天然气作为一种优ZI能源和化工原料,准确地进行流量计量是企业进行经济分析、降低运行成本的关键,直接影响企业的经济效益,是备受供需双方关注的环节。中国石油天然气有限公司与下游各用气城市贸易结算的计量方式是多种多样的,西气东输工程中的上游及南京等下游城市,普遍采用超声波流量计,由于它具有精度高、适应性强的优点。
1.工作原理
超声波流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用,测量体积流量的速度式流量仪表,测量原理有传播时间差法、多普勒效应法、波束偏移法、相关法、噪声法。天然气超声波流量计的测量原理是传播时间差法(见图1)。在天然气管道中安装2个能发送和接收超声脉冲的传感器形成声道。2个传感器轮流发射和接收脉冲,超声脉冲相对于天然气以声速传播。沿声道顺流传播的超声脉冲的速度因被测天然气流速在声道上的投影(与其方向相同)而增加,而沿声道逆流传播的超声脉冲的速度因被测天然气流速在声道上的投影(与之方向相反)而减少。这样就得出超声脉冲在顺流和逆流方向上的传播时间:
t1=L/c+vmcosφ (1)
t2=L/c-vmcosφ (2）
式中t1一沿声道顺流传播的超声脉冲的传播时间S
t2一沿声道逆流传播的超声脉冲的传播时间S
L一声道长度,m
C一被测介质中超声脉冲的声速,m/s
vm一被测介质的流速,m/s
φ一被测介质流动方向与声道之间的夹角,rad
由式(1)、(2),可以推导出被测介质流速的计算式
vm=L/2cosφ(1/t1-1/t2) (3)
由式(3),被测介质中的声速在式(3)中被消去,说明被测介质的流速与被测介质的性质无关。
2.特点
①天然气超声波流量计适用于高压、大口径大流量的工况,但对小流量、尤其是拐点流量(ZUI大流量的10%)以下的流量段应慎用。
②天然气超声波流量计不受气体流向的影响,能以相同的准确度进行双向流量计量,无压力损失,无转动部件,无过载被损坏的危险,维修量小,自动化程度高。
③对同一厂家生产的天然气超声波流量计,声道越多,计量精度越高,性能越可靠。如果其中1条声道出现故障,流量计会继续用其他声道测量,并替换掉故障通道的测量数据。报警器将对故障情况发出报警,但流量计仍可准确运行。
④大口径、多声道的天然气超声波流量计计量精度高(士0.5%),量程比宽,抗干扰能力较强。
⑤对于上游无整流器的多声道天然气超声波流量计,它的上游需长10倍管径的直管段,下游需长5倍管径的直管段。
⑥天然气超声波流量计的仪表系数可根据管道及声道等的几何尺寸计算求得,即可采用干式检定。
