標定問(wèn)題。
“干標”與流量標定不同，它不是利用標準表或參比表來(lái)檢查所用流量計的結果。為了解決這一問(wèn)題，為流量計廣泛使用鋪平道路，國外超聲流量計制造廠(chǎng)家致力于“干標”法的研究。目前，一般出廠(chǎng)前無(wú)特別要求都是采用“干標”法，主要包括：
1、流量計幾何尺寸的檢定。為保證流量計的精度，聲道長(cháng)度L和聲道與介質(zhì)間夾角?是非常重要的基本參數，精確控制測量公差將改善精度，這一點(diǎn)在目前條件下是可以采用高性能設備獲得。精確的幾何尺寸是提供電子線(xiàn)路組態(tài)的基礎。
2、電子線(xiàn)路與探頭（傳感器）性能測試。一方面是檢測其性能指標是否符合設計規定要求，更重要是復核其性能指標穩定性，即電子部分的穩定度是否滿(mǎn)足要求。電子線(xiàn)路和探頭性能穩定度是超聲流量實(shí)現“干標”和探頭具有良好互換性的關(guān)鍵。這也是目前能否實(shí)現“干標”的主要矛盾。
3、零流量檢查。當沒(méi)有流量時(shí)，流量計的示值應當為零，而且應當有良好的重復性。當然，在測試時(shí)應當保證在熱穩定環(huán)境中進(jìn)行。當在現場(chǎng)管路中進(jìn)行時(shí)，應將流量計上下游閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)下進(jìn)行，保證閥門(mén)不漏，避免流量計處于日光暴曬下。
4、聲速／聲程標定，當氣體的溫度、壓力和氣體組分保持不變時(shí)，不管流量多少，聲速將是恒定值。為了獲得準確的聲速值，流量計用一種帶恒壓和已知組分的氣體。在工廠(chǎng)條件下，一般要按用戶(hù)提供組分進(jìn)行這一標定是很困難，能辦到費用也很高，況且一般用戶(hù)在實(shí)際使用流量計時(shí)組分是有變化的。為此，在工廠(chǎng)內一般是采用諸如純N2氣（99.995％）來(lái)進(jìn)行這一工作?？磥?lái)研究壓力、溫度及組分變化而帶來(lái)影響和修正是十分必要的。
目前，國外主要超聲流量計廠(chǎng)家會(huì )同有關(guān)研究部門(mén)開(kāi)展“干標”的試驗研究工作，取得了一定的成果，但要作為一種可信賴(lài)和標準化的方法列入公認的標準中還需要進(jìn)行大量研究驗證。
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